长期烟雾暴露联合流感病毒诱导小鼠肺部炎症、肺气肿并造成肠道菌群和血清代谢紊乱

摘要

目的：本研究旨在探究长期香烟烟雾暴露联合流感病毒感染对小鼠肺部炎症、肺气肿以及肠道菌群和血清代谢的影响，并评估该模型是否具备气道炎症、肺气肿征和阻塞性通气障碍等ECOPD的疾病表型特征。方法：选用6～8周龄的SPF级雌性BALB/c小鼠，暴露于香烟烟雾2个月后，通过鼻腔吸入流感病毒建立COPD急性加重模型。分别在病毒感染后第1、3、5、15天，检测小鼠肺功能、支气管肺泡灌洗液细胞计数、肺组织病理学变化、肺组织炎症因子表达水平，同时采用16S rRNA高通量测序分析肠道菌群组成，利用液相色谱-串联质谱检测血清代谢物。结果：经过2个月香烟烟雾暴露的小鼠在感染流感病毒后，体重显著下降，肺功能指标如潮气量（TV）、呼气时间（TE）、增强暂停（Penh）、呼气流速（EF50）等均出现异常变化，尤其在感染后第5天，Penh显著增加，EF50显著降低，表明小鼠出现阻塞性通气障碍。在肺部病理学方面，感染后第1至5天，小鼠气道和肺组织中炎症细胞聚集加剧，肺泡结构破坏严重，肺气肿征象明显。支气管肺泡灌洗液中炎症细胞数量在感染后第5天达到峰值，其中巨噬细胞、中性粒细胞和淋巴细胞显著增加，第15天巨噬细胞聚集仍处于高水平。肠道菌群分析发现，感染后第1天，肠道菌群的β多样性显著变化，Firmicutes和Bacteroidetes比例下降，Lachnoclostridium、Alistipes等菌属相对丰度增加。Lachnoclostridium在感染后15天内持续高于对照组，可能成为COPD急性加重的非侵入性诊断标志物。Intestinimonas在感染后第3天和第5天显著增加，且与肺部炎症因子高度正相关，可能作为抗炎治疗的触发指标。血清代谢组学分析发现，模型小鼠血清中有775种差异代谢物，其中不饱和脂肪酸代谢通路明显下调，包括α-亚麻酸、二十碳五烯酸等，这一变化从感染后第3天开始持续至第15天，可能与炎症反应相关。结论：本研究建立了香烟烟雾暴露联合流感病毒感染的小鼠模型，成功模拟了病毒感染相关的ECOPD的表型特征，包括气道炎症、肺气肿征和阻塞性通气障碍等，并揭示了在病毒感染后多个时间点肠道菌群和血清代谢组的动态变化。此外，研究发现血清中不饱和脂肪酸代谢通路的持续下调可能是ECOPD的一个重要特征。本研究为后续深入研究病毒感染相关ECOPD的发病机制和治疗提供了良好的动物模型。

关键词

慢阻肺急性加重 / 香烟烟雾 / 甲型流感病毒 / 肠道菌群