肺泡巨噬细胞对烟雾暴露的差异性极化调节吸烟相关肺疾病的表型

Emphysema and pulmonary fibrosis are diseases related to abnormal lung aging, mostly caused by chronic exposure to cigarette smoke. Our previous studies showed that mice with different immune background had specific changes of lung structure and function with senescence. Macrophages play an important role in innate and adaptive immunity. Macrophages can adopt a myriad of phenotypes and fulfill different function in tissues based on signals they receive from their environment. Herein, we hypothesize that diverse polarization of alveolar macrophages to smoke exposure mediate the phenotypes of cigarette smoke-induced lung diseases. To test this hypothesis, BALF will be collected from patients of emphysema and IPF, and the different polarization of alveolar macrophages between the two groups are identified by real-time PCR and ELISA in vitro. Then, the mice with different immune backgrounds are chronically exposed to cigarette-smoke, and the polarization of alveolar macrophages and changes of lung structure and function are observed dynamically at different exposure periods. Meanwhile,the resource of activated alveolar macrophage will be identified and the possible molecular signaling pathways be explored. The implementation of the project will help to enrich the mechanism for the development of emphysema and IPF, and benefit to open a new therapeutic approach in future.

肺气肿与肺纤维化均是异常的肺老化疾病，多与慢性香烟烟雾暴露有关。我们前期的实验研究发现，不同免疫背景的小鼠衰老时，可出现肺结构和功能的特异性改变。巨噬细胞处于衔接固有免疫与适应性免疫的关键环节，在体内外不同微环境的影响下，可分化出不同表型并表现出功能上的差异。在此，我们假设：肺泡巨噬细胞对烟雾暴露的差异性极化调节吸烟相关肺疾病的表型。为了验证上述假说，首先取肺气肿、IPF患者的BALF，利用体外分离、培养肺泡巨噬细胞，借助Real-Time PCR和ELISA等技术，确定不同患者间存在肺泡巨噬细胞极化的差异；然后，利用不用免疫背景的小鼠，动态观察在慢性香烟烟雾暴露的不同时期肺泡巨噬细胞的极化以及同期肺结构与功能的变化，并研究肺泡极化巨噬细胞的来源及可能的分子信号通路。该项目的实施将有助于丰富对肺气肿和IPF发展机制的认识，并为治疗相关肺疾病提供新途径。

慢性阻塞性肺疾病（慢阻肺）是一种与衰老相关的慢性疾病，且其发生与肺巨噬细胞、上皮细胞等多种细胞密切相关。β2-微球蛋白（β2m）是组织相容性复合物Ⅰ类抗原的轻链亚单位组份，近期研究提示其也是一种系统性的致衰老因子。基于此，为了研究肺巨噬细胞、上皮细胞衰老及功能改变在慢阻肺发生发展中的作用，及这些改变与β2m的关系，我们利用慢阻肺患者和正常人的血清和肺组织标本进行临床研究，结果显示慢阻肺患者与正常人相比，血清和肺组织中β2m表达显著升高，且β-半乳糖苷酶的表达在肺气肿患者肺组织中也升高。免疫组化显示β2m阳性的细胞主要是肺泡巨噬细胞和上皮细胞。利用慢性烟雾暴露建立的小鼠模型，结果显示烟雾暴露组小鼠与空气暴露组小鼠相比，肺泡灌洗液中巨噬细胞渗出明显增加，且小鼠肺组织中β2m的表达也显著升高，升高的β2m主要与巨噬细胞共定位。利用人肺泡上皮细胞系A549、人单核细胞系THP-1和小鼠巨噬细胞系RAW264.7进行体外实验，结果显示不同浓度的香烟提取物（CSE）和β2m能够抑制A549细胞增殖并促进其衰老；一定浓度的CSE和β2m能够促进THP-1细胞衰老，并促进其炎症因子分泌；通过对细胞表面M1和M2表达标志物的检测发现，一定浓度的β2m能够刺激RAW264.7细胞向M1极化为主。以上研究结果提示，β2m通过诱导巨噬细胞和上皮细胞衰老，促进巨噬细胞炎症因子分泌及向M1极化参与了慢阻肺的发病。在本课题基金的部分支持下，通过横断面流行病学调查研究，我们报道了在北京城区常见慢性气道疾病及呼吸道症状的患病率及其危险因素。通过病例对照研究，我们发现合并慢性支气管炎（CB）的慢阻肺患者在运动过程中表现为加速的动态过度充气及较强的全身炎症状态是导致此类患者较不合并CB患者运动能力低下的病理生理机制；合并有肺动脉高压的Takayasu动脉炎肺动脉型患者的病史更长、症状更严重、预后更差；首次证实了支气管动脉栓塞术治疗慢性血栓栓塞性肺动脉高压患者咯血的有效性和安全性。以上研究成果丰富了对慢阻肺发病机制的认识，为后续研究的开展奠定了基础；此外，相关的临床研究对于未来革新疾病的干预治疗也提供了有价值的重要信息。