cGAS-STING信号通路在哮喘发病中的作用及其机制

Allergen-induced apoptosis of airway epithelial cells is common in asthma,but which is whether to mediate the pathophysiology of asthma remains unclear.A recent study showed that apoptotic cell DNA could mediate inflammatory disease through stimulator of interferon genes(STING) which is the core molecule of DNA sensor signaling pathway,and the key molecule activating STING is a newly identified cytosolic DNA sensor cyclic GMP-AMP synthase(cGAS).Our preliminary studies confirmed ovalbumin(OVA)-induced IL-25 production was dependent on cGAS in airway epithelial cells,so we hypothesize that the cGAS-STING signaling pathway can recognize allergen-induced apoptotic DNA of airway epithelial cells, then increase the production of cytokines driven-Th2 predominant immune response,and finally cause the development of asthma.We will use OVA to stimulate the cGAS/STING knockdown airway epithelial cells and examine cell apoptosis and cytokines driven-Th2 predominant immune response such as IL-25,IL-33 et al.Furthermore, we will utilize OVA to challenge mice with cGAS/STING specific knockdown in airway epithelial cells and alveolar type II epithelial cells, examine cytokines driven-Th2 predominant immune response in BALF and lung tissues, and evaluate the inflammation and mucins of lung tissues and airway hyperreactivity.We are aimed to elucidae the mechanisms by which apoptosis damage of airway epithelial cells mediates the pathophysiology of asthma,and provide preliminary theoretical basis for screening new effective therapy target in asthma.

过敏原诱导的气道上皮凋亡常见于哮喘，但其是否介导哮喘发病尚未明确。最近发现凋亡细胞DNA可通过胞浆DNA识别信号通路的核心STING介导炎症性疾病的发生，而激活STING的关键分子是胞浆DNA感受器cGAS。我们研究发现卵白蛋白（OVA）依赖cGAS诱导气道上皮细胞IL-25的合成，因此提出cGAS-STING可能通过识别过敏原攻击所产生的凋亡气道上皮细胞DNA进而促进气道上皮细胞合成驱动Th2优势免疫的细胞因子以介导哮喘发病。本课题拟OVA体外干预cGAS/STING敲除气道上皮细胞，检测干预后细胞凋亡及IL-25等驱动Th2优势免疫的细胞因子表达。体内以OVA攻击气道上皮细胞/II 型肺泡上皮细胞cGAS/STING特异性敲除小鼠，检测攻击后小鼠IL-25等因子表达，评估肺组织炎症、气道黏液及气道高反应性。本课题拟阐明气道上皮凋亡介导哮喘发病的机制，为筛选新的哮喘治疗靶点提供理论依据。

哮喘中常可见过敏原诱导的气道上皮凋亡，但这一现象在哮喘发病中发挥的作用尚不明确。近期有研究提示凋亡细胞的DNA可通过胞浆DNA识别信号通路的核心STING介导炎症性疾病的发生，而激活STING的关键分子是胞浆DNA感受器cGAS。我们研究发现卵白蛋白（OVA）依赖cGAS诱导气道上皮细胞IL-25的合成，因此提出cGAS-STING可能通过识别过敏原攻击所产生的凋亡气道上皮细胞DNA进而促进气道上皮细胞合成驱动Th2优势免疫的细胞因子以介导哮喘发病。为验证以上假设，本研究首先利用OVA和IL33干预人体气道上皮细胞，研究其对人体气道上皮细胞中dsDNA损伤及释放的影响，以模拟哮喘中气道上皮细胞的表型。结果显示，IL-33和OVA干预人体气道上皮细胞可稳定上调细胞因子GM-CSF的mRNA水平表达，并且能显著上调人体气道上皮细胞胞浆内的dsDNA的水平。这说明哮喘发生过程中，存在气道上皮细胞胞浆内的dsDNA的含量增加。随后，我们利用OVA和IL-33干预cGAS特异性敲除的人体气道上皮细胞，研究cGAS对人体气道上皮细胞炎症因子分泌的影响。结果表明在cGAS敲除后，GM-CSF的mRNA表达水平明显下降。这揭示了cGAS感受器在OVA和IL-33介导的上皮细胞炎症中具有重要作用。最后，我们利用cGASflox/flox小鼠，构建气道上皮（CC10-rtTA/（tet0）7-Cre-）cGAS特异性诱导敲除的小鼠品系，探究了cGAS在OVA和HDM诱导的哮喘模型中的作用。结果显示，OVA刺激后，cGASflox/flox小鼠与WT小鼠相比，气道BALF炎症细胞总数、嗜酸性粒细胞总数及百分比明显降低，肺组织细胞因子IL-4,IL-5,IL-13,IL-25,IL-33及cGAS,STING,MUC5AC,IRF-7的mRNA水平也明显较之更低，用ELISA检测肺组织细胞因子IL-4,IL-5,IL-13,IL-33和mRNA水平结果一致，小鼠的气道反应性和气道HE评分和PAS评分也显著降低。在HDM模型中，cGASflox/flox小鼠与WT小鼠相比肺组织各项细胞因子及cGAS,MUC5AC,INF-β的mRNA明显降低，同时我们提取了小鼠肺组织蛋白，用ELISA检测细胞因子IL-4,IL-25,IL-13,IL-33，结果与mRNA水平相一致。