硫辛酸合成酶基因调控氧化应激网络抗矽肺纤维化作用及机制研究

Lipoic acid is a key molecule in the antioxidant defense network, which is regulated by lipoic acid synthase gene. It has been shown to be resistant to fibrosis in many studies. We have found that SiO2 induces the reactive oxygen species, and it can promote pulmonary fibrosis. Nrf2 plays a key role in the antioxidation mechanism induced by exogenous toxic substances. We assume that lipoic acid can antagonize silicosis pulmonary fibrosis by regulation of oxidative stress network. Therefore, a new transgenic model mouse which can express lipoic acid synthase with different levels will be used in this study, The lung inflammatory, fibrosis related factors and pathological will be observed in pulmonary fibrosis in rat, and the relationship will be revealed between the endogenous antioxidant levels and pulmonary fibrosis induced by silicosis. The mechanism of fibrosis will be delineated through detection expression of Nrf2 and antioxidant enzymes which are regulated by lipoic acid such as HO-1, CAT, SOD, γ-GCS from protein and mRNA levels and protein localization. At the same time, the expression pattern of lipoic acid synthase gene and its related protein will enunciated in silicosis patients by epidemiological studies. This study is theoretically important in silicosis pulmonary fibrosis by elucidation the mechanism, development new diagnosis and treatment targets, screening of antioxidant drugs, individualized intervention of antioxidants.

硫辛酸是机体抗氧化防御网络的关键分子，表达受硫辛酸合成酶（Lias）基因调控，研究表明硫辛酸具有抗机体纤维化的作用。课题组前期研究发现矽尘诱导活性氧，促进肺纤维化。Nrf2在毒物诱导抗氧化防御机制中发挥核心作用。我们假设硫辛酸合成酶基因能够调控机体氧化应激网络，抑制Nrf2过度激活抗矽肺纤维化。为此，本研究采用新创建的能表达不同水平Lias基因的抗氧化小鼠模型，观察矽尘导致模型小鼠肺部病理及纤维化改变，定量揭示硫辛酸调控的内源性抗氧化水平与矽肺纤维化改变程度的关系。从蛋白质、mRNA水平等检测Lias、Nrf2及抗氧化酶HO-1、CAT、SOD、γ-GCS表达变化，阐明硫辛酸对矽肺纤维化的调控机制。并研究矽肺患者中Lias基因及其调控的抗氧化酶蛋白及mRNA表达规律，进行人群流行病学验证。本研究将对阐明矽肺纤维化的作用机制，发展新的诊断与治疗靶点，筛选抗氧化药物及个体化干预具有重要意义。

尘肺病防治是我国重要的公共卫生问题之一，尘肺病病因明确，尘肺病防治重点在于病因预防。尘肺病肺纤维化的发生与氧化应激密切相关，接尘导致了机体内氧化-抗氧化系统失衡。SiO2粉尘刺激生成大量的自由基及以NRF2为核心的抗氧化系统的改变是系统失平衡的主要原因。α-硫辛酸（ALA）是一种独特的强抗氧化剂，并具有抗多种机体纤维化作用。本课题从人群研究、动物实验以及细胞实验三个方面探讨硫辛酸合成酶基因调控NRF2信号通路抗矽肺纤维化作用及机制。人群研究以矽肺患者和非接尘健康对照为研究对象，检测其外周血单个核细胞（PBMCs）中LIAS、NRF2基因表达，分析LIAS、NRF2之间关系及与矽肺发病的相关性。在此基础上，应用转录组测序结合生物信息分析技术，明确矽肺患者PBMCs抗氧化状态调控机制，挖掘潜在的NRF2相关的致纤维化因子和寻找矽肺纤维化生物标志物；对矽肺PBMCs中筛选出的显著差异基因应用临床样品验证其临床意义。在动物实验研究中采用内源性LIAS基因过表达基因修饰小鼠以及野生型小鼠，构建实验性矽肺小鼠模型，对比分析外周血及肺组织中抗氧化及纤维化相关指标，探讨LIAS调控NRF2通路影响内源抗氧化能力、炎症反应及上皮间质转化对矽肺纤维化的影响。细胞实验中通过检测细胞活力、活性氧水平及细胞线粒体功能，探讨ALA对SiO2致THP-1来源巨噬细胞氧化应激的调控作用。结果表明LIAS/NRF2通路调控的氧化应激网络参与了矽肺纤维化的病理生理过程，LIAS及NRF2可能是矽肺抗氧化干预的靶点；高抗氧化水平可减轻小鼠矽肺纤维化程度，其保护作用与其调控NRF2通路提高内源抗氧化能力、影响NF-κB减轻炎症反应以及减轻上皮间质转化有关；外源性补充硫辛酸靶向干预巨噬细胞可保护细胞线粒体，减轻SiO2粉尘诱导的氧化应激，提高细胞活力。本课题研究结果有助于更深入地阐明矽尘所致肺纤维化的作用机制，并为有针对性地对矽尘作业易感人群采取保护措施提供重要实验依据；也进一步有利于建立有效抗氧化剂筛选平台，为发展矽肺疾病防治的抗氧化干预策略提供指导。