成纤维细胞因子-10在小鼠铜绿假单胞菌肺炎调控中性粒细胞的作用及分子机制

Pseudomonas aeruginosa is a major threat for immune-compromised patients. Bacterial pneumonia can induce uncontrolled and massive neutrophil recruitment ultimately leading to acute respiratory distress syndrome and epithelium damage. Fibroblast growth factor-10 (FGF-10) is protective in acute lung injury. In our previous study, we found that concurren administration of KGF-2 exhibited protective effects on lung injury in mild to moderate pneumonia through increased bacterial clearance , alveolar macrophage recruitment and reduced neutrophils infiltration and inflammatorycytokines. The aim of this study is to investigate the effects of FGF-10 on the recruitment, activation of neutrophils through animal infection models and molecular cell levels, and to elucidate the mechanism of FGF-10/FGFR2/PI3K/Akt signaling pathway on the recruitment and activation of neutrophils, so as to provide theoretical support for the development of novel non-antibiotic treatment strategies for Pseudomonas aeruginosa pneumonia.

铜绿假单胞菌是免疫受损患者的主要致病菌。细菌性肺炎可导致失控的大量中性粒细胞募集活化，最终导致急性呼吸窘迫综合征和上皮损伤。成纤维细胞因子-10（fibroblast growth factor-10, FGF-10）在预防肺损伤中起重要作用。我们前期通过研究FGF-10同时治疗小鼠铜绿假单胞菌肺炎，发现FGF-10增加肺内巨噬细胞数量、铜绿假单胞菌从肺内清除，此外减少募集的中性粒细胞数量及炎症因子表达，最终减轻肺炎肺损伤。提示FGF-10通过调控宿主免疫反应在肺炎肺损伤中发挥重要作用。本研究拟通过动物感染模型、分子细胞水平等不同层次，探讨FGF-10对中性粒细胞肺内募集、活化及肺损伤的作用，进而阐明FGF-10/FGFR2/PI3K/Akt信号通路对中性粒细胞募集的机制，最终为铜绿假单胞菌肺炎非抗生素治疗策略研发提供理论支持。

急性肺损伤/急性呼吸窘迫综合征（ALI/ARDS）病死率高达30-40%，但是目前仍然缺乏有效的治疗药物。成纤维细胞因子10（Fibroblast Growth Factor 10, FGF10）是经典的成纤维细胞因子，我们假设FGF10对急性肺损伤有治疗作用。在小鼠体内研究发现，FGF10治疗可以改善LPS诱导的ARDS小鼠的生存曲线，减轻肺部炎症病理损伤，减少肺泡灌洗液和血浆中的炎症因子IL-1β、IL-6和TNFα的表达量，减少中性粒细胞的募集，但对中性粒细胞胞外诱捕网的作用无显著差异。巨噬细胞被认为是ALI/ARDS的始发因素，本研究发现ALI/ARDS病程中存在M1/M2型巨噬细胞比例失衡，在ALI/ARDS的发生发展过程中起到重要作用，因此我们推测FGF10通过促进巨噬细胞向M2表型转化减轻肺损伤。我们通过FGF10治疗LPS诱导的ALI/ARDS模型，探究FGF10对肺泡腔内巨噬细胞极化的作用。研究发现FGF10治疗促进BALF中巨噬细胞由M1型向M2型分化，进一步探究发现FGF10主要促进肺泡中单核来源巨噬细胞向M2型转化，对肺泡定植巨噬细胞亚群无明显影响。为了明确FGF10作用机制，我们使用流式细胞术分选F4/80+Ly6G-标记的巨噬细胞，运用RNA-seq测序技术检测分析LPS+FGF10处理组和LPS+PBS对照组细胞的差异基因表达。之后我们对上调的102个基因进行聚类分析、GO分析和KEGG分析发现，Arg1基因表达上调差异明显。我们推测，FGF10主要依赖STAT3信号通路诱导巨噬细胞ARG1基因表达，通过增加单核巨噬细胞向M2极化促进急性肺损伤的修复。体外实验中，Transwell法进行鼠上皮细胞系MLE和巨噬细胞系RAW264.7共培养的结果表明，FGF10可以减轻LPS刺激巨噬细胞产生的炎症反应。Transwell法共培养MLE和小鼠原代骨髓来源巨噬细胞（BMDM）的结果表明，FGF10可以显著减轻LPS刺激巨噬细胞产生的炎症因子mRNA的表达，并下调M1型标志物iNOS和上调M2型标志物Arg1的mRNA表达。综上，本课题揭示了FGF10在治疗ARDS/ALI中所起的关键作用及其调控巨噬细胞向M2型极化的机制，为将来FGF10药物的临床应用提供了理论支持。