PM2.5诱导气道上皮细胞间充质转化的分子机制研究

Environmental pollution is a very serious problem currently in China. Particulate matter (PM2.5)-based air pollution greatly damages people's health, while the underlying molecular mechanisms on PM2.5-induced and/or deteriorated respiratory diseases remain unclear. The applicant has been studying for a long time in PM2.5 induced respiratory injury, and has made a series of achievements in this research field (AJRCMB, 2011; Part Fibre Toxcol, 2013). Epithelial-to-mesenchymal transition (EMT) is an important factor in chronic airway remodeling. Previous studies have shown that PM can induce EMT in airway, however, the specific regulatory mechanisms are not clear. Based on our previous findings, this study aims to investigate the regulatory function and mechanisms of mammalian target of rapamycin (mTOR) and autophagy signaling pathway on PM2.5 induced EMT. We will use in vitro and in vivo disease models to examine the PM2.5 induced changes of mTOR and autophagy-related molecules, epithelial and mesenchymal cells molecular markers of airway remodeling, and other factors. By demonstrating the key regulatory role of these signal pathways on the occurrence and development of PM2.5 induced EMT, this study will provide new ideas for effective intervention of PM2.5-induced chronic airway diseases.

我国环境污染形势非常严重，以细颗粒物（PM2.5）为主的大气污染极大地损害了身体健康，然而目前关于PM2.5诱发和恶化呼吸系统疾病的机制并不明确。申请者长期研究PM对呼吸系统的损伤机制，并取得了系列成果（AJRCMB, 2011；Part Fibre Toxcol, 2013）。上皮细胞间充质转化（EMT）是慢性气道重构发生发展的重要因素，有研究表明PM能诱导气道EMT的发生，然而其具体调控机制并不清楚。本课题在前期工作的基础上拟探讨哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）和细胞自噬信号通路对PM2.5诱导的EMT的调控作用及机制。拟采用体内外结合的研究方法，通过测定PM2.5暴露前后mTOR与细胞自噬相关分子、上皮细胞与间质细胞分子标志物及气道重构等因素，阐明该通路在PM2.5诱导的气道EMT发生发展中的关键调控作用，为有效干预PM2.5诱导的慢性气道疾病提供新思路。

背景：流行病学研究表明大气污染颗粒物（PM2.5）严重影响人体健康，肺部作为颗粒物的吸入器官，受其影响更为严重。我们前期研究发现，PM2.5暴露可损伤气道上皮细胞，加重气道炎症，然而关于PM2.5诱发和恶化呼吸系统疾病的深入机制并不明确。本研究拟探索PM2.5暴露对肺组织炎症和肿瘤进展的影响及其机制。研究内容：观察PM2.5暴露诱导气道上皮细胞自噬发生的情况，PM2.5吸入对肺部各种炎症细胞浸润的影响，及自噬过程与炎症发生之间的关系。构建肺肿瘤模型，探索PM2.5暴露对肿瘤进展的影响，及其相关机制。研究结果：我们的研究发现PM2.5暴露能够诱导气道上皮细胞自噬的发生，增加肺组织中IL-8,IL-6,IL-1β，CXCL1，CXCL2，CXCL5，CCL3等多种前炎症因子和趋化因子的表达和分泌；显著增加CD11b+Gr1+中性粒细胞在肺组织的募集，CD11b+ F4/80+巨噬细胞的比例略微增加，而其他细胞亚群的比例没有明显变化；发现PM2.5反复暴露可促进肿瘤在肺部的转移，通过给予抗Gr1中和抗体在体内剔除中性粒细胞后，PM2.5促进肿瘤转移的作用也被抑制。进一步通过阻断细胞自噬或采用BECN+/-和 LC3B-/-自噬敲除小鼠可阻止颗粒所致的肺部中性粒细胞募集和肿瘤的进展，证实颗粒诱导的中性粒细胞募集及对肿瘤转移的促进作用受细胞自噬调控。总之，我们的研究揭示反复的气道颗粒暴露通过诱导气道上皮细胞自噬，促进中性粒细胞在肺组织募集，而促进肺部肿瘤的转移，为污染大气暴露致使肿瘤进展的现象提供实验依据。