组蛋白去乙酰化酶HDAC3调控肺泡巨噬细胞发育与功能及肺部炎症反应的分子机制

Respiratory infection and inflammation are the most common diseases，but may cause serious consequences. Lung mucosal immune system, especially the lung resident macrophages - alveolar macrophages, have very important role in maintaining pulmonary homeostasis and defensing against pulmonary infection. Any defect in the development or function of alveolar macrophages will leads to pulmonary diseases and the decrease of pathogen resistance. Epigenetic regulations are important for stem cell differentiation, embryogenesis and the maintenance of cell function. However, little is known about the epigenetic regulation of the development and function of alveolar macrophages. In our primary research , we found that conditional knockout of HDAC3 in alveolar macrophages leads to significant reduction of its population and the conditional knockout mice were more susceptible to influenza virus infection. In this research we will use the HDAC3 inducible knockout and conditional knockout mice to analyze the role of HDAC3 in regulation of the development and function of alveolar macrophages, and the consequences of its knockout on pulmonary immune system. Find the specific gene transcription regulation mechanism as well as protein modification regulation mechanism of HDAC3 in alveolar macrophages that are different with those in M-CSF inducted bone marrow derived macrophages. In order to provide a clue and molecular basis for the treatment of lung disease in clinical practice.

呼吸系统感染和炎症性疾病极为常见却威胁巨大。肺脏黏膜免疫细胞，尤其是肺脏中最主要的组织定居巨噬细胞-肺泡巨噬细胞，在肺脏内环境稳态的维持和抵御肺部感染中发挥着重要作用。肺泡巨噬细胞发育缺陷或功能受损将会直接造成肺部疾病的发生及病原物抵抗能力的下降。表观遗传调控在干细胞分化、胚胎发育与细胞正常功能维持中有着重要作用。然而对于肺泡巨噬细胞发育与功能的表观遗传学调控方式却知之甚少。我们前期研究发现，在肺泡巨噬细胞内敲除组蛋白去乙酰化酶HDAC3的小鼠对于病原抵抗能力显著下降，肺脏中肺泡巨噬细胞比例和数量显著减少。本研究将利用诱导敲除与条件性敲除HDAC3的小鼠，分析HDAC3在肺泡巨噬细胞发育及功能行使过程中的作用，以及其对于肺部免疫防御功能的影响，找到HDAC3在基因转录和蛋白修饰层面对肺泡巨噬细胞差异于骨髓来源巨噬细胞的调控机制。以期为临床中肺部疾病的治疗方案提供线索和分子依据。

组织定居的巨噬细胞是机体天然免疫的第一道防线，肺部定居的巨噬细胞主要为肺泡巨噬细胞，它对于肺部疾病的发生发展有着重要作用。组蛋白去乙酰化酶HDAC3是对于基因转录调控和蛋白翻译后修饰都有重要作用的表观遗传调控因子。HDAC3在肿瘤发生发展和巨噬细胞激活等生物学过程中有重要的作用。然而对于HDAC3在肺泡巨噬细胞的发育与功能中的作用尚缺乏研究。.本研究通过构建条件性敲除HDAC3的转基因小鼠，研究了HDAC3在小鼠肺泡巨噬细胞发育与功能中的作用，以及相关调控的分子机制。本研究发现在Cd11c-Cre以及Lysm-Cre（Lyz2-Cre）驱动的HDAC3条件性敲除的小鼠都表现出了肺泡巨噬细胞（alveolar macrophage，AMs）减少，形态发生异常，并且肺内免疫稳态失衡。骨髓重建实验发现HDAC3条件性敲除的骨髓前体细胞对于肺脏AMs的补充也有缺陷。另外，HDAC3缺失抑制了GM-CSF诱导的AMs增殖，导致AMs细胞周期出现紊乱。进一步小鼠AMs转录本测序（RNA-seq）结果分析显示，HDAC3敲除的AMs中，自我更新相关的基因，以及AMs特征性转录因子和基因的表达量均出现下调。基因聚类分析与Western Blot结果均显示，HDAC3敲除的AMs细胞中GM-CSF下游的JAK-STAT5和PI3K-AKT通路的激活都显著减弱。同时，GM-CSF受体α链（GM-CSF Rα）基因Csf2ra显著下调，细胞表面GM-CSF Rα水平显著降低，而在AMs中的Cut & Tag实验证明HDAC3与ATF2可以直接结合Csf2ra的TSS区域调控其转录。另一方面，HDAC3除了通过GM-CSF信号通路而影响AMs的代谢活性，还可以直接调控AMs中脂质降解相关基因的表达。与此同时，条件性敲除HDAC3的小鼠对于流感等肺部疾病的易感性也发生改变。.因此，HDAC3对于肺泡巨噬细胞的自我更新和代谢调节不可或缺，HDAC3在AMs中的缺失导致小鼠对于肺部疾病的易感性发生改变。