气道上皮细胞线粒体功能异常及NLRP3炎症体活化在臭氧诱导的支气管哮喘急性加重模型中的作用

As an air pollutant, ozone could induce asthma exacerbation. Oxidative stress is the major underlying mechanism.Mitochondria are the main cytoplasmic organelle that produce oxidative stress and danger-associated molecular pattern molecules(DAMPs),and NLRP3 inflammasome could sense the DAMPs and induce inflammatory response. Our preliminary study showed that ozone could induce mitochondrial dysfunction and inflammatory response in the lung tissue and airway epithelial cells of mouse. The research hypothesis is that ozone could induce mitochondrial dysfunction, production of mitochondrial DAMPs, activation of NLRP3 inflammasome in the airway epithelial cell, and then induce oxidative stress and inflammatory response, thus aggravating the development of asthma. This study will establish ozone induced asthma exacerbation models in the MLE-12 cell and C57/BL6 mouse. By measuring changes in mitochondrial function and NLRP3 activation, and interfering with mitochondrial function (DNA depletion, fusion-related proteins siRNA, mitochondrial targeted drugs) and NLRP3 activity (siRNA, knockdown,overexpression,inhibitors), we will elucidate the role of mitochondrial dysfunction and mitochondrial DAMPs-NLRP3 inflammasome pathway activation in the model, and provide new therapeutic targets for air pollutant,particularly ozone, induced asthma exacerbation.

作为空气污染物，臭氧诱导哮喘急性加重的主要机制是氧化应激。线粒体是产生氧化应激和危险相关信号(DAMPs)的主要细胞器，NLRP3炎症体感受DAMPs并介导炎症反应。我们的前期研究表明臭氧暴露诱导小鼠肺组织和气道上皮细胞出现线粒体功能异常和炎症反应。本研究假设是臭氧诱导气道上皮细胞线粒体功能异常，产生线粒体DAMPs，激活NLRP3炎症体，介导氧化应激、炎症反应，加重哮喘的发展。本研究利用MLE-12细胞和C57/BL6小鼠，建立臭氧诱导的哮喘急性加重细胞和小鼠模型。通过检测线粒体功能变化和NLRP3活化情况，并给予线粒体功能干预（DNA敲除、融合相关蛋白siRNA、线粒体靶向药物）、NLRP3活性干预（siRNA、基因敲除、过表达、抑制剂），以揭示线粒体功能异常及线粒体DAMPs-NLRP3炎症体通路活化在该模型中的作用机制，为空气污染物,尤其是臭氧,诱导的哮喘急性加重提供新的治疗靶点。

臭氧作为空气污染物，会通过氧化应激损伤诱导哮喘急性加重。线粒体是产生氧化应激和危险相关信号（DAMPs）的主要细胞器，NLRP3 炎症小体感受 DAMPs 并介导炎症反应。本课题利用C57/BL6小鼠，建立臭氧诱导的哮喘急性加重细胞和小鼠模型，证实在OVA致敏/激发建立急性哮喘模型基础上，臭氧反复暴露可能通过增加气道炎症﹑支气管上皮细胞高分泌状态和肺间质增厚水肿，影响气道对乙酰胆碱的应答。在OVA致敏/激发+臭氧暴露哮喘模型小鼠实验中，气道高反应性不是判断哮喘严重程度或治疗干预疗效的准确指标。对气道和肺组织炎症以及支气管上皮细胞高分泌状态的关注更有意义。OVA致敏/激发小鼠臭氧暴露后气道炎症﹑肺内炎症浸润以及支气管上皮细胞高分泌状态均进一步加重。并且出现了肺泡结构破坏、肺间质增厚水肿、毛细血管床扩张、血管充血和肺出血。mtROS和NLRP3炎性小体参与了臭氧导致的肺部炎症，而对于臭氧导致的肺气肿，主要由NLRP3炎性小体介导，但并不激活mtROS。对小气道及大中气道粘液分泌状态进行统计，提示小气道粘液分泌较大中气道更为显著。线粒体靶向抗氧化肽SS31很可能通过增强抗氧化能力，减低氧化应激程度，改善小鼠的气道/肺组织炎症反应，减少肺结构破坏，抑制气道高分泌状态，从而减轻哮喘症状。基于上述对大小气道黏液分泌的差异的观察，我们进一步在临床环境中对小气道功能进行研究，证实慢性咳嗽患者中，FENO和FEF25%-75%对气道高反应性的阴性预测价值较大。FENO联合FEF25%-75%应用可以进一步提高对气道高反应性的预测价值。FENO > 43 ppb且FEF25%-75% < 78.5%提示存在气道高反应性可能性大。项目研究成果在JACI: In practice等期刊发表。