抑癌基因FBW7在TGF-β引起肺上皮衰老中的角色

TGF-β is a major family of cytokines important in epithelial aging, but the mechanism by which TGF-β induces cell aging remains unclear. In our early experiments, we found for the first time that knocking out the inhibitory Smad7 gene in the pulmonary type II alveolar epithelial cells induced lung epithelial aging, consistent with a significant role for TGF-β1 in aging. TGF-β1 treatment (or Smad7 KO) inhibited the tumor suppressor gene FBW7 expression, and silencing FBW7 caused cell replicative senescence. We aim to exploit the mouse models and cellular biochemical methods to characterize how FBW7 is negatively regulated by TGF-β signaling and how inhibition of FBW7 in turn mediates cell senescence in lung epithelium. We will elucidate the causal relationships among TGF-β, Smads proteins and FBW7 gene, the function and regulatory networks of FBW7 protein, and the deregulations that underpin lung epithelial aging for mechanisms of inquisition and intervention.

细胞因子TGF-β促进上皮组织衰老，但在衰老中产生的分子相互关系及关键下游基因尚有待阐明。我们在前期工作中首次发现，在小鼠肺上皮前体干细胞（肺上皮II型细胞）敲除TGF-β通路中抑制分子Smad7基因，引起肺上皮复制性衰老，肺泡融合成肺泡囊，并伴有FBW7抑癌基因表达降低；在细胞培养中，TGF-β1抑制FBW7基因表达，持续干扰FBW7基因表达引起细胞复制性衰老。本研究拟使用基因敲除小鼠模型与细胞生物学及生物化学相结合的方法，梳理FBW7基因被TGF-β信号调控的分子机制，解析FBW7蛋白在介导细胞衰老中的功能及其分子互作调控网络。从而阐明TGF-β信号分子与其下游FBW7基因在介导肺上皮衰老过程中的因果关系，揭示TGF-β/FBW7通路从有序调控到细胞衰老的无序转变中的关键节点并建立相关检测方法和干预手段。

特发性肺纤维化以肺上皮细胞衰老和间质纤维化为特征，导致进行性呼吸困难，最终致命的呼吸衰竭。特发性肺纤维化的中位生存期不到3年，临床上仍然无法治愈。虽然特发性肺纤维化的确切机制尚不清楚，但越来越多的证据表明，特发性肺纤维化可能是由于氧化应激导致的肺泡干细胞DNA损伤和保护机制受损所致。多种细胞和遗传因素，包括端粒稳态所需的因素，也与散发性肺纤维化有关。端粒酶亚单位基因突变与家族性特发性肺纤维化有关，并与肺泡上皮2型（AEC2）干细胞衰老和向肌成纤维细胞分化有关。通过与遗传因素的相互作用，包括DNA损伤抗生素博莱霉素（也可导致端粒缩短）、电离辐射（IR）和活性氧物种在内的环境应激因素都被证明会导致特发性肺纤维化。FBW7通过引导一些原癌蛋白降解来调节癌细胞增殖，但FBW7是人类癌症中最常见的突变基因之一。Fbw7失活导致胰腺、骨髓造血组织和睾丸生精组织中的组织干细胞扩张，其机制尚不清楚。通过荧光标记和显微成像技术，我们检测了癌症、小鼠肺上皮干/祖细胞和人肺正常上皮细胞中对应激反应的核蛋白激酶和泛素E3连接酶。这表明FBW7通过加速端粒蛋白TPP1的转换，触发端粒的解封和缩短进而介导细胞衰老。在小鼠AEC2干细胞中，Fbw7基因敲除（KO）可以以TPP1稳定性依赖的方式阻止博莱霉素或IR诱导的端粒解封、肺衰老和纤维化。我们还发现了一种短肽，能够特异性地抑制FBW7与TPP1的结合，从而减少端粒的解封。我们已经展示了氧化应激如何触发端粒封顶蛋白TPP1降解，导致端粒蛋白帽丢失，端粒DNA暴露，从而导致端粒DNA断裂和缩短，细胞衰老和转分化，最终肺纤维化。我们发现这种短肽(称为TELODIN或拟小肽端粒功能障碍抑制剂), 是通过筛选与FBW7不同区域互补的合成肽发现的。这种短肽TELODIN被证明可以防止TPP1降解、端粒缩短、肺泡干细胞衰老和肺纤维化。综上所述，这些研究结果阐明了应激性肺上皮干细胞衰老和纤维化的关键机制，为衰老相关疾病的干预铺平了道路。我们证明一个8个氨基酸的短肽（TELODIN）可以阻止TPP1的降解和端粒的解封，这可导致端粒延长和肺干细胞动员，从而增强小鼠的正常呼吸功能，抵抗应激引起的衰老和纤维化。