支气管哮喘中细胞自噬对气道干细胞的调控机制

Bronchial asthma is a refractory pulmonary disease that bothers millions of people worldwide. Damage to the airway epithelium not only elicits inflammation in the airway, but also persists the inflammation to the chronic state. To restore airway epithelium is, therefore, critial to address the obstacle in treating asthma with anti-inflammation drugs. Airway stem cells, by proliferating and then switching to differentiation, are responsible to repair the airway epithelium. However, it remains unknown if the persistence of airway epithelial damage in asthma is due to a failure of switching from the proliferation to the differentiation in airway stem cells. In this study, we will use molecular biological and cell biological technologies, coupled with a mouse lung injury mode, to investigate the regulation of proliferation, differentiation and self-renewal capacity of airway stem cells by autophgy, an intracellular process that has been demonstrated to be involved in functional switch in stem cells. We will then examine if the autophagic activity in airway stem cells is altered by nitric oxide (NO), commonly observed in exhaled gas from patients with asthma. By inducing asthmatic response in a conditional knockout model with ovalbumin, we will evaluate effects of the autophagic dysfunction in airway stem cells on the regeneration of airway epithelium and on the development of airway inflammation in asthma. These experiments will reveal the relationship between NO, autophagy in airway stem cells, airway stem cell functions, airway epithelial damage and airway inflammation in asthma. This study will provide valuable insights to treat patients with asthma efficiently by developing treatments that enhance the repairing capacity of airway epithelium.

支气管哮喘（简称哮喘）是严重危害人类健康的重大疾病。气道上皮损伤是哮喘气道炎症反应的初始源头，也是炎症持续存在的关键因素，因此恢复气道上皮的完整有助于解决目前抗炎等无法根治哮喘的难题。气道干细胞通过增殖到分化功能的转变完成对气道上皮的修复，这种转变在哮喘中是否被阻碍而导致气道上皮的持续损伤尚未见报道。本课题以小鼠气道干细胞为研究对象，利用分子生物学和细胞生物学手段，结合小鼠肺损伤模型，研究参与干细胞增殖与分化功能转变的细胞自噬对气道干细胞的调控机制，探索哮喘气道中常见一氧化氮(NO)对气道干细胞自噬功能的影响。利用条件性基因敲除小鼠和卵清蛋白诱导的小鼠哮喘模型，研究气道干细胞自噬缺陷对哮喘气道上皮再生和气道炎症反应的影响，基此逐步揭示哮喘中气道NO-气道干细胞自噬-气道干细增殖与分化功能-气道上皮损伤-气道炎症反应之间的关系，为建立以增强气道上皮修复为目标的哮喘治疗新方法提供病理学依据。

支气管哮喘（简称哮喘）是严重危害人类健康的重大疾病。气道上皮损伤是哮喘气道炎症反应的初始源头，也是炎症持续存在的关键因素，因此恢复气道上皮的完整有助于解决目前抗炎等无法根治哮喘的难题。气道存在祖细胞库包括vClub细胞和Club细胞，通过这两种祖细胞的增殖和分化功能完成对气道上皮的修复，这种修复在哮喘早期阶段是否被阻碍而导致气道急性炎症反应转向慢性难治期尚未见报道。细胞自噬通过细胞内大分子降解再利用途径，在干细胞再生组织与器官中发挥重要作用。自噬相关基因5（Atg5）突变与儿童自发哮喘有关。哮喘由急性向慢性转化中是否涉及气道祖细胞自噬的改变？为了回答这些问题，本课题以小鼠气道祖细胞为研究对象，利用小分子药物，基因敲除小鼠，类器官培养模型等研究手段，结合肺损伤小鼠模型，哮喘小鼠急性模型发现细胞自噬维持气道祖细胞库vClub和Club的丰度。这一维持作用是通过增强祖细胞增殖，抑制Club细胞分化成纤毛细胞或杯状细胞来完成的。进一步研究揭示，气道祖细胞自噬缺陷后导致自身摄取葡萄糖的能力显著下降。减少葡萄糖的可及性或者部分抑制糖酵解促进气道祖细胞的增殖。但是，完全剥夺葡萄糖和阻断糖酵解后，气道祖细胞增殖能力显著下降，而分化能力增强。卵清蛋白诱导的小鼠急性哮喘模型中，气道祖细胞vClub细胞自噬水平下降，vClub丰度下降；Club祖细胞自噬水平上升，但是Club丰度略微下降。在此急性哮喘模型中，缺失葡萄糖转运体1抑制气道祖细胞增殖能力，但是不影响气道嗜酸性粒细胞和嗜中性粒细胞的招募。这两种粒细胞通常反映哮喘急性炎症反应的程度，我们还发现气道祖细胞选择性敲除Atg5也不影响哮喘炎症反应的强弱。这些数据提示，在哮喘早期炎症反应阶段，气道祖细胞库自噬能力水平较低时，带来摄糖能力和糖酵解能力的下降反而促进上皮再生，进而有利于炎症反应的消解；但是摄糖能力或糖酵解能力严重不足时则损伤祖细胞再生功能，气道上皮黏膜损伤后得不到及时修复，可导致炎症反应由急性消解期进入慢性难治期。