AhR在环境颗粒暴露致中性粒细胞性哮喘中的作用机制研究

Numerous studies have suggested a strong link between exposure to ambient particulate matters and the increased incidence of asthma, whereas the mechanisms underlying this phenomenon remain incomplete understood. Our previous study demonstrated that a combustion-generated ultrafine particulate (UFP) selectively enhanced the Th17 immune response and neutrophilic inflammation in an animal model of allergic asthma, while exerted little effects on Th2 immune response and eosinophilic inflammation (AJRCMB 2011). In the current project, we will further investigate the role and underlying molecular mechanisms of UFP-induced neutrophilic airway inflammation. The aryl hydrocarbon receptor (AhR), a well-characterized receptor for environmental contaminants, is highly expressed on dendritic cells (DCs). We have observed a strong binding ability of UFP to AhR, and hence hypothesize that AhR on DCs might play a pivotal role in the induction of DCs maturation and downstream Th responses following UFP exposure. We will use AhR knockout mice (AhR-/-) and methods such as animal model of neutrophilic asthma, adoptive transfer of DCs, and T cell differentiation, to characterize the role of AHR in DC maturation and function, as well as the DC-induced cytokine microenvironment and Th cell polarization. This study will clarify the molecular mechanisms how UFP exposure induces neutrophilic airway inflammation, and also provide evidence for AhR as a potential target for preventing the environmental particle exposure -induced asthma development.

哮喘发病率增加与污染大气中颗粒物暴露相关，其机制尚不清楚。我们最近发现环境超细颗粒物（UFP）暴露选择性地增加了哮喘小鼠肺部Th17免疫应答及中性粒细胞炎症，对Th2与嗜酸粒细胞却无明显影响（AJRCMB 2011）。本课题在此基础上进一步探讨UFP致中性粒细胞性哮喘的作用及分子机制。芳香烃受体（AhR）是环境污染物的一个重要受体，在树突状细胞（DC）中高表达。我们发现UFP与AhR有很强的结合能力，并据此推测DC表面的AhR可能介导了UFP暴露所致的DC功能改变及下游Th免疫应答。本研究将利用AhR-/-小鼠，通过整体动物模型，DC细胞过继，T细胞分化等方法，观察AhR对UFP诱导的DC成熟，功能变化，以及免疫微环境改变的影响，并进一步研究其对下游Th细胞分化的作用，从而为UFP暴露致哮喘气道中性粒细胞炎症阐明一种新的机制，也为AhR作为干预环境污染物对哮喘影响的可能靶点提供理论依据。

研究背景：哮喘发病率增加与污染大气中颗粒物暴露相关，但其机制尚不清楚。我们前期研究发现环境超细颗粒物（UFP）暴露选择性地增加了哮喘小鼠肺部Th17 免疫应答及中性粒细胞炎症，对Th2 与嗜酸粒细胞却无明显影响。芳香烃受体（AhR）是环境污染物的一个重要受体，在树突状细胞（DC）中高表达。我们发现UFP 与AhR 有很强的结合能力，并据此推测DC 表面的AhR 可能介导了UFP 暴露所致的DC 功能改变及下游Th 免疫应答。研究目的：本课题拟在前期研究基础上进一步探讨DC中的AhR受体在介导超细颗粒物致中性粒细胞性哮喘的作用及分子机制。研究内容：本研究利用AhR-/-小鼠，通过体内外研究，观察AhR 对UFP 诱导的DC 成熟，功能变化，以及免疫微环境改变的影响，并进一步研究其对下游Th 细胞分化的作用。研究结果：我们的研究结果证实：BMDC中的AhR受体参与了UFP所致的DC的氧化应激过程；AhR-/-来源的BMDC较野生鼠BMDC体外成熟明显减弱，但受UFP刺激后仍可诱导CD80/CD86表达增加，提示AhR缺失可致BMDC的成熟受抑制，但UFP诱导的DC成熟并不依赖AhR；AhR缺失同时可促进颗粒诱导的DC细胞因子如IL-6、IL-1β、TNF-α的分泌。UFP诱导的DC可诱导下游Th细胞亚群向Th17细胞分化，AhR缺失则抑制该分化过程。动物模型体内研究发现颗粒暴露导致哮喘气道中性粒细胞浸润增加，AhR缺失抑制了颗粒诱导的中性粒细胞募集，但同时促进了哮喘模型气道总体炎症细胞的浸润，尤其是巨噬细胞和淋巴细胞的浸润。结论和意义：我们的研究提示颗粒物暴露活化的DC可诱导下游Th细胞亚群向Th17细胞分化，诱导中性粒细胞在哮喘气道的募集，AhR缺失则抑制该过程。本研究为颗粒暴露致哮喘气道中性粒细胞炎症阐明了一种新的机制。