靶向嗜酸性粒细胞Ferroptosis保护支气管哮喘气道炎症的作用及机制研究

Asthma is a common chronic airway disease. Accumulating evidence has demonstrated a strong association between airway eosinophilic inflammations and the development of lung pathology in asthma. We have reported that induction of eosinophil apoptosis attenuates asthmatic airway inflammation (JACI, 2017). We recently observed that eosinophils can go ferroptosis, a newly identified cell death pattern which is related to iron and the cellular redox condition. Interestingly, our preliminary data have also revealed that artesunate could induce eosinophil ferroptosis, and that the administration of small dose of artesunate significantly reduced eosinophilic airway inflammation in asthmatic mice. Thus, we hypothesize that targeting eosinophil ferroptosis will ameliorate asthmatic airway inflammation. The current project will use iron chelator DFO, ferroptosis inhibitor Ferrostatin-1, artesunate, or ferroptosis inducer erastin in asthma animal model, or in cultured eosinophils and isolate from human or mice, to investigate the functions and mechanism of ferroptosis in eosinophilic asthma. Additionally, (eo-Cre)-Gpx4 mice will be established to identify the effect of specific induction of eosinophil ferroptosis in controlling asthmatic airway inflammation. This project will identify targeting eosinophil ferroptosis for treatment of asthmatic airway inflammation, thereby providing new strategies or new drug development targets for asthma control.

支气管哮喘是常见的气道慢性炎症性疾病。研究显示哮喘疾病严重程度跟嗜酸性粒细胞（Eos）浸润密切相关。我们团队最近报导靶向诱导Eos凋亡可以减轻哮喘气道炎症（JACI 2017）。我们新近研究发现Eos可特异性发生Ferroptosis（一种铁离子相关的新型细胞死亡模式）。非常有意思的是我们还发现青蒿琥酯也能诱导Eos发生Ferroptosis从而缓解哮喘气道炎症。据此我们假设，靶向Eos的Ferroptosis可以保护哮喘气道炎症。本项目将利用铁螯合剂、Ferroptosis小分子抑制剂、青蒿琥酯或Ferroptosis诱导剂Erastin，通过哮喘动物模型或体外刺激小鼠和哮喘患者外周血Eos等方法，并通过构建嗜酸性粒细胞Gpx4可诱导敲除小鼠的哮喘模型，以阐明特异性诱导嗜酸性粒细胞Ferroptosis对哮喘气道炎症的保护作用和分子机制，为开发新型哮喘临床防治药物提供新靶点和实验依据。

背景：支气管哮喘（asthma，简称哮喘）是一种由多种细胞和细胞组分参与的慢性气道炎症性疾病，是全球最常见的慢性气道疾病之一。嗜酸性粒细胞（eosinophil，Eos）是哮喘气道炎症中的一类特异性免疫细胞，也被认为是引起哮喘炎症最为关键的效应细胞之一。因此，靶向诱导Eos死亡将有利于哮喘炎症的控制。.目的：研究铁死亡诱导剂是否能通过靶向诱导Eos铁死亡缓解哮喘气道炎症，并明确其与糖皮质激素是否存在协同调控作用。.结果：本研究发现铁死亡诱导剂体外干预能显著诱导人和小鼠Eos死亡，且呈浓度及时间依赖性。通过进一步探讨具体的细胞死亡形式，我们发现铁死亡诱导剂通过非经典途径诱导Eos发生铁死亡：一方面，从细胞形态学角度分析，铁死亡诱导剂干预Eos后细胞出现的形态改变基本符合铁死亡典型的形态学特征，并且是一种铁依赖的细胞死亡过程；但另一方面，有别于经典铁死亡通路的是，铁死亡诱导剂干预后细胞内脂质ROS的累积并不是导致Eos死亡的致死原因，通过进一步深入分析发现细胞质ROS才是促发Eos死亡的关键因素。我们通过构建哮喘小鼠动物模型，发现铁死亡诱导剂体内应用能通过诱导Eos铁死亡有效缓解哮喘嗜酸性粒细胞性气道炎症。更为重要的是，研究结果还显示铁死亡诱导剂与DXMS联合应用体外能协同诱导Eos死亡，体内能协同抑制哮喘气道炎症，大大减少激素用量。.结论：铁死亡诱导剂能通过介导Eos发生非经典铁死亡有效缓解哮喘气道炎症，这为哮喘治疗药物的研发提供了新靶点和新思路；此外，铁死亡诱导剂与激素的协同治疗作用更是为临床激素耐受或者激素抵抗的难治性哮喘患者提供了新的治疗策略。