长期暴露于偶发性和规律性水烟烟雾对雄性小鼠心脏损伤、氧化应激和线粒体功能障碍的影响

Impact of prolonged exposure to occasional and regular waterpipe smoke on cardiac injury, oxidative stress and mitochondrial dysfunction in male mice.

作者信息Naserddine Hamadi, Suhail Al-Salam, Sumaya Beegam, Nur Elena Zaaba, Ozaz Elzaki, Abderrahim Nemmar
PMID38370014
发布时间2024-02-15
DOI10.3389/fphys.2024.1286366

实验完整度

包含动物模型(小鼠)的体内实验,系统性评估心脏损伤、氧化应激、炎症、DNA损伤和线粒体功能等多个层面,且具有明确的分组和统计分析。

主要模型

雄性BALB/C小鼠 水烟烟雾暴露模型

重点核对

小鼠品系:BALB/C,雄性,6-8周龄,体重20-25g 暴露方式:鼻部暴露系统,Occ-WPS(30分钟/天,1天/周)与Reg-WPS(30分钟/天,5天/周)持续6个月 对照组:空气暴露,30分钟/天,5天/周,6个月 心脏损伤标志物:肌钙蛋白I、BNP、ANP、LDH、CK 统计方法:单因素方差分析(ANOVA)及Holm-Sidak多重比较检验,p≤0.05

摘要

规律性水烟吸烟(Reg-WPS)对心脏的有害影响已被广泛认可。然而,关于偶发性水烟吸烟(Occ-WPS),即非每日吸烟,与Reg-WPS相比对心脏稳态的影响及其潜在机制的实验研究却很少。因此,本研究旨在探讨Occ-WPS(30分钟/天,1天/周)与Reg-WPS(30分钟/天,5天/周)暴露6个月对小鼠收缩压(SBP)、心脏损伤、氧化标志物、趋化因子、促炎细胞因子、DNA损伤和线粒体功能的影响,并与空气(对照)暴露小鼠进行比较。结果表明,与空气暴露小鼠相比,暴露于Occ-WPS或Reg-WPS均导致SBP升高。此外,我们发现只有Reg-WPS显著升高了肌钙蛋白I、脑钠肽、乳酸脱氢酶和肌酸磷酸激酶的水平。然而,心房钠尿肽(ANP)在Occ-WPS和Reg-WPS组中均显著升高。与空气暴露小鼠相比,脂质过氧化、还原型谷胱甘肽和单核细胞趋化蛋白-1的水平仅在Reg-WPS组中显著增加。然而,过氧化氢酶、超氧化物歧化酶和CXCL1在Occ-WPS和Reg-WPS组中均显著升高。粘附分子E-选择素、血管细胞粘附分子-1和细胞间粘附分子-1的浓度仅在暴露于Reg-WPS的小鼠心脏中升高。类似地,白细胞介素-1β和肿瘤坏死因子α的浓度仅在Reg-WPS组中显著增加。然而,与对照组相比,Occ-WPS和Reg-WPS均显著增加了IL17水平和DNA损伤。此外,虽然Occ-WPS诱导哺乳动物雷帕霉素靶蛋白和核因子E2相关因子2(Nrf2)表达水平轻微但不显著地升高,但Reg-WPS暴露使其水平大幅升高,此外还使p53和线粒体复合物II和III及IV的活性升高,与空气暴露小鼠相比。总之,我们的研究结果表明,长期Occ-WPS暴露诱导SBP、ANP、抗氧化酶、IL17、CXCL1和心脏DNA损伤升高,而Reg-WPS暴露则与SBP升高以及心脏损伤、炎症、氧化应激、DNA损伤和线粒体功能障碍的发生持续相关。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
长期偶发性水烟吸烟(Occ-WPS)与规律性水烟吸烟(Reg-WPS)对心脏损伤及相关机制(氧化应激、炎症、DNA损伤和线粒体功能)的影响有何不同?
核心机制
规律性水烟暴露通过诱导心脏损伤、炎症、氧化应激、DNA损伤和线粒体功能障碍发挥有害效应;偶发性暴露虽影响较轻,但仍引起血压升高、ANP升高、抗氧化酶升高、IL17和CXCL1升高以及DNA损伤。
主要证据
小鼠实验显示,Reg-WPS显著升高肌钙蛋白I、BNP、ANP、LDH、CK、LPO、GSH、MCP-1、E-selectin、VCAM-1、IL-1β、TNFα、p53和线粒体复合物II&III、IV活性;Occ-WPS显著升高SBP、ANP、过氧化氢酶、SOD、CXCL1、IL17和DNA损伤。
研究意义
该研究表明长期规律性水烟暴露对心脏具有显著有害作用,并提示偶发性水烟暴露虽影响较轻,但也并非无害,为水烟吸烟的健康危害提供了实验证据。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

动物分组与暴露

建立偶发性和规律性水烟烟雾暴露的动物模型,以比较其对心脏的影响。

雄性BALB/C小鼠随机分为空气(对照)、Occ-WPS和Reg-WPS三组,通过鼻部暴露系统分别接受空气、偶发性水烟(30分钟/天,1天/周)和规律性水烟(30分钟/天,5天/周)暴露,持续6个月。

2

收缩压测量

评估不同水烟暴露模式对小鼠收缩压的影响。

使用无创计算机化尾袖测压系统测量小鼠收缩压,每周测量一次,每次测量5次取平均值。

3

心脏损伤标志物检测

评估心脏损伤标志物(如肌钙蛋白I、BNP、ANP、LDH、CK)在不同暴露组中的变化。

制备心脏匀浆,采用ELISA方法检测肌钙蛋白I、BNP、ANP、LDH、CK水平。

4

氧化应激指标检测

评估心脏组织氧化应激状态,包括脂质过氧化、GSH、过氧化氢酶和SOD水平。

采用分光光度法检测LPO、GSH、过氧化氢酶和SOD水平。

5

炎症和趋化因子检测

评估心脏组织中炎症因子和趋化因子(MCP-1、CXCL1、IL-1β、TNFα、IL17)的表达。

使用ELISA法检测心脏匀浆中的IL-1β、TNF-α、IL17、MCP-1和CXCL1浓度。

6

DNA损伤评估

评估心脏细胞DNA损伤程度。

采用彗星实验(COMET assay)检测心脏组织的DNA迁移。

7

mTOR和p53表达检测

检测mTOR和p53蛋白水平,评估相关信号通路的变化。

使用ELISA检测心脏匀浆中的mTOR浓度,通过Western blot检测p53蛋白表达。

8

Nrf2表达检测

评估Nrf2蛋白在心脏组织中的表达变化。

通过免疫组织化学方法检测心脏组织切片中Nrf2的表达。

9

线粒体功能评估

评估心脏线粒体电子传递链复合物I、II&III、IV的活性。

分离心脏线粒体,测定复合物I、II&III、IV的活性。

10

血浆可替宁浓度检测

评估水烟暴露的尼古丁摄入水平。

使用ELISA法检测血浆中可替宁浓度。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
inExpose系统SCIREQ--
尾袖测压系统AD Instrument--
LDH和CK试剂盒Roche--
BNP ELISA试剂盒My BioSource--
ANP ELISA试剂盒Elabscience--
E-选择素、VCAM-1、ICAM-1、mTOR ELISA试剂盒R & D Systems--
GSH、过氧化氢酶、SOD试剂盒Cayman Chemical--
丙二醛Sigma-Aldrich--
IL-1β、TNFα、IL17、MCP-1、CXCL1 ELISA试剂盒R & D Systems--
p53抗体Abcam--
β-肌动蛋白抗体Santa Cruz Biotechnology--
Pierce ECL Plus蛋白质印迹底物Thermo Scientific--
Typhoon FLA 9500GE Healthcare--
EnVision检测系统Dako, Agilent--
Pierce BCA蛋白定量试剂盒Thermo Scientific--
GraphPad Prism 7GraphPad Software--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
动物模型与暴露
小鼠品系、性别、年龄和体重;暴露频率和时长;水烟品牌和烟草类型
阅读提示:材料与方法2.2节
心脏损伤标志物检测
心脏匀浆制备方法、ELISA试剂盒来源、样品量
阅读提示:材料与方法2.4节
氧化应激指标检测
试剂盒品牌、检测方法(分光光度计)、样品处理
阅读提示:材料与方法2.5节
炎症和趋化因子检测
ELISA试剂盒品牌、检测的细胞因子和趋化因子种类
阅读提示:材料与方法2.6节
DNA损伤评估
细胞悬液制备、琼脂糖浓度、电泳条件、评分标准
阅读提示:材料与方法2.7节
线粒体功能评估
线粒体分离方法、测定复合物活性的方法
阅读提示:材料与方法2.10节