苦味受体调控气道平滑肌细胞参与哮喘气道重塑机制的研究

Airway remodeling is an important character of asthma and the main cause of steroid resistance. Bitter taste receptors (T2Rs) agonists induce ASMCs to relax and decline AHR. However, the function and mechanism of T2Rs on airway remodeling remains unknown. Our preliminary results show that T2Rs agonists attenuate ovalbumin (OVA)-induced airway remodeling, and reduce oxidative stress products in mice. Our in vitro data suggests that T2Rs agonists inhibit ASMCs proliferation, and the inhibitory effect is similar to classic antioxidants, and can be blocked by the T2Rs antagonists. Based on these results, we hypothesize that the anti-remodeling effect of T2Rs may be related to the regulation of intracellular oxidative stress levels. The present study will use asthma murine model and primary human ASMCs to investigate the effects of T2Rs on ASMCs hypertrophy, hyperplasia, constriction and secretion, and study the mechanisms both in vivo, in vitro and in molecular levels by the methods of RT-PCR, Western Blot, Lentivirus transfection and RNA interference. This study will identify the regulation effects of T2Rs on airway remodeling by a new sight of ROS/MAPK/AKT signal axis, and will develop a platform for screening high selectivity of T2Rs modulators, and may provide new drug targets for the prevention and treatment of asthma.

气道重塑是哮喘重要病理特征之一，也是哮喘激素抵抗的主要原因。已有研究报道苦味受体激动剂可诱发气道平滑肌松弛，降低气道高反应性，但对气道重塑的调控作用知之甚少。本项目前期研究发现：苦味受体激动剂对哮喘小鼠气道重塑具有抑制作用，并可减少氧化应激产物生成；离体实验证实苦味受体激动剂可抑制气道平滑肌细胞增殖，该抑制作用与经典抗氧化剂类似，并可被苦味受体拮抗剂阻断。故推测，激活苦味受体可能具有抗气道重塑作用，其机制可能与调控细胞内氧化应激相关。为验证此假说，本项目拟构建哮喘小鼠模型，应用原代人气道平滑肌细胞，采用定量PCR、Western blot、慢病毒转染、RNA干扰等技术，从整体、细胞及分子水平，系统研究苦味受体对气道平滑肌肥大、增殖、收缩和分泌功能的调控机制。本研究将从苦味受体调节ROS/MAPK/AKT信号轴这一新视角探究其对气道重塑的调控机制，为研发高选择性的苦味受体调节剂提供筛选平台。

气道重塑是哮喘重要病理特征之一，也是哮喘激素抵抗的主要原因。气道平滑肌细胞（ASMCs）是哮喘发生发展中的关键细胞，其表型转换常伴随临床病理改变，导致气道异常收缩、微环境失衡和气道重塑等。苦味受体（TAS2Rs）不仅存在于消化道，且广泛分布于气道，激活TAS2Rs可诱导ASMCs舒张，但机制尚不明确。该研究通过引入TAS2Rs激动剂氯喹，探讨TAS2Rs调节ASMCs表型的具体方式，揭示其在哮喘病理生理中的作用机制。结果表明，在屋尘螨致敏小鼠中，激动TAS2Rs显著降低气道高反应性、炎症细胞聚集和气道重塑。激动TAS2Rs能明显降低哮喘小鼠肺泡灌洗液（BALF）中免疫球蛋白E（IgE）、白细胞介素（IL）-4和IL-13水平；可显著抑制ASMCs增殖、肥大和基质金属蛋白酶（MMP）-9和MMP-13的沉积，提示激动TAS2Rs可调控哮喘小鼠气道中异质ASMCs在收缩和增殖/合成表型之间的再平衡。此外，激动TAS2Rs显著抑制哮喘小鼠BALF中转化生长因子β（TGF-β1）的升高，TGF-β1是哮喘气道炎症和重塑的关键因子，说明TAS2Rs可能通过调节TGF-β1发挥其平衡ASMCs表型的作用。激动TAS2Rs还显著降低了哮喘小鼠肺内原位ROS的水平，明显减少氧化应激产物丙二醇和8-异前列腺素的产生，揭示其机制可能与氧化应激通路相关。细胞实验表明，TGF-β1可诱导ASMCs表型的改变，激动TAS2Rs显著抑制TGF-β1诱导的ASMCs增殖、炎症因子和黏附分子释放，逆转其诱导的增殖/合成ASMCs表型。通过引入PI3K抑制剂LY294002，进一步揭示氯喹可能通过抑制ROS-AKT信号通路，从而发挥抗炎、抗增殖等作用。综上，该研究阐明TAS2Rs激动剂氯喹调节ASMCs表型的重要机制，为哮喘的防治提供新的愿景。