聚焦肺泡微环境研究甘桔汤调控RSV感染脂质代谢紊乱的作用机制

More studies have shown that pulmonary surfactants played an important role in maintaining lung homeostasis. Although the lipids are the predominant composition of pulmonary surfactants, previous reports on surfactant lipids are less than proteins due to their complexity. In recent years, benefited from the rapid development of lipidomics, the role of lipids in the alveolar microenvironment has extensively drawn scientists’ attention. On the basis of National Natural Science Foundation of China for young scholars, the applicant, inspired by ancient Chinese medicine books, found that “Gān jié Decoction (Shēng gān căo, jié gĕng)” had good anti-respiratory syncytial virus (RSV) effect. The decoction can regulate the expression level of pulmonary surfactant lipids such as phosphocholine(PC), but the specific mechanism still needs further study. In this project, we will focus on the key metabolic enzymes and transporter-protein molecules to analyze the molecular mechanism of “Gān jié Decoction” regulating pulmonary surfactant lipids metabolism with the animal model of BALB/c mice and the alveolar type II epithelial cells infected with RSV, using the techniques of lipidomics combination with molecular biology. Then, we will further to observe the relationship between “Gān jié Decoction” in regulation of lipid metabolism disorders and its function in maintenance of the alveolar microenvironment (immune, inflammatory) homeostasis, and finally elucidate the anti-RSV mechanism of “Gān jié Decoction”. Furthermore, the implementation of this project will provide new ideas and methods of anti-RSV in traditional Chinese medicine.

研究表明肺表面活性物质对维持肺稳态具有重要意义，但既往报道主要集中于表面活性蛋白，含量占绝对优势的脂质因其复杂性而研究较少。近年来，得益于脂质组学的迅速发展，脂质在肺泡微环境中的作用重新引起了科学家的重视。申请者在NSFC青年基金研究基础上，受启于中医古籍，发现经典名方“甘桔汤”具有抗RSV作用，且可调控肺组织中PC等脂质的表达，但具体机制有待进一步研究。本项目以RSV感染BALB/c小鼠和肺泡Ⅱ型上皮细胞为模型，采用脂质组学结合分子生物学技术，以代谢酶和转运蛋白为切入点，从体内到体外多方面阐述甘桔汤调控RSV感染肺泡脂质代谢紊乱的分子机制；在此基础上，研究甘桔汤调控脂质代谢与维持肺泡微环境（免疫、炎症）稳态之间的关系，探讨代谢酶、转运蛋白—表面活性脂质—肺泡微环境之间的内在联系，以期从肺泡脂质代谢的角度揭示甘桔汤抗RSV作用机制。项目的实施可为中药抗呼吸道病毒机制研究提供新思路和新方法。

呼吸道合胞病毒（RSV）是几乎所有5岁以下儿童都会感染的一种RNA病毒，可进展为重症肺炎或哮喘，严重影响儿童的生命健康。令人遗憾的是，目前尚无有效疫苗和药物。受启于中医儿科鼻祖——宋代钱乙的《小儿药证直诀》：“甘桔汤主治小儿肺热”，项目通过研究发现甘桔汤治疗RSV肺炎药效明确，并开展了不同比例配伍的桔梗、甘草治疗RSV肺炎的药理药效学研究，确定最佳配伍比例（桔梗:甘草=2:1，即甘桔汤）。在此基础上，开展了基于肺表面活性脂质组学的甘桔汤治疗RSV肺炎作用机制研究。项目首先建立了血清、肺组织和肺泡灌洗液等生物样本中肺表面活性脂质的精准表征方法，完善了肺泡脂质微环境监测系统；监测了RSV感染、甘桔汤干预前后脂质在肺泡内的变化过程以及来源，筛选差异表达的肺脂质如溶血磷脂乙醇胺（LysoPE）、鞘脂（Cer、SM）等，并挖掘了其生物意义。研究了RSV感染对LysoPE16:0相关转运蛋白ABCA1和相关代谢酶LPCAT4、LPEAT1和LPEAT2表达和功能，以及甘桔汤调控的作用；研究了RSV感染对肺表面活性蛋白SP-A、SP-D的影响以及甘桔汤的调控作用。转录组学及相关验证实验结果表明甘桔汤可通过调控IFN通路和TLR3-NLRP3通路治疗RSV肺炎；筛选的关键差异肺脂质LysoPE16:0可通过NLRP3通路和IFN通路改善RSV肺部炎症（首次发现）。研究还表明RSV感染可通过刺激TNF炎症通路，同时激活鞘磷脂酶SMase，促进SM向Cer的转化，使得机体内Cer含量增多产生脂毒性进一步促进炎症，并通过IRF3、BAX、Caspase-3和Caspase-8等蛋白作用促进细胞的凋亡，而给予甘桔汤后可有效改善此作用；此外项目还首次发现RSV感染可促进机体的脂质过氧化产物MDA水平积累，并导致铁死亡；而甘桔汤可以降低脂质过氧化水平，减少GPX4的表达，改善组织细胞铁死亡状态，但具体机制还有待后续深入研究。项目从维持脂质代谢平衡的角度揭示了甘桔汤治疗RSV肺炎的作用机制，创建了基于肺表面活性物质（脂质）的中医药防治病毒性肺炎等诸多呼吸系统疾病研究的新思路和新方法。