线粒体DNA介导的高原肺水肿炎症机制研究

Mitochondria and inflammation both contribute a lot to the development of high altitude pulmonary edema (HAPE). Our recent study indicates that hypoxia and inflammation can lead to instability of mitochondrial DNA (mtDNA), which is a critical factor of HAPE. However, there is a lack of study on crosstalk between mitochondrial injury and inflammation in HAPE. It has been proved that once mitochondria are injured more than that the body can clear with the machineries of mitophagy, mtDNA will be released and induce inflammatory reaction via Toll like receptor 9 (TLR9). We just found that plasma mtDNA was significantly higher in HAPE patients than the healthy control at high altitude, and mtDNA administration can increase wet/dry ratio of lung tissue in hypoxic rats, suggesting a critical role of the inflammation induced by mtDNA in HAPE development. In this project, we plan to study HAPE patients, HAPE rats and in vitro cultured alveolar microphagy, to clarify mechanisms of mtDNA induced inflammation in the pathophysiology of HAPE, to elucidate the trigger of mtDNA release after hypoxic exposure, and to pin point key moleculars as new therapeutic targets of HAPE.

线粒体和炎症反应均在高原肺水肿(HAPE)发生中具有重要作用。我们最近研究发现，缺氧和炎症反应降低线粒体DNA(mtDNA)稳定性是HAPE发生的一个重要机制，但线粒体损伤是否反馈激活炎症反应并参与HAPE发生尚乏研究。研究表明，若线粒体损伤超过机体自身的清除能力(线粒体自噬)，mtDNA释放增多，可通过TLR9(Toll like receptor 9)激活炎症反应。我们前期研究发现，HAPE患者血浆mtDNA水平显著高于高原健康者；静脉注射mtDNA可致缺氧大鼠肺含水量显著升高，提示mtDNA介导的炎症反应可能参与HAPE发生。本项目拟从临床、动物和离体细胞水平，研究揭示mtDNA介导的炎症反应在HAPE发生中的作用，探讨其关键信号通路和作用分子，阐明HAPE线粒体损伤-清除失衡及其激活炎症反应的机制。本研究有望取得HAPE发生机制研究的新突破，为临床HAPE防治提供新线索和分子靶点。

高原肺水肿(HAPE)是病情危重的急性重症高原病，严重影响急进高原人群的健康和生命。HAPE的发生机制尚不完全清楚，推测线粒体DNA(mtDNA)介导的炎症反应可能在其中发挥重要作用。本研究通过采集HAPE患者和高原健康对照的外周血，从血细胞分析、血清炎症介质检测和白细胞转录组等多角度全面探讨了mtDNA介导的炎症反应特点。进一步研究发现，线粒体转录因子A(TFAM)启动子区A281T单核苷酸多态性影响TFAM启动子转录活性，HAPE患者TFAM表达下调，mtDNA损伤程度增加。HAPE患者线粒体氧化磷酸化基因和线粒体自噬基因表达改变，进一步加重线粒体损伤-清除失衡。血浆mtDNA水平升高，激活TLR受体介导的炎症反应，参与HAPE发生。HAPE患者血浆LPS水平升高，结合白细胞转录组和血清蛋白组学分析，提示低氧可促进TLR信号通路介导的炎症反应，参与HAPE发生。采用低氧复合LPS可成功复制HAPE动物模型，但采用静脉注射mtDNA复制HAPE动物模型未获成功。这可能是由于肺血管内皮细胞通过巨胞饮作用迅速吞噬mtDNA，使生理状态下血浆mtDNA处于低水平，不致过度激活炎症反应。低氧可增强肺血管内皮细胞mtDNA吞噬能力，降低细胞外mtDNA水平，炎症反应减轻，提示细胞外mtDNA水平是其介导炎症反应的决定因素。采用巨胞饮作用激动剂PMA和抑制剂阿米洛利调控肺血管内皮细胞吞噬mtDNA，可调控HAPE动物外周血mtDNA水平，从而影响炎症反应和肺水肿发生。调控LncRNA SNHG5表达，可影响线粒体基因、线粒体自噬基因表达和线粒体呼吸功能。HAPE患者SNHG5表达下调可能参与mtDNA损伤-清除失衡、炎症反应和HAPE发生。.本研究表明，HAPE患者TFAM基因多态性、线粒体功能障碍、线粒体自噬功能紊乱、肺血管内皮细胞吞噬mtDNA能力不足，可致mtDNA损伤-清除失衡，血浆mtDNA水平升高，通过TLR信号通路介导炎症反应，参与HAPE发生。这一研究结果为深入研究HAPE发生机制、以及临床HAPE预防和治疗提供了全新的思路和线索。另外，低氧增强低剂量LPS诱发的炎症反应，可能是HAPE发生的一个重要的始动环节。采用低氧复合LPS可稳定复制HAPE动物模型，对于深入研究HAPE发生的分子机制提供了有力保证。