cAMP-Epac信号途径调控哮喘气道炎症和气道平滑肌SOC通道的作用

蛋白激酶A（PKA）和cAMP直接激活的交换蛋白（Epac）是β2受体-cAMP的两个下游信号分子。我们研究发现，β2受体激动剂经PKA途径抑制气道平滑肌的钙库操纵性钙通道(SOC)，调控气道高反应性（AHR）。Epac与经典的PKA途径的生物学效应存在差异，初步研究发现可以促进气道炎症介质的释放，影响参与SOC通道活化的机制，但其在哮喘发病和β2受体激动剂治疗中的作用尚未阐明。为此，本项目将首先在整体水平利用哮喘动物模型观察Epac激活或抑制对气道炎症和气道反应性的影响，从离体器官水平观察Epac激活或抑制对支气管环张力的影响，进一步从细胞水平利用膜片钳和钙荧光测定技术，观察Epac是否具有调控气道平滑肌SOC通道活性的作用。该研究将阐明Epac在哮喘发病中的作用和可能的机制，明确cAMP-PKA途径和cAMP-Epac途径的效应差异，探讨β2受体激动剂的治疗效应或副作用发生的可能机制。

气道平滑肌的功能异常是慢性哮喘患者气道重塑和不可逆性气流受限的重要原因。钙库操纵的钙内流(SOCE)是气道平滑肌细胞（ASMC）胞浆钙信号调控的重要机制，我们研究显示，SOCE参与参与了ASMC的增殖过程，将SOC通道相关基因STIM1和Orai1敲低，ASMC的增殖受到抑制，而在增殖期ASMC其STIM1的表达上调；ASMC的SOC受到蛋白激酶C 和转化生长因子-1的调控。持续的经SOCE的钙内流会造成钙超载，因此胞浆内多余钙将由肌浆膜钙泵（PMCA）清除，维持钙稳态，我们发现PMCA4在增殖期ASMC的表达下调，而抑制PMCA活性可以引起胞浆钙浓度的持续上升和钙振荡的抑制，也可以促进ASMC的增殖。cAMP是2受体激动剂的下游信号分子，过去认为cAMP主要通过PKA发挥效益，但近年来发现了cAMP的另一信号途径EPAC。我们发现，大鼠支气管平滑肌细胞表达EPAC1和EPAC2；在哮喘小鼠模型的进一步研究发现，EPAC特异性激动剂ESCA促进气道炎症的形成，而EPAC抑制剂BFA减轻气道炎症；同时ESCA作用后哮喘小鼠气道阻力增加，而BFA作用后哮喘小鼠气道阻力减轻，提示EPAC是哮喘气道炎症和高反应性的重要调节分子。利用钙荧光检测技术，我们发现，ESCA作用后，ASMC的SOC通道处于持续开放状态，提示ESCA也参与了气道平滑肌的钙信号调控。.上述结果提示，钙内流途径SOC通道和钙外排途径PMCA均是气道平滑肌细胞钙稳态的调控机制，在气道平滑肌和哮喘的气道炎症中具有重要作用；ESCA作为2受体激动剂的下游信号途径，其对气道炎症和气道高反应性的促进作用，可以部分解释2激动剂单独长期使用时的脱敏或反跳现象。