BDNF/PI3K/Akt信号通路调控鼻上皮干细胞参与慢性鼻-鼻窦炎发病机制的研究

The abnormal structure and function of human nasal mucosa may lead to Chronic rhinosinusitis (CRS). In our recent study, human nasal epithelial stem/progenitor cells (hNESPCs) were closely associated with the remodeling of nasal epithelium. Recent study reported that the expression of Brain Derived Neurotrophic Factor (BDNF) in the airway epithelium was correlated with function and disease of the airway. PI3K/Akt was one of the main signaling pathways of BDNF. In our study, BDNF/PI3K/Akt pathway was involved in the phenotype of nasal stem cells in nasal tissue sample. However, the modulation of BDNF/PI3K/Akt signaling pathway on hNESPCs in CRS patients is still unclearly. Therefore, in this study, we investigate the activation of BDNF/PI3K/Akt pathway from different types of CRS samples. In the vitro research, the hNESPCs phenotype is reported through regulating the activation of BDNF/PI3K/Akt pathway. In the animal model research, we investigate whether the local inflammatory response and inflammatory cells infiltration are affected by the hNESPCs activated by BDNF/PI3K/Akt pathway. The aim of this study is to determine the regulation of BDNF/PI3K/Akt pathway on hNESPCs in pathogenesis of CRS and provide the theory basis for the new treatment.

人类鼻腔黏膜上皮结构及功能异常可导致慢性鼻-鼻窦炎（CRS）的发生，我们前期研究发现鼻腔上皮干细胞（hNESPCs）与鼻腔上皮的异常重塑密切相关。研究表明脑源性神经营养因子（BDNF）在气道上皮细胞中的表达与气道功能及疾病发生相关，PI3K/Akt是其发挥作用主要信号通路。我们的前期研究亦证实在鼻腔组织样本中，BDNF/PI3K/Akt通路与鼻上皮干细胞的表型有相关性。但在CRS中该通路对hNESPCs调节的作用尚不明确。因此，我们拟检测不同类型CRS临床样本以明确该通路的活化情况；在体外实验中通过调控信号通路的活化状态，观察其对hNESPCs表型的影响及它们之间的相关性；构建动物模型进一步验证经BDNF/PI3K/Akt调控的hNESPCs细胞对黏膜局部炎症反应的影响。本研究将明确BDNF/PI3K/Akt信号通路调控鼻上皮干细胞参与CRS发病的机制，为寻求新治疗方法提供理论依据

BDNF对鼻上皮基底层细胞的功能的影响及作用机制尚不明确。本研究检测了BDNF在鼻息肉及正常对照中的表达水平，通过多种检测手段对BDNF的表达部位以及表进行了详细研究。通过RT-PCR以及Western Blotting等检测手段对BDNF的受体TrkB及其下游信号通路相关分子如PI3K， 磷酸化的AKT，以及AKT下游分子如P21, Caspase-9，BCL-2，BAX，还有细胞周期相关蛋白CyclinA， CyclinE，KI67，CDKs的表达水平进行检测。气-液上皮细胞培养模型(ALI model)将鼻上皮干细胞细胞培养分化为纤毛细胞，杯状细胞以及基底细胞并检测不同细胞中BDNF的表达水平。将BDNF过表达质粒导入到鼻上皮细胞系（HNECs）中，并用LPS刺激BDNF过表达细胞和正常细胞，检测不同实验条件下细胞的增殖活性和抗凋亡能力。研究发现，在鼻息肉上皮组织中，BDNF与P63的共染率最高，在ALI模型中 BDNF同样与P63共染最多，说明BDNF主要表达于上皮细胞的基底层。 在鼻息肉组织中，BDNF受体TrkB及其下游Pi3K/AKT表达水平上调。P21的表达下调，细胞周期相关蛋白CyclinA2，CyclinE1，周期蛋白依赖性激酶CDKs的表达上调。细胞增殖活性特异性标记物KI67的表达同样上调。而与凋亡相关的细胞因子如Caspase-3，Caspase-9，BAX的表达量在鼻息肉中表达下调。这些信号分子可直接作为p-AKT的下游信号分子直接被激活或抑制从而达到对细胞的调控作用。为了进一步验证BDNF对鼻上皮的影响，将BDNF过表达质粒转染鼻上皮细胞系，用LPS刺激正常对照细胞及BDNF转染细胞。检测BDNF的蛋白及mRNA表达水平和下游信号通路相关蛋白及mRNA水平。发现BDNF过表达质粒转染以后HNECs的BDNF表达水平明显上调。p-AKT的表达上调，同样上调的还有KI67以及细胞周期相关蛋白。LPS组HNECs的细胞增殖能力下降，P21及凋亡相关蛋白的表达上调，BDNF Vector+LPS组的P21和凋亡相关蛋白的表达水平较单纯LPS刺激组下调。总的来说，BDNF在临床工作中可以作为未来治疗鼻息肉的一个靶点，通过降低BDNF在鼻息肉中的表达来促进鼻息肉上皮细胞的凋亡，抑制鼻息肉的发展。