β-肾上腺素受体及其信号转导通路在慢性阻塞性肺疾病炎症中的作用及机制

Chronic airway inflammatory is a key factor in the pathogenesis of chronic obstructive pulmonary disease (COPD), but the effect of long-term use of anti-inflammatory drugs (i.e. glucocorticoid) and bronchodilators is limited on COPD patients. Our previous studies have showed that down-regulated expression of β2-adrenergic receptor (β2-AR) existed in the inflammatory cells from COPD patients and lung tissue of smoking exposed rats, which was related to inflammatory mediators and lung function decline. In THP-1 cells and mice macrophages, activation of β2-AR inhibited the production of TNF-α, IL-8 and MCP-1 stimulated by LPS, mainly through inducing re-distribution of CD14 and CD14/TLR4 complex, inhibition of MyD88、TRAF6、IRAK expression and NF-κB activation, downregulating AMPK activation and β-arrestin2. Continuing over activation of sympathetic nerve may be present in COPD because lung inflammation and emphysema could be reduced by β-AR antagonist in smoking exposed rats. In this project, the effect of β-AR on pathogenesis of COPD will be investigated to clarity the role of β-AR in airway inflammation, mucus secretion and signal transduction pathway, and to approach the molecule mechanism of β-AR down-regulated expression. This project will provide experiment evidence to optimize COPD treatment by intervention of β-AR signalling pathway.

慢性炎症是慢性阻塞性肺疾病（COPD）发病的核心环节，但长期使用糖皮质激素等抗炎药物和支气管扩张剂作用有限。我们的前期研究表明， COPD患者炎症细胞和被动吸烟大鼠肺组织存在β2－肾上腺素受体（β2-AR）表达下调，并与炎症因子和肺功能下降相关。 在THP-1细胞和小鼠巨噬细胞中β2-AR激活可抑制LPS刺激TNF-α、IL-8和MCP-1分泌，主要通过诱导CD14、CD14/TLR4复合体内化, 抑制MyD88、TRAF6、IRAK表达和NF-κB激活，下调AMPK活性，并需β-arrestin2介导。初步研究表明采用β-AR拮抗剂可减轻吸烟大鼠肺组织炎症、肺气肿和粘液高分泌，提示在COPD中存在交感神经持续过度激活。本项目将进一步明确β-AR在COPD发病中的作用， 阐明β-AR对气道炎症和粘液分泌的影响及信号转导途径，并通过干预β-AR及信号通路为优化COPD治疗提供实验依据。

慢性炎症是慢性阻塞性肺疾病（COPD）发病的核心环节，我们的初步研究表明采用β-肾上腺素受体（β-AR）拮抗剂可减轻吸烟大鼠肺组织炎症、肺气肿和粘液高分泌，提示在COPD中存在交感神经持续过度激活。本项目将进一步明确β-AR，尤其是β2-AR在COPD发病中的作用， 阐明β-AR对气道炎症和粘液分泌的影响及信号转导途径，并通过干预β-AR及信号通路为优化COPD治疗提供实验依据。我们通过制作COPD动物模型，运用拮抗剂干预，检测肺组织相关病理、功能变化，并在上皮细胞及巨噬细胞系给予香烟烟雾提取物，LPS刺激，检测下游相关分子信号变化并予以干预探究β-AR对炎症反应、粘蛋白分泌的影响及信号转导途径。进一步在体外实验我们发现干预β2-AR下游经典信号通路不能抑制细胞分泌粘蛋白及炎症因子分泌，而干预非经典信号通路可以产生抑制，提示β-arrestin-MAPK参与了病理刺激导致的气道粘液高分泌及炎症因子释放增加。在研究过程中，我们在被动吸烟大鼠血清中发现了β2-AR自身抗体（β2-AAbs），随吸烟时间增长而逐渐升高，并早于肺泡破坏和气道重构。我们通过制作大鼠主动免疫模型，发现主动免疫大鼠出现了气道重构，肺泡平均肺泡内衬间隔较对照组明显增加。通过纯化β2-AAbs进行体外研究，发现β2-AAbs发挥病理效应的可能亦通过β-arrestin实现。在对收集的小样本临床资料进行分析时发现吸烟者血浆中β2-AAbs水平和残总比正相关，同时通过对收集病例按照血浆β2-AAbs水平分组，发现血浆中β2-AAbs水平高者肺气肿评分更高。进一步提示β2-AAbs可能与肺气肿相关。我们的研究提示β2-AR下游β-arrestin依赖非经典信号通路在COPD发病中有重要作用，通过对β-arrestin信号分子进行干预，可能在较少影响气道舒张情况下对COPD炎症反应，粘液高分泌气道一定的改善作用。肺气肿现在无有效的内科治疗手段，我们的研究初步发现吸烟者和吸烟COPD患者血浆中β2-AAbs可能与肺气肿的发生相关，为肺气肿的预测，治疗提供了新线索。