本研究由来自英国诺华生物医学研究所（Novartis Institutes for Biomedical Research, Horsham, UK）的El Hardaker、MS Freeman、N Dale、P Bahra、F Raza、KH Banner和C Poll共同完成，研究成果发表于2010年的《British Journal of Pharmacology》期刊（DOI:10.1111/j.1476-5381.2010.00857.x）。

学术背景

慢性阻塞性肺疾病（Chronic Obstructive Pulmonary Disease, COPD）的急性加重（acute exacerbations）是导致患者病情恶化和死亡的重要因素，通常由呼吸道感染（如细菌或病毒感染）诱发。急性加重的特征是肺部炎症加剧、肺功能下降以及黏液分泌增加。然而，目前针对COPD急性加重的治疗手段有限，且糖皮质激素（corticosteroids）等现有药物的疗效并不理想。因此，开发能够模拟COPD急性加重的动物模型，有助于深入理解其分子机制并探索新的治疗靶点。

本研究的目标是建立一个动物模型，通过结合COPD的主要诱因——烟草烟雾（tobacco smoke, TS）和细菌脂多糖（lipopolysaccharide, LPS），模拟COPD急性加重的炎症反应特征，并评估糖皮质激素和磷酸二酯酶4（PDE4）抑制剂在该模型中的治疗效果。

研究方法

实验设计与动物处理

研究选用雄性Sprague-Dawley大鼠（250–350 g，每组8只），实验分为以下步骤：
1. 烟草烟雾（TS）暴露：大鼠每天暴露于烟草烟雾（1R3F Kentucky研究香烟）30分钟，每天两次，持续2天。
2. LPS暴露：第3天早晨，大鼠暴露于雾化LPS（E. coli 0111:B4，0.3 mg·mL⁻¹）30分钟，5小时后再次暴露于烟草烟雾30分钟。对照组分别暴露于单独LPS、单独TS或生理盐水/空气。
3. 药物干预：部分动物在每次暴露前1小时口服糖皮质激素布地奈德（budesonide，0.3–3 mg·kg⁻¹）或PDE4抑制剂罗氟司特（roflumilast，3–10 mg·kg⁻¹）。
4. 样本采集与分析：24小时后处死动物，收集支气管肺泡灌洗液（BAL）、肺组织，并进行肺功能检测。

检测指标

1. 炎症细胞计数：通过BAL细胞计数和肺组织消化分析中性粒细胞、巨噬细胞等炎症细胞数量。
   
2. 黏液分泌评估：采用UEA-1（ulex europaeus agglutinin-1）染色定量气道黏液水平，并通过qPCR检测黏蛋白Muc5ac基因表达。
   
3. 细胞毒性与肺水肿：检测BAL中乳酸脱氢酶（LDH）活性和总蛋白含量，评估组织损伤和血浆蛋白渗出。
   
4. 肺功能检测：使用强制呼吸 maneuvers 系统测量总肺容量（TLC）、强制呼气量（FEV100）、肺顺应性（Cchord）等参数。
   

数据分析

数据以均值±标准误（SEM）表示，采用Mann-Whitney U检验或Kruskal-Wallis检验进行组间比较，显著性水平设为P < 0.05。

主要结果

1. 炎症反应增强：

   • 联合暴露于TS和LPS的大鼠，BAL中性粒细胞数量显著高于单独暴露组（TS/LPS: 7070 ± 760 × 10³ cells·mL⁻¹ vs. TS/saline: 807 ± 157 × 10³ cells·mL⁻¹）。
     
   • 肺组织中性粒细胞浸润和黏液分泌（UEA-1染色面积）也显著增加，但单独暴露组无显著变化。
     

2. 肺功能下降：

   • TS/LPS组大鼠的TLC、FEV100和肺顺应性均显著降低，表明气道阻塞和肺弹性减退。
     

3. 药物干预效果：

   • 布地奈德（3 mg·kg⁻¹）可抑制单独LPS诱导的中性粒细胞浸润，但对TS或TS/LPS联合暴露的炎症无显著影响。
     
   • 罗氟司特（10 mg·kg⁻¹）显著降低TS/LPS组的BAL总细胞数、黏液分泌和肺水肿，并改善肺功能参数（如FEV100和TLC）。
     

研究结论

本研究成功建立了一个模拟COPD急性加重的动物模型，其特征包括：
1. 炎症反应加剧：TS和LPS协同作用导致中性粒细胞浸润、黏液分泌增加和肺功能下降。
2. 药物响应差异：糖皮质激素对TS/LPS诱导的炎症效果有限，而PDE4抑制剂罗氟司特表现出显著的抗炎和肺功能保护作用。
3. 模型应用价值：该模型可用于研究COPD急性加重的分子机制，并筛选新型治疗药物。

研究亮点

1. 创新性模型：首次在Sprague-Dawley大鼠中结合TS和LPS暴露，模拟COPD急性加重的关键特征。
   
2. 临床相关性：结果与COPD患者的病理表现一致，如中性粒细胞增多和糖皮质激素耐药性。
   
3. 治疗启示：PDE4抑制剂的潜在疗效为临床治疗提供了新思路。
   

其他价值

本研究还揭示了TS和LPS协同作用的可能机制（如TLR4通路激活），为后续研究提供了方向。此外，模型中采用的肺功能检测方法（强制呼吸 maneuvers）为评估COPD治疗药物的效果提供了标准化方案。