OTUD1抑制气道上皮细胞炎症反应和上皮下肺成纤维细胞有氧糖酵解的正反馈环在哮喘气道重塑中的作用和机制研究

Airway epithelial inflammation and activation of sub-epithelial lung fibroblasts are involved in the development of asthmatic airway remodeling, which is an important reason for the difficulty of asthma treatment. Recently, it has been found that deubiquitylating enzymes（DUBs）, especially ovarian tumor proteases（OTUs）, play an important role in asthmatic airway inflammation. However, it is still not clear about its role in airway remodeling. In our previous studies, we found that the ovarian tumor domain-containing protease 1（OTUD1）expression significantly decreased in asthmatic cell and mouse model and TGF-β induced-activated lung fibroblast. Overexpression of OTUD1 could reverse the HDM-induced decrease of peroxisome proliferator-activated receptor γ (PPARγ)expression and increase of Th2 inflammatory cytokines in airway epithelial, as well as the decrease of pyruvate Dehydrogenase (PDH) expression induced by TGF-β1, and the increase of aerobic glycolysis and collagen synthesis in sub-epithelial lung fibroblasts. Therefore, it is speculated that OTUD1 can stabilize PPAR-γ and PDH to alleviate asthmatic airway remodeling by suppressing positive feedback loop between inflammation in airway epithelial cells and aerobic glycolysis in sub-epithelial lung fibroblasts. This study aims to explore the role of OTUD1 in regulating airway epithelial inflammation and aerobic glycolysis of sub-epithelial lung fibroblasts in asthmatic airway remodeling in vitro and vivo, so as to provide a new strategy for the prevention and treatment of airway remodeling.

气道重塑是哮喘难治的重要原因之一，气道上皮细胞炎症反应和上皮下肺成纤维细胞活化参与哮喘气道重塑的发生发展。新近研究发现去泛素化酶，尤其卵巢癌相关蛋白酶（OTUs）在哮喘气道上皮细胞炎症反应中有重要作用，但在气道重塑中的作用尚不清楚。我们前期研究发现，OTUD1在哮喘动物和细胞模型、活化的肺成纤维细胞中表达均下降，而过表达OTUD1可减轻哮喘气道上皮细胞过氧化物酶体增殖物激活受体γ（PPARγ）表达减少和Th2炎症因子产生，也可减轻活化的肺成纤维细胞丙酮酸脱氢酶（PDH）表达、减少有氧糖酵解和胶原合成。故推测OTUD1可通过稳定PPAR-γ和PDH，抑制气道上皮细胞炎症反应和上皮下肺成纤维细胞有氧糖酵解的正反馈环，减轻哮喘气道重塑。本课题将从体内外实验中探究OTUD1调控气道上皮细胞炎症反应和上皮下肺成纤维细胞有氧糖酵解在哮喘气道重塑中的作用，为气道重塑的防治提供新策略。

支气管哮喘是一种常见的慢性气道疾病，给社会带来了巨大的医疗、经济负担。哮喘的病因多样，并受多种因素的影响，其具体发病机制目前不完全清楚，临床用药疗效尚不理想。泛素-蛋白酶体系统参与蛋白质翻译后修饰，进而调控蛋白质的定位、代谢、功能、调节和降解等，去泛素化酶系统能逆向调控泛素化过程。研究发现去泛素化酶，尤其卵巢癌相关蛋白酶（OTUs）参与了哮喘气道上皮细胞炎症反应。本研究旨在探索卵巢肿瘤相关蛋白酶家族成员OTUD1调控气道上皮细胞炎症反应和上皮下肺成纤维细胞有氧糖酵解在哮喘气道重塑中的作用。结果表明OTUD1在HDM诱导的哮喘上皮细胞中表达升高，同时有氧糖酵解琥珀酸氧化的SDHA和SDHB表达均升高，且激活了下游NF-κb通路的p-P65、p-IkBα、Ikkα表达。因此说明，OTUD1可在哮喘中起到反馈性保护性作用。在研究泛素-蛋白酶体系统时，我们发现小泛素化在哮喘中也存在重要的作用。因此我们对小泛素化酶Cbx4调控哮喘气道炎症的分子机制进行了深入探究。研究表明，小泛素化E3连接酶Cbx4可以通过其SUMO E3连接酶活性调控HIF-1α参与Th9细胞分化促进哮喘气道炎症。此外，还发现小泛素化参与了HDM诱导的上皮屏障功能障碍，通过靶向Cbx4抑制β-连环蛋白小泛素化，可以减轻HDM诱导的哮喘上皮屏障功能障碍。在本基金的支持下，我们还开展了铜代谢与哮喘气道炎症的相关研究。流行病学调查显示，哮喘患者血清和痰液样本中铜浓度明显升高，提示在与痰液密切相关的气道上皮细胞内可能存在铜代谢紊乱。我们的研究分析发现，HDM通过上调气道上皮细胞内STEAP4表达从而增加铜摄入，下调ATP7A从而减少铜的排出，导致上皮细胞内铜离子水平升高；硫酸铜可促进加重哮喘气道炎症和粘液分泌，而铜螯合剂可逆转哮喘气道炎症和粘液分泌。本项目揭示了哮喘发病的多个潜在新机制，为哮喘新的治疗靶点提供了更多理论依据。