溶血磷脂酰胆碱增敏TLR9受体在苯并芘诱导肺II型上皮细胞炎症损伤中的作用

Haze raised lung inflammation occurrence. Benzo-(α)-pyrene (BaP), the most poisonous polycyclic aromatic hydrocarbon in haze, induces inflammatory damage of lung alveolar type II cells. This project aims to clarify the mechanism of BaP-inducing lung inflammation via metabolomics and molecular biology study. We raised the hypothesis: CpG containing DNA in pathogenic microorganism activates the immune response of TLR9. In the meanwhile, BaP disturbs lipid metabolism, leading to an increase of phlogogenic lyso-phosphatidylcholine (LPC) level and mitochondrial dysfunction. Mitochondrial DNA (mtDNA) released into cytoplasm amplify the immune signaling responses of TLR9 acting as a ligand, magnifying the phlogogenic effect of pathogenic microbes. This project comes from the clinical practical problems, explores deep into the specific mechanism of BaP-inducing lung inflammation and confirms the key role of amplification of TLR9 inflammatory signaling by LPC, presenting significance in elucidating the reason of haze sensitizing lung inflammation.

雾霾导致肺部炎症易感性增加，其中毒性多环芳烃物质苯并芘（BaP）可诱导肺II型上皮细胞发生炎症损伤。本项目旨在通过代谢组学、分子机制及模型动物研究，揭示BaP诱导肺部炎症损伤的分子机理。对此，我们提出假说：雾霾中致病微生物DNA激活TLR9免疫活性；同时BaP引起肺II型上皮细胞脂质代谢紊乱，致炎性溶血磷脂酰胆碱（LPC）水平增加，导致线粒体损伤，释放入胞浆的线粒体DNA作为TLR9配体，进一步放大TLR9的免疫活性，从而增加致病微生物DNA诱发肺部炎症的易感性。本项目结合目前临床实际问题，从代谢和分子角度深入探讨BaP诱导肺部炎症损伤的具体机制，确证LPC增敏TLR9受体在BaP诱导肺部炎症损伤中的关键作用，对于解释雾霾增加肺部炎症易感性具有重要意义。

中国高速的工业化和城市进程带来了一系列相关的空气污染问题，近年来北部和东部等地区频发区域性霾污染事件。许多研究表明，空气污染与呼吸系统疾病、肺癌、心脑血管等疾病的发病率升高存在显著关联。如何通过干预减少重污染地区居民的空气污染暴露风险是重要的公共卫生问题。本课题着重研究在高污染北京地区，空气中细颗粒物（PM 2.5）及其组分对大鼠肺功能以及肺泡 II 型上皮细胞和全身炎症及氧化应激的影响；通过代谢组学研究 PM 2.5 及其组分引发的肺部炎症的相关分子病理生理机制。.本项目采集了北京地区PM2.5并对大鼠进行气管内滴注，用肺功能评价和H.E染色观察其急性肺损伤，发现累积滴注PM 2.5会损伤大鼠肺组织形态，损伤其的顺应性和弹性等功能，并且会诱导肺部慢性炎症。运用脂质组学检测方法，我们发现在PM2.5滴注后，大鼠脂质代谢谱发生明显迁移，支气管肺泡灌洗液（BALF）中磷脂和鞘脂代谢产物增加。有机成分分析表明，苯并[a]芘（BaP）是PM2.5中含量最丰富、毒性最强的成分之一。我们进一步采用人肺泡 II 型上皮细胞系 A549 给予 BaP（4 µM/L）处理，观察BaP诱导人肺泡 II 型上皮细胞炎症，探索其基于代谢组学的分子代谢机制。结果表明，BaP会诱导 A549细胞促炎细胞因子的分泌和炎症的发生，表现为细胞因子IL-6和IL-8的分泌以及NOS2表达增多；代谢组学分析表明，BaP处理改变了细胞脂质代谢谱，增加了磷脂代谢产物（LPC），减少了鞘脂代谢产物和游离脂肪酸（FFA）含量，同时ω-3多不饱和脂肪酸（PUFA）的比例也降低。机制研究表明，BaP能够增加磷脂酶A2（PLA2）的活性，诱导Pla2g2a mRNA水平升高，且其促炎作用可被胞浆PLA2（cPLA2）抑制剂和胞内Ca2+螯合剂逆转。本研究阐明BaP作为PM2.5重要毒性成分通过激活PLA2和升高溶血磷脂酰胆碱（LPC）以Ca2+依赖的方式诱导肺损伤的机制，揭示PM 2.5暴露引起肺 LPC释放和 FFA 成分改变可作为空气污染物诱导早期肺损伤的生物标志物，并作为防治空气污染引起肺部炎症效果的新指标。