ApoE基因型通过影响肺泡巨噬细胞褪黑素合成调控NLRP3炎症小体活化参与支气管哮喘发病的分子机制

Apolipoprotein E (ApoE) is mainly expressed in alveolar macrophages in the lungs, which regulates airway inflammation. However, the molecular mechanism of ApoE gene polymorphism in regulation of alveolar macrophage immune response involved in the pathogenesis of asthma has not been reported. Our preliminary experiments shows that ApoE genotype differentially regulates the activation of NLRP3 inflammasome and the expression of melatonin synthetase in Raw264.7 cells. Here, we hypothesized that the ApoE genotype may regulate the activation of NLRP3 inflammasome by affecting the synthesis of melatonin in alveolar macrophage in the pathogenesis of asthma. We will analyze the relationship between ApoE genotypes, melatonin levels and clinical characteristics in asthmatic patient, determine whether ApoE genotype can predict the risk of asthma and guide individual therapy of asthma; using ApoE2, ApoE3 and ApoE4 transgenic mice to induce asthma model, elucidate the regulation of ApoE gene on the synthesis of melatonin in alveolar macrophages and its relationship with the activation of NLRP3 and the pathogenesis of asthma; culturing ApoE2 ApoE4, ApoE3 stable transfection macrophage and primary macrophages from ApoE2, ApoE3 and ApoE4 transgenic mice, reveal the mechanism of ApoE genotype regulates the activation of NLRP3 inflammasome via affecting melatonin synthesis. Hoping to provide new scientific evidence for the precision treatment of asthma.

载脂蛋白E（ApoE）在肺部主要表达于肺泡巨噬细胞，可调控气道炎症，但ApoE基因型调控肺泡巨噬细胞免疫应答参与哮喘发病的分子机制尚未见报道。预实验发现ApoE基因型可调节Raw264.7巨噬细胞NLRP3炎症小体活化及褪黑素合成酶表达。本课题组推测：ApoE基因型通过影响肺泡巨噬细胞褪黑素合成，调控NLRP3炎症小体活化参与哮喘发病。我们将分析哮喘患者ApoE基因型、褪黑素水平与临床特征间相关关系，确定ApoE基因型预测哮喘发病风险及指导哮喘个性化治疗的可行性；采用ApoE2、ApoE3、ApoE4转基因小鼠诱导哮喘模型，阐明ApoE基因型调控肺泡巨噬细胞褪黑素合成与NLRP3炎症小体活化、哮喘发病的因果关系；培养ApoE2、ApoE3、ApoE4稳转巨噬细胞系及原代肺泡巨噬细胞，揭示ApoE基因型影响褪黑素合成调控NLRP3炎症小体活化的分子机制，期望为哮喘精准治疗提供新的思路和依据。

近年来，哮喘的发病率持续增加，全球哮喘患者已逾3亿，我国哮喘患者死亡率位居全球第一。因此基于哮喘发病机制的研究提出新的治疗靶点，探讨基因多样性与哮喘发病的关系及机制，对哮喘患者进行个性化治疗十分必要。载脂蛋白E（ApoE）具有基因多态性，可调节免疫反应，但ApoE基因型与哮喘发病风险的关系及其调控巨噬细胞免疫反应参与哮喘发病的分子机制尚未见报道。本项目从人体标本、动物模型以及稳转细胞系水平进行了深入研究：①收集哮喘患者及健康体检者外周血，抽提DNA，Sanger测序法检测ApoE基因多态性，证实了ApoE基因型与哮喘发病风险相关，ԑ4等位基因携带者发病风险增加，ApoE3/3基因型发病风险较低，提示了ApoE基因型预测哮喘发病风险的可行性；② 建立了GFP-ApoE2/ApoE3/ApoE4稳转Raw264.7巨噬细胞株，证实了内源性褪黑素水平依赖于ApoE基因型，且NLRP3炎症小体活化和线粒体能量代谢具有ApoE基因型依赖性；③ 利用ApoE-/-小鼠揭示了ApoE是肺组织NLRP3炎症小体活化、氧化应激水平和线粒体功能损伤的内源性负调控因子，提出了外源性ApoE功能活性肽抑制哮喘气道炎症的可行性；④ 利用TLR2-/-和TLR9-/-小鼠阐明了内源性褪黑素合成与天然免疫受体TLR2/TLR9介导的NLRP3炎症小体活化的交互作用抑制支气管哮喘炎症的分子机制。我们的研究从一个崭新的视角阐述了ApoE基因多样性影响褪黑素合成差异性调控NLRP3炎症小体活化、线粒体能量代谢参与哮喘炎症反应的机制，为临床哮喘发病风险预测及靶向治疗提供了分子生物学依据。项目执行期间培养8名硕士生，协助培养3名博士研究生。主要研究成果发表基金标注SCI论文11篇（其中主持人为第一或通讯作者SCI论文8篇），待发表SCI论文3篇。基于该项目的研究成果获安徽省科学技术进步奖一等奖（项目主持人为第二完成人，2020年）1项，申请国家发明专利2项，在中华医学会呼吸病学全国年会、哮喘全国年会上进行大会交流，并获优秀论文奖2次，优秀壁报奖1次。