β-羟丁酸调控NMNAT3表达参与肺纤维化肌成纤维细胞糖代谢重编程的机制研究

Idiopathic pulmonary fibrosis (IPF) is the most common pulmonary interstitial disease, and the pathogenesis remains unclear. Abnormal activation and proliferation of myofibroblasts is the key of IPF progression, and glucose metabolism reprogramming may be responsible for its activation and proliferation. β-hydroxybutyrate (β-OHB), as an energy-supplement in the body of glucose deficiency, might be involved in the regulation of glucose metabolism. We also found that the increase of β-OHB level increases the utilization of glucose oxidation in fibroblasts, so we hypothesize that β-OHB may be involved in reprogramming of glucose metabolism in pulmonary fibrosis. This study intends to study whether β-OHB participates in reprogramming of myofibroblast glucose metabolism by energy substrate metabolism map, metabolomics and other technical methods. Secondly, to explore whether β-OHB level changes affect expression of NMNAT3, the sole key enzyme of mitochondrial NAD+ synthesis, and reprogram glucose metabolism through NAD+-PDK1-PDH axis, and finally lead to activation of myofibroblasts and aggravation of pulmonary fibrosis. This study might provide new theoretical basis for revealing the pathogenesis of pulmonary fibrosis.

特发性肺纤维化（IPF）是最常见的肺间质疾病，发病机制尚不明确，缺乏有效治疗手段。肌成纤维细胞异常激活和增殖是IPF进展的关键，糖代谢重编程可能是其活化和增殖的原因。β-羟丁酸（β-OHB）作为机体葡萄糖不足时的供能物质，可能参与糖代谢的调节，我们前期也研究发现β-OHB水平升高后成纤维细胞葡萄糖氧化利用增加，因此我们推测β-OHB可能参与肺纤维化中糖代谢重编程。本课题拟从动物和细胞水平，结合能量底物代谢图谱、代谢组学等技术方法，研究低水平β-OHB是否参与肌成纤维细胞糖代谢重编程；其次，探讨β-OHB水平改变是否影响线粒体NAD+合成关键酶NMNAT3表达，经NAD+-PDK1-PDH轴加重糖代谢重编程，促进肌成纤维细胞活化，加重肺纤维化。本研究为揭示肺纤维化的发病机制提供新的理论依据，为提早诊断和针对性治疗提供新的靶点。

特发性肺纤维化（IPF）是最常见的肺间质疾病，发病机制尚不明确，缺乏有效治疗手段。项目组从整体动物和细胞水平出发，通过肺组织、血液样本、细胞及培养基上清液样本等进行代谢组学、蛋白组学、蛋白修饰组学检测，并利用体内动物实验、体外细胞实验深入阐释了代谢微环境调控不同细胞过程参与肺纤维化发生发展的机制；并基于研究结果采取代谢产物干预策略评估了β-羟丁酸（β-hydroxybutyrate，β-OHB）在肺纤维化中的治疗效果，为临床转化提供依据。主要研究结果如下：1）β-OHB代谢利用增强引起β-OHB 信号分子水平降低是诱导成纤维细胞活化增殖，形成纤维化的直接诱因；成纤维细胞中β-OHB水平降低引起葡萄糖代谢重编程，参与肺纤维化的发生发展；β-OHB水平降低引起NAD+合成关键酶  NMNAT3  表达下调，抑制 NAD+- PDK1-PDH 通路，是成纤维细胞葡萄糖代谢重编程的可能机制。2）此外，β-OHB还可能通过参与肺泡上皮细胞铁死亡影响肺纤维化的发展。肺纤维化后成纤维细胞利用β羟丁酸（β-OHB）代谢利用增强导致肺泡上皮细胞处于低β-OHB水平，低水平β-OHB通过降低II型肺泡上皮细胞组蛋白Kbhb修饰，下调GSH生成限速酶GCLC转录，抑制GSH-GPX4介导的铁死亡。本研究为揭示肺纤维化的发病机制提供新的理论依据，为提早诊断和针对性治疗提供新的靶点。