CP110调控鼻黏膜上皮细胞多纤毛发生以及纤毛结构异常的功能和机制

The aberrant ciliary function in nasal mucosa is critical for the development of chronic mucosal inflammation. Our recent paper (published in J Allergy Clin Immunol) has revealed that abnormal ciliary architecture (longer and dense cilia) should be an essential reason for the dysregulation of ciliary function in human nasal polyps, and an increase of CP110 which was the key centriolar protein in primary ciliogenesis was associated with the abnormality of ciliary structure; in vitro experiment demonstrated that CP110 expressed in the cilia basal body and CP110 expression level was higher in the nasal polyp derived epithelial cells than those from the healthy nasal mucosa; nonetheless, the exact regulation roles of CP110 in nasal epithelial multiciliogenesis remain unclear. We hypothesize that the aberrant expression of CP110 may affect the multiciliogenesis in human nasal epithelial cells, and then lead to an abnormal ciliary architecture in the epithelium under nasal mucosal inflammation. This project will utilize the human nasal stem and differentiated cell model, and use several cell biological, gene silencing, and overexpression techniques and methods to clarify the regulation mechanism of CP110 in nasal multiciliogenesis and the functions/roles of CP110 in abnormal ciliary structure; we also explore the roles of important CP110 relevant centriolar proteins in nasal multiciliogenesis. The results will explain the fundamental mechanism of nasal cilia development and assembly under healthy and inflammatory mucosa, and contribute to the development of CP110 as specific targets for the improvement of cilia properties and function under chronic nasal mucosal inflammation.

鼻黏膜上皮纤毛清除功能下降导致和加重黏膜慢性炎症。我们在JACI文章揭示鼻息肉上皮纤毛结构异常（密度和长度增加）是造成纤毛功能下降主要原因，并发现单纤毛发生的关键中心粒蛋白CP110表达升高与异常的纤毛结构密切关联；细胞实验表明CP110在纤毛基体部，并在鼻息肉来源的纤毛细胞中高表达；但CP110在鼻上皮细胞多纤毛发生的调控机制依然不明。我们推测CP110表达的异常可能影响多纤毛的发生，进而在炎症黏膜上皮中导致纤毛结构和功能的异常。本项目拟通过体外正常和炎症来源的原代鼻上皮干细胞-分化细胞模型，采用细胞生物学、基因沉寂和过表达等手段阐明CP110在鼻上皮多纤毛发生的调控机制及其在纤毛异常结构的功能和作用；同时探讨CP110关联的重要中心粒蛋白在鼻多纤毛发生的作用；预期将从根源上解释鼻上皮纤毛在生理和炎症条件下的发生机制，为确立以CP110作为关键靶点改善纤毛特性和功能提供重要的科学依据。

鼻黏膜上皮是人体上呼吸道的第一道屏障，维持黏膜的稳态，正常的上皮黏液纤毛清除功能有效抵御外源性刺激物和病原体，然而纤毛功能下降将导致或加重鼻黏膜炎症。因此，对鼻上皮纤毛发生的表型和机制研究，有助于我们从上皮的基础功能层面探讨鼻黏膜生理和炎症的发生机理。纤毛是由基体和基体延伸的轴丝组成，分为两种：1）单纤毛，不具备运动能力，广泛分布人体各种细胞；2）多纤毛，有节律摆动，主要分布在人体呼吸道上皮。中心粒是纤毛最基础的结构，中心粒先形成基体后启动纤毛的发生，而中心粒蛋白则是中心粒的基本组成蛋白。到目前为止，绝大部分的纤毛研究都是针对单纤毛，关于鼻黏膜上皮多纤毛发生的相关研究极为有限。本项目从单纤毛发生的关键中心粒蛋白CP110作为切入点，明确了CP110在鼻黏膜炎症和对照来源上皮在体外分化和纤毛形成过程的表型差异；基于鼻上皮细胞正常和异常分化的模型，筛选出与多纤毛发生相关且未报导的中心粒蛋白(PPP1R42, CCDC13, CCDC81和CCDC113)；明确PPP1R42, CCDC13, CCDC81和CCDC113参与了鼻上皮细胞分化和多纤毛的形成；明确了CP110和CCDC13和CCDC113在多纤毛形成过程有互作关系；后续将针对上述几个中心粒蛋白在鼻上皮多纤毛发生以及与黏膜炎症的作用关系进行研究。本项目初步阐明了CP110在鼻上皮多纤毛发生的作用机制，首次鉴定多个新型的呼吸道上皮多纤毛发生相关的中心粒蛋白，为从根源上探讨鼻黏膜上皮多纤毛的发生机理以及针对中心粒蛋白作为关键靶点调控多纤毛的形成和功能提供重要的理论依据。项目在研期间，我们也围绕鼻黏膜上皮应对呼吸道病毒的宿主免疫机制以及上皮的增殖特性进行了研究，发现NLRP3炎症小体在鼻上皮细胞可介导鼻病毒感染造成的上皮黏液分泌增多的重要机制；明确鼻黏膜炎症来源上皮细胞体外增殖能力下降与其细胞周期进程受到抑制有关。综上所述，我们聚焦鼻黏膜上皮，从上皮的纤毛发生、宿主免疫反应及其增殖特性几个方面，探讨了鼻上皮在黏膜的炎症和免疫的作用和机制，取得了一定的成果。