运动调节Wnt/Chemerin通路改善COPD膈肌功能障碍的机制研究

Diaphragm dysfunction is one of the prominent extrapulmonary injuries of chronic obstructive pulmonary disease (COPD), which can seriously affect the respiratory function of COPD patients. Exercise training can effectively improve the diaphragm function, but its mechanism needs further exploration. In previous studies, our project team found that exercise improves diaphragm function and inhibits adipose tissue secretion of adipokine chemerin involved in regulating inflammatory response, but the specific regulatory mechanism has not yet been reported. Other studies confirm that Wnt/β-catenin-PPARγ pathway is a vital pathway for exercise to regulate fat production and metabolism, and may participate in the process of exercise to regulate chemerin. Therefore, we propose the following hypothesis: exercise may affect chemerin secretion by Wnt/β-catenin-PPARγ, exert its regulatory effect on inflammation and improve the diaphragm function of COPD. In this project, the chemerin gene knockout mice were used for treadmill exercise, and the diaphragm muscle cells of COPD mice knocked out of the chemerin gene were used for mechanical stretch stress intervention to verify the above hypothesis. The research results can help to partially reveal the mechanism of exercise prevention and treatment of COPD diaphragmatic dysfunction, and provide a theoretical basis for clinical pulmonary rehabilitation of COPD.

膈肌功能障碍是慢性阻塞性肺疾病（COPD）突出的肺外损伤效应之一，严重影响COPD患者的呼吸功能。运动训练可以有效提高膈肌功能，但其作用机制有待进一步探究。项目团队在前期的研究中发现，运动改善膈肌功能与抑制脂肪组织分泌脂肪因子chemerin参与调节炎性反应相关；而研究证实Wnt/β-catenin-PPARγ通路是运动调控脂肪生成与代谢的重要途径，可能参与了运动调控chemerin的过程。因此，我们提出如下假说：运动可能通过Wnt/β-catenin-PPARγ影响脂肪分泌chemerin，发挥运动对炎症的调节作用，从而改善COPD膈肌功能。本项目拟采用chemerin基因敲除小鼠进行跑台运动，结合对chemerin基因敲除COPD小鼠膈肌细胞机械应力刺激来验证上述假说。研究开展有助于部分揭示运动防治COPD膈肌功能障碍的机制，为临床肺康复提供一定的理论依据。

膈肌功能障碍作为慢性阻塞性肺疾病（COPD）重要的肺外表现之一，严重影响患者呼吸功能，同时运动被认为是改善COPD膈肌功能障碍唯一有效的非药物干预手段，但具体作用机制仍需阐明。本研究的主要内容：观察烟雾暴露对COPD小鼠膈肌功能障碍的影响。观察运动对COPD小鼠膈肌功能障碍和Wnt/chemerin通路及炎症水平的影响。采用CMKLR1-/-小鼠，明确运动是否通过调控chemerin/CMKLR1发挥对炎症反应的调节作用，并通过Wnt抑制剂与激动剂观察运动是否通过Wnt/β-catenin-PPARγ通路调控chemerin/CMKLR1。采用离体细胞实验，联合Wnt抑制剂与激动剂，从细胞层面进一步明确运动调控机制。主要研究结果：烟雾暴露导致C57BL/6小鼠肺组织结构和功能受损，膈肌纤维排列紊乱、肌纤维萎缩，且膈肌Atrogin-1、MuRF-1蛋白表达增加，表明COPD膈肌功能障碍小鼠模型成功制备。不同强度运动干预均可缓解COPD小鼠肺组织结构和功能损伤，且中强度运动在改善膈肌组织结构、离体收缩肌力方面具有更显著的作用。对通路蛋白的检测结果表明，不同强度的运动干预均不同程度的对COPD小鼠膈肌和肺组织wnt/chemerin通路蛋白表达产生影响，显著降低血清IL-6水平。尽管运动显著降低了烟雾诱导的CMKLR1-/-小鼠膈肌Atrogin-1蛋白表达，但是膈肌炎症水平、循环系统炎症水平在组间没有显著差异，提示chemerin/CMKLR1通路在COPD炎症应答发挥关键作用。进一步采用wnt抑制剂和激动剂干预野生型小鼠，结果发现单独应用XAV939即可显著增加COPD小鼠膈肌chemerin蛋白表达增加，而XAV939联合运动干预后其显著降低，提示chemerin表达随wnt通路变化而变化，并且受运动干预的影响。细胞水平实验发现，XAV939下调LPS环境下L6成肌细胞β-catenin蛋白的表达，LiCl干预则上调Wnt、β-catenin蛋白表达、下调PPARγ表达；XAV939和LiCl分别不同程度抑制或促进了chemerin受体蛋白CMKLR1的表达，联合机械牵拉后，两组牵拉组的CMKLR1表达均有所降低。项目研究不仅有助于阐明运动改善COPD膈肌功能障碍的抗炎作用机制，也有助于从运动抗炎角度出发制定更佳的治疗策略。