目的:慢性阻塞性肺疾病（Chronic Obstructive Pulmonary Disease,COPD）是由气道炎症和气道重塑引起的一种常见的、可预防及治疗的疾病。它是呼吸系统的常见且多发的疾病,其患病率和死亡率呈逐年上升趋势。已有研究发现,多种因素促成了COPD的发生发展,主要包括炎症、上皮-间充质转化（EpithelialMesenchymal Transition,EMT）、蛋白酶-抗蛋白酶失衡、氧化应激等。一方面,机体接触香烟烟雾（Cigarette smoke,CS）等有毒有害气体后,炎症细胞（包括单核-巨噬细胞、中性粒细胞、淋巴细胞等）与上皮细胞等结构细胞一起释放各种炎症因子,放大炎症过程,诱导肺组织结构的变化,从而引起COPD患者肺组织中分解结缔组织成分的蛋白酶以及拮抗这种作用的抗蛋白酶之间的不平衡。另一方面,CS中含有大量的氧化剂,可以激活炎症细胞如巨噬细胞和中性粒细胞,也会产生大量的活性氧（Reactive oxygen species,ROS）,从而导致肺组织细胞的氧化应激损伤。CS能够拮抗体内抗氧化剂的作用,致使机体出现氧化反应及抗氧化反应失衡。氧化应激可直接损伤气道和肺实质,也可刺激炎症细胞和炎症因子的释放、聚集和进一步激活,从而加重气道炎症。最后,吸烟者长期暴露于CS可引起气道及肺组织的外部损伤,会导致正常上皮细胞结构的显著改变,基底细胞明显增多,上皮细胞的连接完整性下降,上皮细胞的重新编程,最终可导致EMT。而EMT的出现则进一步促进COPD患者肺部组织病理变化的发生发展,进而发展为肺气肿及气道重塑,引起气流受限。虾青素（Astaxanthin,AXT）,是一种类胡萝卜素,是广泛存在于海洋生物及微生物中的一种天然的抗氧化剂,因首次在海虾中发现而得名。研究表明,虾青素具有强大的抗炎及抗氧化作用,能够抑制白细胞介素8（Interleukin-8,IL-8）、白细胞介素6（Interleukin-6,IL-6）、肿瘤坏死因子α（Tumor necrosis factorα,TNF-α）等炎症因子的释放,而这些因子是慢性炎症性疾病的主要发生发展因素。这些因素可以促进肺部炎症的延续,细胞外基质降解失衡、胶原沉积和氧化应激的形成。氧化应激和炎症反应作为COPD重要的发病因素,可作为COPD治疗的潜在靶点。虾青素具有很强的抗炎和抗氧化作用,因此,从理论上讲,虾青素对COPD有潜在的治疗作用,但目前尚无相关研究报道。本研究旨在香烟烟雾诱导的小鼠肺气肿模型及香烟提取物（Cigarette smoking extract,CSE）刺激的支气管上皮细胞中,通过检测虾青素处理前后肺组织结构、胶原沉积、炎症因子、氧化应激及EMT相关蛋白的表达变化,从细胞及动物模型层面上评估虾青素对COPD是否有保护性作用,并探讨其作用机制。方法:1、虾青素在体内及体外对香烟烟雾诱导的肺气肿小鼠炎症反应和氧化应激的影响（1）体外培养人支气管上皮细胞（Human Bronchial Epithelial Cells,HBE）,应用MTT方法检测HBE活性,确定适宜的CSE浓度及低、中、高3个虾青素干预剂量组浓度;（2）将HBE分成对照组、5%CSE刺激组、L-AXT组（0.1u M AXT）、M-AXT组（1u M AXT）、H-AXT组（10u M AXT）、5%CSE+L-AXT组、5%CSE+MAXT组、5%CSE+H-AXT组,应用Western Blot法检测各组氧化应激相关蛋白NF-E2相关因子2（NF-E2-related factor 2,Nrf2）及血红加氧酶1（Heme oxygenase,HO-1）、醌氧化还原酶（NADPH quinone dehydrogenase 1,NQO1）的表达情况;（3）将60只小鼠随机分为对照组、模型组、低、中、高剂量虾青素干预组,用香烟烟雾暴露和腹腔注射CSE方法制作小鼠肺气肿模型,虾青素干预组小鼠每天熏烟前30分钟分别给予虾青素（5mg/kg、10mg/kg、50mg/kg）灌胃1次;（4）1个月后处死各组小鼠,进行肺组织HE染色,评估其组织病理学变化,应用ELISA方法检测肺组织丙二醛（Malondialdehyde,MDA）、谷胱甘肽（Glutathione,GSH）、IL-6、TNF-α、髓过氧化物酶（Myeloperoxidase,MPO）水平,应用Western blot方法检测肺组织氧化应激及炎症反应相关蛋白P-p65、p-IκBα、Nrf-2、HO-1的表达。2、虾青素对香烟烟雾诱导的肺气肿小鼠肺组织EMT及气道重塑的影响（1）应用免疫荧光方法检测HBE细胞Fibronectin、诱导型一氧化氮合酶（Inducible Nitric Oxide Synthase,INOS）、Vimentin蛋白在虾青素干预及CSE诱导前后的变化。通过Western Blot法检测虾青素对CSE诱导的EMT标志分子α-平滑肌肌动蛋白（α-smooth muscle actin,α-SMA）、Vimentin、Fibronectin、Ecadherin在HBE细胞表达的变化。（2）各组小鼠肺组织免疫组化染色,评估虾青素对肺气肿模型小鼠气道周围上皮标志物E-cadherin及间充质标志物α-SMA表达的影响;（3）各组小鼠肺组织马松（Masson）染色,在光学显微镜下观察气道及组织周围胶原沉积及上皮细胞厚度的情况;（4）Western blot方法检测小鼠肺组织EMT相关蛋白E-cadherin、α-SMA、Vimentin、Fibronectin、p-smad2/3、T-smad2/3、组织型基质金属蛋白酶抑制物-1（Tissue inhibitor of matrix metalloproteinase-1,TIMP-1）、基质金属蛋白酶9（Matrix metallopeptidase 9,MMP-9）、转化因子β1（Transforming growth factor-β1,TGF-β1）的表达。结果:1.AXT在体内及体外对香烟烟雾诱导的肺气肿小鼠炎症反应和氧化应激的影响1.1 Western Blot结果显示虾青素能显著增加CSE诱导的HBE细胞中氧化应激相关蛋白Nrf2、NQO1、HO-1的表达（P＜0.001）。1.2与对照组相比,模型组小鼠饮食减少,被毛枯黄,活动能力减弱、呼吸频次加快、体重明显减轻,虾青素干预各组上述改变均有所改善。1.3与对照组相比,模型组小鼠气道及肺组织结构紊乱,平均内衬间隔（Mean linear intercept,MLI）明显增加（P＜0.001）,平均肺泡面积（Mean alveolar area,MAA）及肺泡破坏指数（Destructive Index,DI）显著增大（P＜0.001）,与肺气肿的病理学变化一致。而虾青素干预各组上述病理变化与模型组比较均有显著改善（P＜0.001）。1.4与对照组相比,模型组小鼠肺组织的MDA、MPO、IL-6、TNF-α水平均显著升高（P＜0.001）、GSH水平显著降低（P＜0.001）。与模型组比较,虾青素各干预组小鼠肺组织的MDA、MPO、IL-6、TNF-α水平均下降,尤以高剂量组下降明显,高剂量虾青素干预组GSH水平较模型组显著升高（P＜0.001）。1.5 Western blot结果显示:与对照组相比,模型组小鼠肺组织中p-p65、p-IκBα、Nrf2、HO-1分子表达水平明显上调（P＜0.01）,而给予虾青素预处理各组小鼠肺组织中p-p65、p-IκBα的表达较模型组明显下降,Nrf2、HO-1的表达较模型组则进一步升高（高剂量组P＜0.001）。2.虾青素抑制香烟烟雾及其提取物诱导的肺气肿小鼠肺组织EMT及气道重塑2.1免疫荧光结果显示CSE明显上调HBE细胞Fibronectin、INOS、Vimentin的表达（P＜0.001）,不同浓度的虾青素对上述反应均存在不同程度的抑制作用,且呈现出一定的量效关系。2.2 Western Blot结果显示CSE刺激组HBE细胞α-SMA、Vimentin、Fibronectin蛋白分子表达较对照组明显升高,E-cadherin较对照组明显下降,而各虾青素干预组细胞上述变化均呈现出一定的逆转作用。2.3免疫组化染色结果显示,在模型组小鼠小气道周围E-cadherin分子的表达较对照组减少,而间充质细胞标志物α-SMA分子的表达较对照组明显升高。在AXT干预后,有效地减弱了由香烟烟雾诱导的气道周围E-cadherin表达的下调（高剂量组P＜0.001）,并一定程度逆转了间充质标志物α-SMA表达的上调（中、高剂量组P＜0.001）。2.4 Masson染色结果显示,模型组小鼠气道壁、血管壁可见大量胶原沉积,气道内壁结构紊乱不规则,气道上皮明显增厚,虾青素各干预组气道及血管周围胶原沉积量较模型组明显减少,气道结构病变也显著改善。2.5 Western blot结果显示,与对照组相比,模型组小鼠肺组织中α-SMA、Vimentin、Fibronectin、P-smad2/3、MMP-9、TGF-β1分子表达水平明显上调,Ecadherin、TIMP-1分子表达水平明显下调,而虾青素干预各组小鼠上述变化均呈现出一定程度的逆转作用。结论:1.虾青素有减轻香烟烟雾及其提取物诱导的小鼠肺气肿及气道重塑作用;2.虾青素可能是通过激活Nrf2通路抑制小鼠肺组织氧化应激损伤、通过抑制NF-κB途径减轻小鼠肺组织炎症反应、通过抑制TGF-β1/Smad通路减轻小鼠肺组织EMT及蛋白酶/抗蛋白酶失衡,从而实现对香烟烟雾及其提取物诱导的小鼠肺气肿和气道重塑的保护性作用。