气道慢性炎症性疾病中DNA损伤修复应答的分子机制

PARP1 inhibitor is currently one of the most promising molecular targeting therapies against cancer and chronic inflammatory diseases. Our previous studies have demonstrated the molecular mechanisms of PARP1 in regulating repair of single strand DNA damage as well as in response to replication stress. We have also found that inhibition of PARP leads to selective killing of homologous recombination defective tumour and inflammatory tissues. It has been reported recently that PARP inhibitor may also prevent inflammation in animal disease models, despite of molecular mechanisms poorly understood. Based on these findings, we will explore mechanisms of molecular regulations of DNA damage response and repair in chronic respiratory inflammatory diseases, such as asthma and chronic obstructive pulmonary disease (COPD). Well established- asthma and COPD animal models and cell culcture- based assays will be used to assess DNA damage, repair efficiency, cell death, inflammatory cell invasion, cytokines production and secretion etc., in DNA repair relevant genes knockout mice (e.g. PARP-1 -/-, Rad54 -/-) and by administration of inhibitors against various DNA repair pathways, which are currently under clinical trials. This project will help us to better understand molecular mechanisms of DNA damage response and repair in chronic respiratory inflammatory diseases, and will hopefully provide direct theoretical evidence for use of DNA repair inhibitor treatment against chronic inflammatory airway diseases.

PARP抑制剂作为一种针对同源重组缺陷疾病的"合成致死"治疗手段，目前被认为是最有希望的抗肿瘤和慢性炎症疾病的无副作用分子靶向药物之一。我们的前期研究发现了通过调控依赖PARP蛋白的DNA单链损伤修复，以及选择性杀伤同源重组修复缺陷的肿瘤和炎症细胞的分子机制。我们通过动物实验发现PARP抑制剂对气道慢性炎症性疾病有显著作用，但是机制尚不清楚。DNA氧化损伤是呼吸道慢性炎症，尤其是哮喘和慢性阻塞性肺疾病（COPD）的重要特征之一。本课题将在前期研究的基础上，深入探讨这两种疾病中的DNA损伤和修复机制。利用相关的DNA修复基因敲除小鼠和正在临床试验的各种DNA修复小分子抑制剂，检测哮喘和COPD小鼠模型中的DNA损伤程度、修复效率、细胞凋亡、炎症细胞浸润、炎症因子和粘液蛋白的表达和分泌等因素，进一步阐明DNA损伤修复的调控在气道慢性炎症性疾病免疫反应中的分子作用，并为其作为治疗靶点提供依据。

DNA氧化损伤及DNA修复作用在哮喘和慢性阻塞性肺疾病（COPD）的病理过程中的分子机制尚不清楚。研究DNA损伤修复调控机制可为哮喘和COPD提供新的治疗靶点，对开发有效控制和预防这两种重大疾病的分子靶向新药具有重要意义。 . 本项目得出以下研究结论: （1）在过敏原诱导的哮喘模型中，肺泡灌洗液中的炎症细胞以及肺组织的DNA损伤应答水平显著升高，提示哮喘炎症伴随 DNA损伤应答调控异常。（2）在香烟烟雾诱导的COPD小鼠模型中，肺泡灌洗液及肺组织中的炎症介质IL-17表达增加；肺泡灌洗液中的炎症细胞以及肺上皮细胞DNA损伤应答水平增高，表现为γH2AX与53BP1高表达，即存在明显DNA损伤应答水平升高和基因组不稳定性升高；IL-17基因敲除后小鼠气道炎症明显减轻的同时γH2AX表达降低。（3）体外实验中，香烟烟雾提取物可直接导致气道上皮细胞(HBE细胞)氧化应激DNA损伤反应，提示香烟烟雾暴露引起的肺及膀胱组织的DNA损伤可能与IL-17的高表达有关。（4）利用Rad50基因敲除小鼠构建哮喘模型，发现Rad50基因敲除可以显著缓解哮喘小鼠的气道症，下调Th2型免疫反应，提示Rad50对哮喘小鼠气道炎症的缓解，不仅与DNA损伤有关，而且可能通过DNA损伤调控免疫反应。（5）哮喘的持续状态与炎症细胞上处于高表达水平的凋亡抑制蛋白Bcl-2密切相关，在哮喘动物模型中，以Bcl-2的抑制剂ABT-737或ABT-199气道局部给药能够靶诱导炎症细胞凋亡，进而有效抑制气道炎症与气道高反应性，特别是对于激素治疗无效或抵抗的中性粒细胞型哮喘有着理想的治疗效果。 . 本项目的研究结果达到了课题的预期研究目标，即充分阐明了DNA损伤反应在慢性气道炎症发病过程中的作用，并进一步阐明了该作用的具体机制。本项目已资助9篇已发表SCI期刊，另有数篇论文处于投稿阶段，拟在SCI期刊发表。