mTOR信号通路在吸烟诱导的气道上皮细胞损伤和COPD中的调控作用及机制

Cigarette smoking is the most risk factor of chronic obstructive pulmonary disease (COPD), while the detailed molecular mechanisms of the process remain unclear. Based on our recent studies that autophagy has been critically involved in lung epithelial injury and COPD development (PLoS ONE 2008 and PNAS 2010), we propose in the current project to explore the role and mechanisms of mTOR (mammalian target of rapamycin), a pivotal upstream signal of autophagy, in cigarette smoking induced airway epithelial injury and COPD pathogenesis. Human bronchial epithelial cells and primary mouse tracheal epithelial cells will be treated with cigarette smoking extract, and mice with mTOR specifically deleted in airway epithilium or aveolar type II cells will be exposed to cigarette smoke. The expression of mTOR related molecules, autophagy and apoptosis, production of inflammatory cytokines, airway inflammation, mucus hypersecretion and mean linear intercepts (MLI) of mouse lungs will be measured. These studies will identify an important role of mTOR in cigarette smoking induced airway epithelial injury and COPD development, which would shed new lights for prevention and treatment of chronic airway inflammation, and provide new therapeutic targets of durg development for COPD.

吸烟是慢性阻塞性肺疾病（COPD）最主要的诱发因素，但其致病的分子机制尚未明确。我们最近开创性地研究了细胞自噬在COPD中的关键调控作用（PLoS ONE 2008与PNAS 2010），本课题在此基础上进一步探讨细胞自噬关键上游信号哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）在吸烟诱导的气道上皮细胞损伤和COPD中的调控作用及分子机制。体外研究拟利用香烟烟雾提取物处理人体气道上皮细胞系和小鼠原代气道上皮细胞，体内研究拟构建气道上皮细胞和肺泡II型上皮细胞mTOR特异性诱导敲除小鼠并给与烟雾暴露，通过测定mTOR相关信号通路分子的表达、细胞自噬与凋亡、炎症因子表达、气道炎症细胞浸润、粘液分泌以及小鼠肺平均内衬间隔（MLI）等因素，阐明mTOR信号通路在吸烟诱导的气道上皮细胞损伤和COPD分子发病机制中的关键调控作用，为有效预防和治疗吸烟诱导的气道炎症提供新思路，为开发新型COPD防治药物提供新靶点。

吸烟是慢性阻塞性肺疾病（COPD）最主要的诱发因素，但其致病的分子机制目前并不清楚。本研究致力于探索哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）在吸烟诱导的气道上皮细胞损伤和COPD中的调控作用及分子机制。我们研究了香烟烟雾诱导气道上皮mTOR相关信号通路的改变;体外试验中，研究了mTOR和TSC的siRNA对CSE 诱导的mTOR相关信号的表达、HBE细胞存活率、自噬与凋亡和炎症因子分泌的调控；在体内实验中，我们利用气道上皮细胞和肺泡II 型上皮细胞mTOR 可诱导敲除小鼠，构建了香烟烟雾暴露慢性模型，研究mTOR特异性敲除后在长时间烟雾暴露诱导的小鼠气道炎症的作用，并检测了mTOR在吸烟诱导的肺气肿、肺上皮细胞死亡的作用。研究结果证实，香烟烟雾暴露能够在HBE细胞、小鼠和人肺组织中抑制mTOR的表达；TSC2-mTOR信号调控CSE诱导的细胞自噬、凋亡和necroptosis，并可能通过NF-κB信号通路共同调控CSE诱导的炎症因子释放；小鼠气道上皮细胞或肺泡上皮细胞mTOR特异性敲除后，香烟烟雾暴露诱导的气道炎症和肺气肿更为明显。项目共发表负责人为第一/通讯作者并标注资助的SCI论文10篇，包括Chest，Autophagy，AJP-Lung等本领域主流期刊，此外尚有部分数据正在投稿之中。我们的研究展示了mTOR信号通路在吸烟诱导的气道上皮细胞损伤和COPD中的调控作用及机制，为临床COPD的防治提供可能的新靶点。