百草枯中毒致肺纤维化中TGF-β1/CTGF信号转导通路的作用机制研究

Paraquat (PQ) (1,10-dimethyl-4,40-bipyridinium dichloride), which is used world-widely for its high efficiency and low residues in the crops as a non-selective contact herbicide, can cause severe lung injury in humans and experimental animals. PQ-induced lung injury is characterized by initial destructive phase of pulmonary edema, alveolar hemorrhage, inflammatory infiltration, and second proliferative phase of fibroblast proliferation, excessive collagen deposition, which eventually results in pulmonary fibrosis and respiratory failure. So far, the mechanism of PQ toxicity is poorly understood and therapeutics has been disappointing and the mortality still remains high.This study investigate the dynamic changes of biomarkers of transcriptional factors NF-kB and related cytokines, TGF-β1 and its target gene CTGF over time, in order to explore the key points of PQ-induced pulmonary fibrosisi mechanisms, especially the role and regulation of CTGF by TGF-β1-mediated signal transduction pathways through rat model and in vitro culture. Moreover, we aimed to observe the effect of RNA interfernce for CTGF as target gene on PQ-induced pulmonary fibrosis and evaluate its potential therapeutic effect to provide scientific basis and new clues for the treatment strategy of PQ poisoning.

百草枯是目前全球使用最广的除草剂之一，肺脏是其中毒的主要靶器官，表现为早期的急性肺损伤，晚期的肺泡和间质纤维化，被命名为"百草枯肺"，呼吸衰竭是其死因，病死率达60%～87.5%。迄今中毒机制不明，亦无有效拮抗药物。本研究拟通过整体动物模型和体外细胞培养实验，从整体、细胞和分子水平探讨百草枯致肺纤维化的分子机制，找出百草枯致肺纤维化的关键点，尤其是阐明结缔组织生长因子(CTGF)在百草枯致肺纤维化过程中的作用，及转化生长因子β1(TGF-β1)介导的信号转导通路对CTGF表达的调控机制。探讨CTGF作为百草枯致肺纤维化治疗的新靶点的可行性，进一步补充和完善百草枯肺脏毒作用机制，以期为百草枯中毒的有效治疗途径提供理论基础和新的线索。

百草枯是目前全球使用最广的除草剂之一，肺脏是其中毒的主要靶器官，表现为早期急性肺损伤，晚期肺泡和间质纤维化，被命名为"百草枯肺"，呼吸衰竭是其死因，病死率达60%～87.5%。迄今中毒机制不明，无有效拮抗药物。本课题通过建立PQ中毒致肺损伤动物模型，发现PQ急性中毒所致氧化应激，诱导核转录因子NF-κB活化，继而引起细胞因子网络调控失衡，相关细胞因子过度表达，其中TGF-β1作为致纤维化的“开关性”因子，通过其下游效应分子CTGF介导其促纤维化的效应，该效应可能通过促进Fb向MFb 转化、促进ECM成分的转录增强而实现的。PDTC作为金属螯合剂、抗氧化剂纠正了PQ所致的氧化-抗氧化失衡；作为公认的NF-κB抑制剂，有效抑制其活化，降低TGF-β1水平，继而减少CTGF蛋白表达，阻止其诱导Fb的转分化作用和基质外成分的转录、显著降低肺组织的病理组织学改变、Hyp含量，有效改善PQ所致的肺部炎症及肺纤维化。通过建立两种体外细胞模型[大鼠Ⅱ型肺泡上皮细胞株(RLE-6NT)和人胚肺成纤维细胞(MRC-5)]，探讨了TGF-β1/Smad/CTGF信号转导通路在PQ致MRC-5细胞损伤中的作用；显示TGF-β1与其膜上的磷酸化TβRI、TβRII受体结合是通路激活的始动力；Smad2和Smad3的磷酸化是信号通路活化的中间环节；Smad7作为抑制性蛋白，其功能明显减弱加剧了PQ致肺纤维化的发展。CTGF作为Smad2/3信号转导通路下游高效靶基因，其蛋白和基因的高表达执行了TGF-β1的促纤维化效应。利用基因沉默技术抑制MRC-5细胞内CTGF表达，PQ引起的肺纤维化水平明显受到了抑制；CTGF功能明确且单一，抑制CTGF的表达可能是治疗PQ引起肺纤维化的关键靶点。另外，PQ诱导肺泡上皮细胞通过EMT转变为间质细胞，可能为MFB的一个重要来源；MAPK家族中p38 MAPK、ERK、JNK信号通路参与了PQ诱导EMT的发生。如何通过上述信号通路上的关键靶点进行干预，阻止和逆转EMT的过程，是接下来研究的主要方向。