镉诱导慢性肺部炎症糖皮质激素抵抗的发生及β受体激动剂的调控作用及其机制

China is one of the most cadmium-polluted countries in the world. The incidence of obstructive lung disease (OLD) induced by cadmium is dramatically increasing. The glucocorticoid (GCs) resistance is considered to be the main cause of poor efficacy of GCs to inhibit lung inflammation and ultimately control development of OLD. Therefore, it is important to elucidate the machanisms and pathways of glucocorticoid resistance in cadmium-induced chronic pulmonary inflammation. This will enable novel therapeutic targeting for alternative anti-inflammatory drugs or combination therapies providing restoration for the anti-inflammatory action of glucocorticoids. A long-acting β2-adrenoceptor agonist has been found to synergistically enhance GC anti-inflammatory effects in rats exposed to cadmium. By developping a cadmium-induced glucocorticoid resistant model in rats or in alveolar macrophages, this study is aimed to clarify the role of MAPK pathway in the impairement of glucocorticoid function and to identify whether β2-adrenoceptor agonists could restore the glucocorticoid sensitivity by enhancing GC-mediated MKP-1 expression.

我国是全球镉污染最严重的国家之一，镉暴露诱导的阻塞性肺病（OLD）发病率逐年上升，糖皮质激素（GCs）抵抗是镉诱导OLD肺部炎症不能得到有效控制的主要原因。阐明镉暴露引起的难治性慢性肺部炎症产生GCs抵抗的机制并籍此研究改善甚至逆转GCs抵抗的方法具有重要的理论与实践意义。此前我们对镉诱导大鼠肺部炎症模型的研究发现，β2受体激动剂能明显增强GCs抗炎疗效。本课题拟在肺泡巨噬细胞和动物整体水平建立镉诱导的炎症和GCs抵抗模型，通过质粒转染高表达或siRNA沉默相关基因等方法确立MAPK信号通路在诱导GCs抵抗发生中的作用，探讨β2 受体激动剂对GRα介导的MKP-1转录活化的调控及在改善GCs抵抗中的意义。研究成果将有助于阐明β2 受体调控GCs抵抗的分子机制，为寻找有效控制环境镉污染导致的慢性炎症提供创新理论。

作为环境中存在的主要污染物,镉吸入人体后常引发阻塞性肺病 (obstructive lung disease, OLD)，主要表现为气流受限和慢性肺部炎症，且表现出糖皮质激素（GCs）抵抗的特点，成为其不能得到有效控制的主要原因。我国是全球镉污染最严重的国家之一，本课题旨在阐明镉暴露引起的难治性慢性肺部炎症产生GCs抵抗的机制并籍此研究改善甚至逆转GCs抵抗的方法。通过连续5周0.1% CdCl2雾化吸入建立大鼠慢性肺部炎症模型，给予布地奈德250µg/15ml或500µg/15ml雾化干预，发现可以显著抑制镉诱导的急性肺部炎症的布地奈德在此模型中的抗炎作用显著下降，不能有效抑制镉诱导肺组织慢性炎症浸润和肺气肿的发生，且不能有效缓解镉慢性暴露导致的气道壁平滑肌紧张性增加。在大鼠原代肺泡巨噬细胞炎症模型中发现CdCl230µM可引起细胞培养上清液中MMP-9活性显著上升，该炎症反应可被高浓度布地奈德10-6M抑制，而低浓度布地奈德10-12M和10-9M则无效。给予单独作用均无抗炎作用的布地奈德250µg/15ml和长效β2受体激动剂福莫特罗500µg/30ml联合用药，发现联合用药可显著抑制镉诱导的肺气肿发生及慢性肺部炎症浸润，同时支气管肺泡灌洗液（Balf）中MMP-9活性显著下降，并有效降低镉诱导的气道壁平滑肌紧张性收缩。提示在镉诱导的慢性炎症模型中福莫特罗可增强布地奈德抗炎作用。进一步研究产生GC抵抗的机制，发现镉暴露导致大鼠肺组织ERK1 mRNA表达上升，低浓度布地奈德与福莫特罗联用可显著抑制ERK 1 mRNA的高表达。镉暴露未引起p38MAPK mRNA水平发生改变，但p38MAPK蛋白表达水平显著升高，且可被布地奈德及福莫特罗联合用药干预抑制。GR和MKP-1的蛋白表达水平在各组间未见显著差异。β2受体激动的信号通路cAMP-PKA在mRNA和蛋白表达水平均未见显著改变，提示该通路未介入镉诱导的肺部炎症反应。本研究明确了福莫特罗可有效逆转镉诱导的糖皮质激素抵抗，其作用机制可能通过非cAMP-PKA依赖性信号通路抑制ERK1及p38MAPK的表达抑制炎症反应。本研究成果为进一步研究β2受体调控GCs抵抗的分子机制提供了新的理论依据，有助于寻找有效控制环境镉污染导致的慢性炎症的治疗策略。