大气细颗粒物经由激活炎症小体影响慢阻肺转归的分子机制及其干预研究

The increasing fine particulate matter (PM2.5) have led to negative impacts in many respiratory diseases, however the mechanisms involved in this procedure remain unclear. The recently discovered inflammasomes are believed to play key roles in the inflammatory response of lung diseases, especially in chronic obstruction pulmonary disease (COPD). Our preliminary results suggested that PM2.5 could lead to pathology change of pulmonary parenchyma and activation of inflammasomes. However, the exact relationship between PM2.5 and the progress of COPD and the mechanisms involved in it remain unknown. This study aims to explore the role of the inflammasomes in the prognosis of COPD and the possible mechanisms. The relationship between PM2.5 and the inflammasomes will be further clarified by cell experiment and animal research. We expect to illustrate the molecular mechanisms of PM2.5 which promote the inflammasomes activation.

大气细颗粒物PM2.5的升高是加剧多种呼吸系统疾病的重要原因, 但其分子机制尚未阐明。炎症小体被发现在炎症反应中发挥关键作用。前期预研究结果提示炎症小体和慢阻肺关系密切，PM2.5的吸入将导致呼吸系统病理性改变，并激活炎症小体。然而PM2.5对炎症小体的调控将如何影响慢阻肺的炎症转归及其分子机制，尚无报道。研究拟将慢阻肺患者病情发展与PM2.5水平进行信息匹配，构建慢阻肺与PM2.5之间的关系模型并进行分层分析，阐明PM2.5与慢阻肺病情发展的明确关系，并明确PM2.5诱导的炎症小体调控对慢阻肺患者病情演变的影响，寻找PM2.5促发慢阻肺发展的分子生物学标志物。采用细胞及动物模型明确PM2.5和炎症小体的调控关系，阐明PM2.5调节炎症小体影响慢阻肺疾病发展的具体分子机制。

项目背景：据世界卫生组织统计，每年有超过30万人因感染流感病毒而死亡，有超过400万人因流感病毒感染住院。2003年，全球各地爆发禽流感疫情，2009年，甲型H1N1流感在全球范围内大规模流行，两次爆发流行其爆发力度之强、死亡人数之多对全球各地均造成极大的影响；流感病毒感染对人类健康造成了极大的威胁。近年来，大气污染成也成为威胁人类健康的另一大主题，大气细颗粒物PM2.5与呼吸系统及心血管系统疾病的发病率及死亡率密切相关，临床研究表明长期暴露于大气污染物PM2.5可增加病毒性肺炎的发生率，但其机制目前尚不清楚。为此，本研究拟探讨大气细颗粒物PM2.5对宿主抗病毒天然免疫的影响及其机制。.研究内容：在细胞层面，验证流感病毒H1N1/PR8病毒株对巨噬细胞NLRP3炎症小体的激活；然后通过建立PM2.5混悬液提前暴露细胞模型，对应时间点后给予流感病毒株感染，通过对细胞NLRP3炎症小体激活情况以及I型干扰素两方面免疫应答反应进行检测（蛋白免疫印迹、酶联免疫吸附测定、反转录酶-聚合酶链锁反应等方法），来观察PM2.5对宿主免疫应答反应的影响及其相关机制。在动物层面，我们建立小鼠PM2.5提前暴露后流感感染模型，相应时间后检测肺组织中炎症反应，统计小鼠肺组织病毒复制情况、体重变化以及死亡率。.重要结果：我们通过获取NLRP3 KO的小鼠巨噬细胞，证明了流感病毒H1N1可以激活NLRP3炎症小体，但细胞在PM2.5提前暴露下，H1N1诱导的NLRP3炎症小体激活情况以及炎症因子IL-1β会收到抑制；同时我们利用PM2.5染毒小鼠巨噬细胞，发现PM2.5可通过受体AHR调控TIPARP的转录水平，呈浓度及时间依赖性；且PM2.5最终可通过AHR-TIPARP信号通路干预RNA病毒H1N1、VSV诱导的I型干扰素的表达。体内实验发现PM2.5暴露小鼠较未暴露小鼠在感染流感病毒后，天然免疫反应产生的保护性抗病毒炎症因子IL-1β以及I型干扰素水平均较低，同时体重减轻较多且死亡率较高。 .科学意义：我们的实验研究结果从细胞及动物水平上阐明了PM2.5爆表后流感盛行的潜在机制；PM2.5可通过抑制抗流感病毒天然免疫NLRP3炎症小体以及I型干扰素免疫应答两方面，从而扰乱机体抵御流感病毒的免疫平衡；为解释PM2.5持续爆表后流感爆发这一临床问题提供新的理论知识。