线粒体ROS-TRPA1通路在臭氧诱导慢性阻塞性肺疾病中的作用机制

Air pollutant such as ozone is an important aetilogical factor for chronic obstructive pulmonary disease(COPD), in which oxidative stress is the key mechanism. However, the deeper mechanism remains unclear. Our preliminary study showed that ozone exposure could lead to increased level of mitochondrial ROS(mtROS), activation of TRPA1 and inflammatory response. mtROS induced inflammation may through direct activation of TRPA1. Based on these findings, we proposed the following hypothesis, i.e ozone induces mitochondrial dysfunction in airway epithelium and lung tissue, resulting in the production of mtROS and activation of TRPA1 and downstream MAPK pathways, which plays a key role in the development of COPD. Based on preliminary experiments, by measuring level of mtROS, expression and activity of TRPA1 and giving respective interventions in vitro and in vivo, this study aims to investigate the relationship of mtROS, TRPA1 between inflammation in COPD, elucidate the molecular mechanism of mtROS-TRPA1 pathway in ozone induced COPD, and provide new interventional targets for the prevention and treatment of COPD.

空气污染物如臭氧是慢性阻塞性肺疾病（COPD）的重要致病因素，氧化应激是其中的关键性机制，但是深层次的机制尚不清楚。我们的前期研究发现，臭氧暴露可诱导气道上皮细胞的线粒体ROS（mtROS）增加、TRPA1受体活化以及炎症反应。mtROS可能直接激活TRPA1而诱导炎症反应。据此我们提出如下研究假设：臭氧诱导气道上皮细胞/肺组织的线粒体功能异常，产生mtROS，激活TRPA1，及其下游MAPK通路，在COPD的发生发展中扮演了关键的作用。本研究拟在前期工作的基础上，以mtROS、TRPA1受体与COPD的关系为主线，从离体、在体两个方面，通过检测mtROS水平、TRPA1表达与活性，并给予相应的措施进行干预，阐明mtROS-TRPA1通路在臭氧诱导COPD中的分子机制，为COPD的防治提供新的干预靶点。

空气污染物如臭氧是慢性阻塞性肺疾病（COPD）的重要致病因素，氧化应激是其中的关键性机制，但是深层次的机制尚不清楚。我们的前期研究发现，臭氧暴露可诱导气道上皮细胞的线粒体ROS（mtROS）增加、TRPA1受体活化以及炎症反应。mtROS可能直接激活TRPA1而诱导炎症反应。本课题研究涉及体外实验（使用Beas-2B细胞利用臭氧暴露建立上皮细胞损伤模型）和在体实验（建立臭氧诱导的急性气道炎症、气道高反应性模型和慢性COPD模型）观察TRPA1通路在臭氧诱导COPD中的分子机制。我们的研究发现：1.臭氧暴露能够诱导Beas-2B细胞炎症、氧化应激，TRPA1抑制剂干预或TRPA1-shRNA Beas-2B细胞具有抗炎、抗氧化效应。2. 臭氧暴露可诱导小鼠出现气道炎症、损伤，气道高反应性、氧化应激，肺组织中线粒体分裂蛋白DRP1和MFF和线粒体自噬相关蛋白PARK2和SQSTM1/p62的蛋白表达水平增高，线粒体融合蛋白OPA1和MFN2和线粒体自噬相关蛋白PINK1的蛋白表达水平降低，TRPA1和TRPV1的蛋白表达增高。3.TRPA1/TRPV1抑制剂能够逆转小鼠肺组织中臭氧诱导改变的线粒体分裂融合蛋白和自噬相关蛋白表达，并抑制肺部炎症与氧化应激。4. 慢性臭氧暴露能够诱导气道炎症、气道重塑、肺容量增加和气流阻塞，类似于COPD模型。5. 预防性应用和治疗性应用TRPA1抑制剂和TRPA1-/-小鼠能够完全或部分逆转臭氧暴露诱导的气道炎症、气道重塑、肺容量增加和气流阻塞。以上结果提示TRPA1通路可能通过调控线粒体分裂融合和线粒体自噬通路发挥作用。上述结果基本证明了本课题的预先假想，阐明了TRPA1通路在臭氧诱导COPD中的重要作用，从而为COPD的防治提供新的治疗方法与靶点。本项目如期完成，基本达到预期目标。本项目在研期间已培养硕士生3名。发表论文8篇，其中SCI收录5篇。本课题获得授权专利1项，正在申请专利1项。