BKCa通道在单个上皮细胞损伤所致气道高反应性中的作用及机制

Asthma seriously affects the health of people. The cause of asthma is unknown and there is no cure for asthma. Single epithelial injury induces airway hyperresponsiveness, but underlying the mechanism is not fully clear. We have previously demonstrated that local epithelial injury-induced airway constriction is prevented by large conductance calcium-activated potassium channels (BKCa) via inhibiting prostaglandin EP3 receptors/voltage activated Ca2+ channels. We proposed to study the molecular mechanism of local epithelial injury-induced airway constriction, including the effect and mechanism of BKCa on local epithelial injury-induced airway constriction; the effect and mechanism of local epithelial injury on airway constriction in bronchial asthmatic rats. Our studies provide new insight into the cause of hyperresponsiveness in asthmatics and potential pharmacological targets for asthma treatment.

哮喘严重影响人民健康，但目前对哮喘的发病机制尚未完全阐明，缺乏治愈手段。单个上皮细胞损伤导致气道高反应性，但其机制还未明。我们前期研究证实，活化大电导钙激活钾通道(BKCa)通过阻断前列腺素EP3受体/钙通道而抑制上皮损伤引起的平滑肌收缩。本课题拟在首次证实上皮损伤触发气道高反应性的基础上，继续深入研究其机制，包括在野生型及过敏性哮喘大鼠中，BKCa通道在上皮损伤触发的平滑肌收缩中的作用及机制。本课题研究BKCa通道在上皮损伤导致气道高反应性的机制，对于阐明哮喘的发病机制，研发有效的治疗哮喘的新药和靶点，具有重要的理论和应用价值。

哮喘严重影响人民健康，但目前对哮喘的发病机制尚未完全阐明，缺乏治愈手段。单个上皮细胞损伤导致气道高反应性，但其机制还未明。采用离体肺组织切片，我们前期研究证实，活化大电导钙激活钾通道（BKCa）通过阻断前列腺素EP3受体/钙通道而抑制上皮损伤引起平滑肌收缩。进一步的研究发现活化BKCa通道抑制PI3K/AKT信号通路；单个上皮损伤所释放的腺苷，通过平滑肌细胞上的腺苷A1受体/表皮生长因子EGF受体/BKCa通道/PI3K/AKT/COX-2/EP3/VGCC通路调控平滑肌收缩。.研究中我们建立了基于微接触印刷术的体外支气管平台，可观察到平滑肌细胞内钙波和钙火花等，并发现激活腺苷受体诱导平滑肌细胞产生钙波。结合可用于长时间重复钙离子成像的超灵敏GCaMP6s钙成像系统，发现阻断BKCa通道激发钙波。利用此平台进行扩展性研究，探索苦味受体在人类多能干细胞源心肌细胞（iPSC-CM）收缩中的作用，发现iPSC-CM具备自发的钙振荡及细胞收缩，苦味激动剂苯甲地那铵完全阻断iPSC-CM的钙离子振荡;然而，几分钟后，iPSC-CM恢复钙离子振荡，但振荡频率明显降低；体外实验表明，苯甲地那铵诱导小鼠ST段抬高。.KCNMA1编码了BKCa通道。体外细胞研究发现，KCNMA1基因敲除诱导平滑肌细胞阻滞于G2/M期，产生大量ROS，从而导致细胞凋亡；全基因组芯片筛选及行PCR和Western验证发现，KCNMA1基因敲除下调p-AKT、凋亡抑制蛋白survivin、周期蛋白依赖性激酶CDK1、硬脂酰辅酶A去饱和酶SCD1、和骨桥蛋白OPN，同时上调环氧化酶COX-2。.我们成功建立大鼠/小鼠哮喘模型，发现Kcnma1和p-AKT蛋白在大鼠过敏性哮喘模型中表达显著下调，而COX-2蛋白表达升高。已和复旦大学药学院张雪梅教授合作，建立基于CRISPR/Cas9技术的Kcnma1基因敲除小鼠，用于哮喘研究。首次使用PAI-1基因敲除小鼠研究PAI-1在支气管哮喘发生发展中的作用，发现PAI-1基因缺失促进哮喘小鼠肺部炎症细胞募集，降低血浆IL-10和INF-γ水平，可能加重哮喘气道炎症反应。使用AQP3基因敲除小鼠，揭示AQP3可能在哮喘的发病中起重要作用，主要表现为刺激上皮细胞向杯状细胞转化和黏液过分泌，以及对Th2型细胞因子IL-13表达的影响。