GSTK1通过调控MAM微环境在肺纤维化中的作用及机制研究

Idiopathic pulmonary fibrosis （IPF）is a disease with unkonown reasons. Persistent endoplasmic reticulum stress (ERS) downregulating mitophage is considered as the pathogenesis of IPF, as it palys an important role in damaging and abnormally repairing type alveolar epithelial cells (ACEIIs). Mitochondrial associated endoplasmic reticulum membrane (MAM) environment controls mitochondria and ER signaling exchange with mitophage, ERS, calcium transport. GSTK1 as a key protein on MAM protects cells against ROS production and enhances mitophage in mitochondria, also relieves ERS. However, the role of GSTK1 via MAM environment on pulmonary fibrosis remains largely elusive. In this proposal, we will perform in vitro and in vivo experiment to dissect the role of GSTK1 in MAM microenvironment on pulmonary fibrosis and the underlying mechanism. The goal of this proposal is providing scientific and experimental direction for the treatment of pulmonary fibrosis in future.

持续的内质网应激（ERS)下调线粒体自噬导致II型肺泡上皮细胞(ACEIIs）损伤及修复异常是特发性肺纤维化（IPF）的重要发病机制。线粒体相关内质网膜（MAM)，是内质网和线粒体物理偶联部分，调控着线粒体自噬、ERS及钙离子转运。GSTK1作为MAM的关键蛋白，对MAM完整性起重要作用，其能减轻内质网应激，抑制线粒体ROS生成，增强线粒体自噬。而GSTK1在IPF中的作用尚无研究。我们前期研究发现，IPF患者GSTK1及线粒体自噬相关蛋白表达下调，而ERS蛋白表达上调。在肺纤维化小鼠中，发现ACEIIs MAM偶联增加，Ca2+转运体表达上调。据此我们提出假说，GSTK1通过调控MAM微环境，减少ACEIIs ERS导致的线粒体Ca2+超载，增强线粒体自噬，减轻肺纤维化。本研究将从GSTK1调控MAM微环境这个新视点探讨肺纤维化的发病机制，为IPF防治提供新思路。

内质网应激（endoplasmic reticulum stress, ERS）是目前研究肺纤维化发病机制的热点之一，研究表明长期暴露于香烟烟雾、病原微生物、空气污染物、致敏原、缺氧、钙离子失衡等会促使Ⅱ型肺泡上皮细胞启动内质网应激和未折叠的蛋白反应，早期内质网应激首先启动生存途径，通过增强蛋白质的正确折叠，清除错误折叠蛋白质，维持细胞内质网的稳态，但是对于那些不能达到内质网稳态的ACEⅡs细胞，持续的ERS将启动细胞凋亡途径损伤ACEⅡs正常功能，ACEⅡs受损后启动异常修复程序，向间质细胞转化，并释放大量促炎因子，活化成纤维细胞，促使成纤维细胞向肌成纤维细胞转化，进一步加重肺间质纤维化。而这些研究都不能给肺纤维化患者带来福音，未能产生适用于临床的药物，所以亟需从新的角度逻辑论证。GSTK1作为抗氧化损伤及脂联素多聚化的关键蛋白，在糖尿病肾病中我们发现GSTK1能减轻糖尿病肾病小管上皮细胞内质网应激，抑制线粒体ROS生成，增强线粒体自噬，减轻肾间质纤维化。而GSTK1在IPF中的作用尚无研究。我们研究发现通过博来霉素诱导肺纤维化的小鼠模型中，随着博来霉素作用时间的延长，肺组织纤维化损伤进一步加重，内质网应激水平明显增加，GSTK1表达量却减少。为了验证GSTK1与IPF之间的内在联系，我们进一步通过GSTK1基因敲除小鼠模型去验证，发现在博来霉素诱导的GSTK1敲除小鼠肺组织中内质网应激水平相较于野生型小鼠明显加重（GRP78及CHOP表达水平增加），而内质网应激抑制剂（4-PBA）可以明显抑制肺组织GRP78及CHOP表达水平，然而GSTK1基因敲除能够明显加重博来霉素诱导的肺组织纤维化损伤和细胞凋亡水平，通过4-PBA抑制内质网应激可以逆转上述过程。因此，本研究首次揭示了GSTK1在肺纤维化损伤中的作用及机制研究，发现在博来霉素诱导的肺纤维化中GSTK1的表达下降，并且通过构建了GSTK1敲除小鼠证实了GSTK1通过抑制内质网应激从而改善博来霉素诱导的肺纤维化，为GSTK1作为肺纤维化新的治疗靶点提供新的理论依据，提示GSTK1可能成为肺纤维化防治的潜在靶点，也提示GSTK1在未来肺纤维化新药研发中的巨大价值。