雾霾介导的蛋白质硝基化抑制巨噬细胞的抗炎活性促进COPD形成的病理学机制研究

Association of ambient air pollution and sever haze formation, the incidence and prevalence of COPD keep increasing in our country. In recent years, it has been recognized that the reactive nitrogen species existed in the air pollution could induce the protein nitration, which result in the functional alteration in relevant cells. Neutrophil, as a major cell type which can trigger the airway inflammaiton during the process of COPD development, could be eliminated by macrophage phagocytosis. The macrophage mediated neutrophil phagocytosis significantly reduced the chance for the development of secondary inflammatory responses, thus proved to be crucial for the maintaining of immunol homeostasis in the local tissue. In recent years, it has been found that the patients with COPD have defective macrophage phagocytosis, however the mechanism is still not known. We hypothesis that protein nitration induced by sever haze and air pollution might be the major cause contributed to the defective effect of macrophage phagocytosis, therefore in this present study, we aim to perform the following studies. 1) the relationship between the protein nitration and the defected macrophage phagocytosis in COPD patients; 2) By using the relevant animal models, we are going to investigate the effect of protein nitration for the pathological development of COPD; 3) Investigate the molecular mechanism why the protein nitration could alter the macrophage phagocytosis functions in COPD patients; This is the first study to investigate the effect of protein nitration for the pathological development of COPD, which is very important for reducing the bad influence of sever haze and air pollution to the human health, and also, our study provide a direct experimental evidence for the prevention and treatment of the disease of COPD.

COPD的发病率及死亡率在我国呈逐年上升趋势，雾霾和空气污染是诱发并加重COPD形成的重要原因。近年来的研究发现，雾霾所含的氮氧化物可通过诱导蛋白硝基化改变细胞的生物学功能。中性粒细胞是引发COPD患者炎症形成的主要原因，巨噬细胞对凋亡的中性粒细胞的清除作用，可以避免造成二次炎症反应，是抗炎治疗的关键。但是在COPD的患者中，呼吸道巨噬细胞对中性粒细胞的吞噬机能明显减弱，我们推测，雾霾诱导的蛋白质硝基化可能是改变巨噬细胞吞噬功能的主要原因。为此我们将研究：①COPD患者呼吸道巨噬细胞功能的改变与蛋白质硝基化修饰间的关系；②在动物模型中，研究蛋白质硝基化在COPD形成过程中的作用以及硝基化抑制剂对COPD的保护作用；③ 阐明蛋白质硝基化影响巨噬细胞吞噬功能的分子机制。本课题首次关注雾霾诱导的蛋白质硝基化对COPD发病的影响，为减轻雾霾对健康所造成的不利影响，防治COPD的发病提供新的思路。

氮氧化物作为雾霾的核心组份，可以修饰蛋白质的酪氨酸残基引发蛋白的硝基化，从而改变细胞的正常生理功能。本课题主要研究氮氧化物诱导的蛋白质硝基化在诱发呼吸道炎症反应中的作用，主要的工作：①证明了不同的雾霾组份（可溶性 v.s不溶性组份）在诱发呼吸道损伤中的不同作用及相关机制, 同时开展了血清代谢组学分析；②探讨了雾霾诱发COPD形成的病理学机制，证明了雾霾诱导的巨噬细胞功能异常，是引发慢性炎症形成的病理学基础；③研究了雾霾的暴露与哮喘形成的关系，特别是阐明了雾霾对呼吸道粘膜屏障功能的破坏，是诱发哮喘形成的关键因素；④证明了抗氧化剂对雾霾诱发肺损伤的保护作用；⑤初步证明了雾霾的暴露可以加重呼吸道感染的风险。..我们首先开展了空气污染物的收集与成份鉴定，并进一步证明了雾霾中所含的氮氧化物在体外可作用于呼吸道上皮细胞和巨噬细胞，从而诱导细胞的蛋白发生硝基化反应。利用小鼠的动物模型，我们首先分析了不同的雾霾组份在诱发小鼠呼吸道炎症反应中的作用，发现不溶性颗粒物的急性暴露就可以诱导小鼠的急性肺损伤，相比之下，可溶性提取物经慢性长期暴露后，也可以引发明显的肺部炎症反应，其特点表现为嗜中性粒细胞的大量浸润，成纤维细胞的增生以及胶原基质的沉积等；伴随着慢性炎症的形成，小鼠的肺功能出现明显的异常，呼吸频率以及呼吸强度均发生了明显的改变；在免疫学机制方面，我们证明了雾霾水溶性提取物可以诱发巨噬细胞产生炎症小体的活化以及细胞焦亡反应，巨噬细胞的炎症相关信号通路的激活水平明显增加，巨噬细胞的吞噬活性明显下降；通过代谢组学分析发现，雾霾的暴露可以改变小鼠血清的代谢组，其中磷脂代谢紊乱是其最为显著的特征，说明雾霾破坏了正常的磷脂合成，从而影响了细胞膜的完整性，造成细胞损伤。此外，雾霾对上皮细胞的屏障功能也会产生明显的破坏作用，细胞的紧密连接蛋白的表达受到抑制，上皮细胞的凋亡水平明显增加，在动物实验中，雾霾的暴露诱发并加重了哮喘的形成。