上皮依赖性成纤维细胞活化引发肺纤维化的分子机制及其潜在应用

Idiopathic pulmonary fibrosis (IPF) is a fibrosing interstitial lung disease that has few treatment options. IPF is an epithelial-fibroblastic disorder that results from repetitive microinjuries to the alveolar epithelial cells that lead to excessive fibroblast activation and subsequent abnormal fibrosis repair. Our group previously found that matriprotein Fstl1, ubiquitin-proteasome pathway (UPP) and PI3K/AKT downstream signal complex mTORC1/C2 play important roles during lung fibrosis. We hypothesize that these key factors regulate TGF-β signaling at different levels, leading to the epithelial-dependent fibroblast activation. In this project, we will use a combination of clinical samples, in vivo mice genetic and disease models, and in vitro cell cultures to study the molecular mechanisms underlying the epithelial injury, fibroblast activation and imparied epithelial-mesenchymal communication, to screen peripheral biomarkers in IPF, and to score anti-Fstl1 neutralizing antibodies for potential intervention of disease process. Our study will improve the understanding of the molecular mechanisms underlying lung fibrosis, and may offer novel therapeutic targets and strategies for the patients with progressive tissue fibrosis.

肺纤维化疾病缺乏有效治疗方法，期待新的研究突破。近年来，本课题组在肺纤维化临床和机制研究方面取得多项重要进展，揭示基质蛋白Fstl1， 泛素－蛋白酶途径UPP和PI3K/AKT途径下游的mTOR信号分子在肺纤维化形成过程中的关键作用，并提出以上关键分子在多个层面通过TGF-β信号途径调控上皮细胞依赖的成纤维细胞活化。本课题拟应用丰富的临床标本、多种基因工程小鼠和肺纤维化小鼠疾病模型，结合体外细胞培养技术，对肺纤维化形成过程中的三个关键环节：上皮细胞损伤、成纤维细胞活化和上皮细胞-成纤维细胞异常通讯的分子机制深入探讨，以期取得突破性进展，并转化为临床应用。我们研究将重点阐明Fstl1, 泛素-蛋白酶途径UPP和mTOR信号分子在促纤维化微环境形成中的分子机制，并重点对Fstl1作为血清学标记和治疗靶标的应用前景进行探讨。本研究结果将提升对纤维化形成机制的新认识，为临床治疗提供新靶点和新方法。

TGF-β1是重要的促纤维化因子，本项目研究发现上调的分泌蛋白Fstl1在细胞外水平通过促进膜上TGF-β1/TBRs复合物的形成和复合物经网格蛋白介导的内化，促进TGF-β1/Smad经典信号的上调。在胞内水平，下调的泛素化蛋白USP13通过促进PTEN降解，上调TGF-β1非经典信号PI3K/Akt；上调的Akt/mTORC1信号，通过磷酸化转录因子TFEB并使其滞留胞质，进而抑制溶酶体发生，內吞体-溶酶体互作异常，导致含有TGF-β1/TBRs复合物的內吞体滞留，及随后的TGF-β1/Smad经典信号的持续活化，在肺纤维化形成过程中的关键作用。项目研究结果进一步揭示这些关键分子在多个层面通过TGF-β1信号途径调控上皮细胞依赖的成纤维细胞活化的分子机制。在此基础上，我们证实肺间质分泌的Fstl1是一种肺纤维化特异性的促纤维化因子，通过介导上皮细胞-间质细胞的异常相互作用，促进纤维化发生、发展，是潜在的抗肺纤维化药物靶点。围绕此药物靶点，我们筛选出抗Fstl1中和性抗体，评估其抗纤维化药效和毒理，并初步制备对应的人源化抗体，为新药研发奠定基础。同时我们建立并完善了间质病临床数据库与样本库，筛选和评估肺纤维化诊疗相关的新型生物标志物。本项目研究体现了从“临床提出问题-基础研究分子机制-解决临床问题（from bedside to bench）”的转化医学研究模式，研究结果将提升对纤维化致病机制的认识，也为纤维化临床治疗提供新靶点和新方法。