线粒体损伤、钙敏感受体激活与慢性气道炎症的分子机制

Chronic airway inflammation is accompanied with the damage of mitochondrial ultrastructure and function in airway epithelial cells, but the underlying mechanisms remains unclear. Recent studies provided a clue that CaSR may be an important molecule mediating cells inflammation. In this proposal, we will explore whether mitochondria damage-induced oxidant stress sensitize CaSR and mediate the pathogenesis of chronic airway inflammation. Therefore, the applicant established an novel strategy of transplantation exogenous mitochondria into airway epithelium in vitro and in vivo. We hypothesize that cigarette smoke-induce reactive oxygen species (ROS) generation can be inhibited by transplantation of exogenous mitochondria, then CaSR can not be sensitized, NF-kB and NLRP3 can not be activated, gene expression of inflammatory cytokines will be down-regulated, which can alleviate cigarette smoking-induce chronic inflammation. This project will be expected to provide new mechanisms for the pathogenesis of chronic airway inflammation, and provide new clues for the prevention and treatment of this disease.

慢性气道炎症往往伴有气道上皮细胞线粒体结构和功能的破坏，但线粒体损伤参与慢性气道炎症的分子机制一直不明。新近研究提供的线索表明，钙敏感受体(CaSR)可能是介导细胞炎症反应的重要分子。线粒体损伤是否可能通过氧化应激活化CaSR参与慢性气道炎症的发生发展是本项目拟探讨的重要内容。为此，申请人建立了外源性线粒体移植的全新策略，在细胞和整体动物水平探讨外源性线粒体通过抑制氧化应激，使CaSR不被活化，进而抑制转录因子NF-kB激活、炎性小体NLRP3活化，下调炎症介质基因表达增强，从而减轻或逆转慢性气道炎症的发生发展。本项目的实施有望为慢性气道炎症的发病提供新理论，并为该疾病防治提供新思路。

慢性气道炎症性疾病可造成呼吸功能的进行性恶化，严重影响人类健康，目前仍缺乏积极有效的治疗办法。吸烟是促进慢性气道炎症疾病发生的最为重要的原因，可以通过炎性细胞游走浸润、细胞因子释放及氧化应激产生过多等多种途径造成气道上皮的损伤。本项目旨在探讨线粒体损伤介导慢性气道炎症的作用机制，并运用外源性线粒体移植技术，观察移植外源性正常线粒体是否逆转/缓解吸烟引起的慢性气道炎症。. 本项目研究首先观察到线粒体移植可显著降低吸烟大鼠的气道高反应性、肺泡强的扩大融合、肺泡灌洗液白细胞增加、炎症介质LTB4和IL-8释放。外源性线粒体移植后，可在宿主细胞内保持固有的生物学功能，并显著恢复了吸烟所致黏液-纤毛清除系统的功能，减轻了气道炎性细胞的浸润和炎症介质的释放，有效预防了吸烟导致的肺泡破坏。为进一步探讨外源性线粒体减轻气道炎症的具体生物学机制，本研究采用APEX示踪技术证实外源性线粒体经滴鼻可以进入气道上皮细胞。体外研究发现，外源性线粒体通过减少活性氧（H2O2）产生，抑制了胆碱能神经的亢进，从而提高了纤毛摆动频率，恢复了粘液-纤毛系统的功能。. 以上结果表明，外源性正常线粒体移植通过缓解吸烟所致的气道上皮线粒体破坏，减轻活性氧的生成，从而抑制气道胆碱能受体的活性和气道高反应性。这一研究结果有望对慢性气道炎症性疾病提供全新的治疗策略。