NLRP3 炎症小体通路在多壁碳纳米管致小鼠胸膜间皮瘤中的作用

The fiber characteristics and exposure pathways of multi-walled carbon nanotubes (MWNCTs) are highly similar to the mesothelioma carcinogen asbestos. However it has not been determined whether MWNCTs can induce the tumorigenesis of mesothelioma. In order to address this question, we established mesothelioma animal models induced by MWCNTs through Inhalation Exposure. Our preliminary experiments showed that persistent chronic inflammation existed in the pleural cavity of model animals, and the interplay between macrophages and mesothelial cells could release large amounts of inflammatory factors as IL-6, possibly via IL-1β produced by pleural macrophages. In this proposal, we hypothesized that MWCNTs may activate NLRP3 inflammasome pathway in macrophages and promote the secretion of IL-1 beta, which, in turn, leads to NF-κB/IL-6/STAT3 pathway activation in mesothelial cells and finally the occurrence of mesothelioma. Our study will use the NLRP3–/–, ASC–/– and Caspase-1–/– knockout mice and take advantage the coculture system of macrophages and mesothelial cells in order to elucidate roles of NLRP3 inflammasome pathway in the carcinogenesis of mesothelioma induced by MWNCTs. We will also use the cells lines deficient for p65, IL-6 and STAT3 to reveal the importance of NF-kB/IL-6/STAT3 signaling pathway in the induction of mesothelioma by MWNCTs. Our study will provide insights for the professional protection of mesothelioma and the therapy of mesothelioma.

多壁碳纳米管（MWCNTs）的纤维特征和暴露方式与石棉高度相似，但其能否致胸膜间皮瘤一直未明。针对这一问题，申请者前期成功建立MWCNTs 吸入暴露致小鼠胸膜间皮瘤动物模型；发现动物胸膜腔中存在持续的慢性炎症，并证明巨噬细胞可促进间皮细胞大量释放IL-6等炎性因子。基于前期发现提出假设：MWCNTs激活巨噬细胞中NLRP3炎症小体通路分泌IL-1β, IL-1β作用于间皮细胞NF-κB/IL-6/STAT3途径形成炎性环境，且此通路可能参与间皮瘤的发生。本研究通过NLRP3炎症小体基因敲除小鼠、间皮细胞和巨噬细胞共培养系统，从整体动物和细胞水平揭示NLRP3炎症小体通路在MWCNTs致间皮瘤中的作用。利用间皮细胞基因敲除细胞系，探索NF-κB/ IL-6/ STAT3通路在间皮瘤形成中的功能。通过本研究，可望为间皮瘤的职业防护和治疗提供理论依据。

多壁碳纳米管（multi-walled carbon nanotubes，MWCNTs）在纤维特征和暴露方式上与石棉极其相似，故其致癌效应受到高度关注。现有研究表明，MWCNTs能诱导动物间皮瘤，但其作用机制不明；此外，肺组织是MWCNTs最主要的沉积部位，但对其能否诱发肺癌目前尚无定论。因此，阐明MWCNTs致胸膜间皮瘤的作用机制，明确其致肺癌作用，可为更全面、准确地评价其安全性和制定防治措施提供科学依据。既往研究表明，慢性炎症是阐明MWCNTs致癌性及其分子机制中的关键问题。故本研究：①采用低剂量、长期染毒的作用模式，通过人胸膜间皮细胞和巨噬细胞共培养体系从分子和细胞水平探讨慢性炎症反应在MWCNTs致胸膜间皮细胞恶性转化中的作用及其分子机制；②通过气管灌注给予C57BL/6小鼠不同剂量的MWCNTs，从动物水平上考察MWCNTs致肺组织慢性炎症作用和致肺癌作用；③利用NLRP3炎症小体基因敲除小鼠(ASC-/- C57BL/6)，探讨慢性炎症与MWCNTs致肺癌作用的关系及其可能的分子机制。体外实验结果：①在低剂量MWCNTs的长期作用下，体外培养的人胸膜间皮细胞可发生恶性转化；②炎症反应可显著促进MWCNTs致人胸膜间皮细胞的恶性转化；③其作用机制如下，MWCNTs激活巨噬细胞NLRP3炎症小体通路，随后通过NF-κB /IL-6/STAT3分子通路使人胸膜间皮细胞发生恶性转化。动物实验结果： ①MWCNTs可诱发 C57BL/6小鼠肺部持续的慢性炎症，而对ASC-/- C57BL/6小鼠无致慢性炎症作用。② MWCNTs是一种完全致癌剂，可诱发C57BL/6小鼠非小细胞肺腺癌和肺鳞癌；且随着剂量的增高，有成瘤时间缩短和肿瘤发生率增高的趋势。MWCNTs对ASC-/- C57BL/6小鼠无致肺部肿瘤作用。③MWCNTs可促进C57BL/6小鼠肺泡上皮细胞的增殖；MWCNTs致肺癌过程中NF-κB/ IL-6/ STAT3通路被激活，ASC基因敲除可阻断此条通路，影响后续炎症反应和肿瘤等事件的发生。 以上结果表明：①MWCNTs具有明确的致胸膜间皮瘤和致肺癌作用，需加强对从业人员的职业防护；②慢性炎症在MWCNTs致肺癌作用中发挥着重要功能，NLRP3炎症小体通路的激活是MWCNTs致慢性炎症中的关键事件，抑制其活性可阻碍胸膜间皮瘤和肺癌的发生。