腺苷酸环化酶AC2亚型在慢性阻塞性肺病疾病发病中的作用及其分子机制研究

Chronic obstructive pulmonary disease (COPD) has become the first of the burden of aging diseases in China, and the new prevention and treatment target are urgently needed in the clinic. Its pathophysiological characteristics are related to the abnormal inflammatory reaction of the lung to harmful gases or harmful particles such as cigarette smoke. Clinical research have found that the TLR4/NF-kappa B inflammatory pathway is involved in the COPD induced by smoking and miRNA intervention. Preliminary experiments show that isoforskolin (ISOF) is adenylate cyclase (AC) 2 subtype selective agonist, and against inflammation and pulmonary function damage in COPD, so AC2 isoform involves in the inflammatory process of COPD. However, the role of AC subtype in COPD is not clear. This study will test the expressions of AC subtypes in the PMLs with COPD, the anti-inflammatory activities changing of AC2 agonists on AC2 gene silencing cell lines, the effect of AC2 inhibitor on the rat COPD model, and the regulation role of TLR4/NF- kappa B signalway. Thus to reveal the role of AC2 in the pathogenesis of COPD and its molecular mechanism, to offer the scientific rationals for confirming the new target of AC2, for development of AC isoform agonist.

慢性阻塞性肺疾病（COPD）已成为我国老年疾病负担之首位，临床迫切需要新的防治靶点突破。其病理生理特征与肺部对香烟烟雾等有害气体或有害颗粒的异常炎症反应有关，临床实验发现TLR4/NF-κB炎症通路参与吸烟诱导COPD及miRNA对疾病的有效干预。前期实验还显示异佛司可林有腺苷酸环化酶（AC）2亚型选择性激动活性，并且有效改善COPD的炎症和肺功能损害，因此AC2酶参与了 COPD 的炎症发生过程。但COPD中AC亚型的作用尚不明确。本项目拟探查COPD病人单个核白细胞中AC各亚型的表达，应用AC2基因沉默细胞系检测AC2激动剂的抗炎活性变化，大鼠COPD模型上评价AC2抑制剂对疾病的影响，并研究TLR4/NF-κB信号通路在其中的作用，从而揭示AC2在COPD发病中的作用及其分子机制，为确立AC2酶是COPD的防治新靶点提供科学依据，也为AC亚型激动剂类药物开发奠定坚实基础。

慢性阻塞性肺疾病（COPD）已成为我国老年疾病负担之首位，临床迫切需要新的防治靶点突破。前期研究显示异佛司可林ISOF有腺苷酸环化酶（AC）2亚型选择性激动活性，并且有效改善COPD的炎症和肺功能损害，因此推测AC2酶参与了 COPD 的炎症发生过程。本项目通过应用AC2基因沉默细胞系、AC2基因过表达细胞系建立了体外COPD细胞模型，同时建立大鼠COPD模型，在体内外模型中分别以香烟烟雾（CS）、AC2激动剂和抑制剂进行干预，结果显示体内外 CS 的暴露有效地减少ACs 的表达，并且对 AC2 亚型的影响更为明显。AC2激动剂ISOF、compound73均可激动AC2酶，调控TLR4/MyD88/NF-κB通路中TLR4、MyD88、κB-p65蛋白的表达，减少COPD相关的炎症因子IL-6、IL-8、TNF-α的分泌，改善炎症反应和肺功能；而AC2抑制剂SKF-83566则抑制AC2酶活性，调控TLR4/MyD88/NF-κB通路中各蛋白的表达，促进COPD的炎症反应，加强肺功能损伤。同时通过网络药理学及多组学研究，发现ISOF抗COPD的新作用机制， ISOF选择性激动AC2酶，同时抑制4型磷酸二酯酶（PDE4B、PDE4D），升高cAMP浓度，有效地减少了 AQP4、SPP1、PIK3C3 蛋白的表达，以调控PI3K-Akt-mTOR通路，显著降低COPD的炎症反应。因此从细胞及动物实验中，以上发现有助于阐明吸烟导致COPD 的炎症机制，同时深入研究了 ISOF 经 cAMP 介导 TLR4/MyD88/NF-κB、PI3K-Akt-mTOR 信号通路调控的抗 COPD 的分子机制。通过本项目研究，揭示了AC2在COPD疾病进展中的作用及其激动剂ISOF抗COPD的作用机制，为确立AC2酶是COPD的防治新靶点提供了一定的科学依据，也较深入地研究了ISOF抗COPD药理作用机制，为其开发奠定基础。