支气管上皮细胞klotho表达在慢性阻塞性肺气肿形成中作用及机制研究

Klotho(KL) is a newly discovered anti-aging protein, which has been shown to play an important role in the formation of senile emphysema, and it has various functions, including anti-inflammation, anti-oxidative stress. We found that klotho expression in lung tissue is much lower in obstructive pulmonary emphysema patients than in control group, while KL expression is mainly in airway epithelial cells. And in vitro, KL expression by epithelial cells has been shown to inhibit the inflammatory cytokines release，oxidative stress as well as the proteolytic enzymes by inflammatory cells. In this study, chormain immunoprecipitation, siRNA interference and real time PCR will be employed to investigate the effects of pathogenetic factors such as cigarette smoking, on expression of KL by airway epithelial cells. And we also further explore the role of KL by epithelial cells in chronic obstructive ephysema. The results might reveal the novel mechanism of the emphysema and be helpful in exploring the new treatments of COPD.

Klotho是近年来发现的一种抗衰老蛋白。研究表明该蛋白与小鼠老年性肺气肿形成密切相关，且具有抗炎、抗氧化应激等作用。项目组前期结果表明慢性阻塞性肺气肿患者肺组织klotho表达水平明显降低，且肺组织klotho主要分布于支气管上皮细胞；通过体外实验证实，支气管上皮细胞klotho的表达能够抑制慢性阻塞性肺气肿相关细胞的炎症因子、氧化应激及蛋白酶表达。本研究拟进一步从临床－动物模型－细胞水平， 分别采用染色质免疫共沉淀、siRNA干扰、定量PCR等相关技术，明确香烟等有害因素对支气管上皮细胞klotho表达的影响，并进一步了解其在慢性阻塞性肺气肿形成中的作用及机理。本项目的实施可望揭示慢性阻塞性肺气肿形成的新机制，对于探索COPD治疗的新途径具有重要意义。

近年来，慢阻肺发病率及病死率呈不断上述趋势。流行病学研究表明，其与机体衰老呈密切相关。Klotho蛋白在机体衰老过程中发挥重要作用。我们首先发现并报道，人肺组织也存在klotho蛋白表达，且主要表达于支气管上皮细胞（HBE），且随年龄增长， HBE klotho表达明显下降；同正常人相比，长期吸烟者肺组织HBE klotho蛋白表达明显降低，慢阻肺患者降低则更加显著。小鼠体内试验表明，随月龄增加，小鼠呈现老年性肺气肿同时，肺组织支气管上皮klotho表达呈现逐渐下降趋势；通过臭氧刺激构建慢阻肺动物模型，衰老小鼠更容易形成慢阻肺，且与机体衰老肺组织klotho表达下降密切相关。体外开展研究进一步证实，随着代数的传递，原代HBE细胞klotho表达也明显下降；香烟提取物（CSE）、炎症因子TNF-α及两者联合，能够明显降低HBE 胞内klotho表达，并减少分泌型klotho释放和促进炎细胞因子IL-1β的表达；HBE经siRNA敲降klotho表达后， 细胞活力明显下降、凋亡水平明显升高，其合成的促炎细胞因子IL-6、IL-8和MCP-1mRNA水平也明显升高，且CSE和H2O2可进一步增强上述效应，上述过程分别与NF-κB、Akt/PKB、p38 MAPK 和ERK1/2信号通路活性有关；同时klotho表达对细胞产生的效应可通过Nrf2通路实现。上述研究结果证实，吸烟通过相关信号通路导致支气管上皮细胞klotho表达下降，一方面促进了该细胞凋亡，另一方面导致该细胞炎症因子表达增加，最终促进了慢阻肺的形成；上述结果也首次为衰老在慢阻肺形成中的作用提供了重要直接依据。此外，在上述基础上，我们还进一步就肺泡巨噬细胞klotho表达在慢阻肺形成中作用进行了系列研究，结果表明，肺泡巨噬细胞klotho表达下降，与慢阻肺慢性气道持续性的炎症的形成和维持密切相关。