PTEN调控CD38介导的钙信号振荡抑制哮喘气道重塑的分子机制

Airway remodeling plays critical roles in the initiation and progression of asthma. Calcium influx disordercaused calcium oscillation rhythmic disorders in airway smooth muscle cells is closely associated with airway remodeling. It was previously found that pathological loss of PTEN promoted airway remodeling, inducing increases of intracellularcalcium and the change of calcium signal transduction molecule CD38. Based on the current situation that the uncertainty of underlying mechanism of PTEN in regulating calcium signaling, we put forward thatPTEN regulates CD38 mediated calcium oscillation in airway smooth muscle cells to affect airway remodeling during asthma. We used PTEN conditional knockout mice and mouse smooth muscle cells model, immune-cellular and molecular biological techniques, to comparatively observe the effects of PTENon calcium influx and the calcium oscillation signal within the airway smooth muscle cells and the effects on airway remodeling. Furthermore, we aims to uncover the effects and underlying mechanism of PTEN mediated inhibition of PI3K/AKT signaling pathway and the possible PTEN-CD38 interaction on the regulation of CD38 expression and activity. To further clarify PTEN-CD38-calcium oscillation-airway remodeling cascades, the inhibitors of the pathway are used to identify the underlying mechanisms in the regulation of PTEN on CD38-mediated calcium oscillation in airway remodeling. Our study will pave a promising avenue for the regulation of airway remodeling in asthma and provide a new target for the accurate treatment of asthma.

气道重塑在哮喘的发生发展中起重要作用。气道平滑肌细胞钙离子内流紊乱所致的钙振荡节律失调与之密切相关。课题组在发现PTEN缺失促进哮喘小鼠气道重塑，引起平滑肌细胞内钙离子增加和钙信号调制分子CD38变化的基础上，针对PTEN对钙信号调控机制不清的现状，提出PTEN调控CD38介导的钙振荡影响气道重塑的新设想。本研究利用PTEN条件敲除小鼠和气道平滑肌细胞模型，运用免疫细胞和分子生物学技术，观察PTEN对平滑肌细胞钙离子流、钙信号振荡及气道重塑的影响，揭示PTEN对PI3K/AKT通路的抑制效应及PTEN-CD38相互作用在CD38表达和活性调控中的作用，阐明PTEN-CD38-钙振荡-气道重塑的调控路径和机制，运用信号通路抑制剂比较研究其作用差异，旨在确证PTEN调控CD38介导的钙信号振荡在抑制哮喘气道重塑中的作用并阐明机制，为哮喘气道重塑信号调控提供新通道，为哮喘的精准治疗提供新靶点。

哮喘是一种呼吸系统常见的慢性气道炎症性疾病，气道炎症进行性进展至气道重塑后，可发展至不可逆性气道阻塞，患者气短进行性加重。哮喘的病因多样，并受多种因素的影响，其具体的发病机制，目前尚不完全清楚。气道重塑在哮喘的发生发展中起重要作用。因此探明哮喘气道重塑的发病机制，寻求疗效好而副作用小的抑制哮喘气道重塑方法及药物成为研究重点。已知气道平滑肌细胞钙离子内流紊乱所致的钙振荡节律失调与气道重塑密切相关。本课题组既往研究发现，PTEN缺失促进哮喘小鼠气道重塑，引起平滑肌细胞内钙离子增加和钙信号调制分子CD38变化的基础上，但机制不明。针对PTEN对钙信号调控机制不清的现状，本课题提出PTEN调控CD38介导的钙振荡影响气道重塑的新设想。本项目分离培养小鼠的原代气道平滑肌细胞，采用炎症因子TNF-α刺激，来建立气道重塑研究的细胞模型。在TNF-α刺激的气道平滑肌细胞模型中，PTEN表达水平降低，而CD38表达水平升高。本项目采用重新腺病毒介导的基因敲除或过表达技术来研究PTEN/CD38对哮喘气道重塑的调控作用和机制。过表达PTEN或敲除CD38可以抑制TNF-α诱导的气道平滑肌细胞的增殖和迁移，以及钙离子的释放和CREB的活化。体内动物实验表明，PTEN在哮喘小鼠的气道组织中表达下降，而CD38的表达上升。过表达PTEN或敲除CD38可降低哮喘小鼠气道上皮的厚度，炎症细胞的浸润，气道平滑肌细胞的数量，钙离子的释放和CREB的活化。进一步发现，PTEN介导的对气道重塑的抑制作用可以被CD38过表达逆转。本项目证实了PTEN可通过调控CD38/钙离子/CREB信号通路来影响哮喘气道重塑的进展过程。本项目达到了预期的实验研究目的，对于哮喘气道重塑的机制研究具有重要意义，同时为哮喘的精准治疗方法的研发提供了新靶点和实验研究依据。