肺泡微环境磷酸酶Shp2信号复合体调控上皮损伤介导肺纤维化的分子机制研究

Lung alveolar epithelial injuries and inflammatory microenvironment play essential roles in promoting pulmonary fibrosis; however the molecular mechanism underlying initiation of fibrosis remains largely elusive. Shp2, a ubiquitously expressed tyrosine phosphatase has been previously demonstrated to be a critical signal transducer that integrates multiple molecular events in epithelial integrity and alternative activation of macrophage (M2). Mice with a conditionally-disrupted Shp2 in alveolus develop spontaneous fibrosis. Inactivcation of Shp2 enzyme in macrophages induceds M2, predipose mice to pulmonary fibrosis. Emerging evidences support that docking proteins diversify Shp2 signal specificity. Our experiments further suggested that GAB docking protein family (Gab1 and Gab2) direct interacting with Shp2 positively regulates Shp2 signal relay, while a recently-identified Hook1 direct binding with catalytic domain of Shp2 acts as negative modulator of Shp2 enzymatic activity in lungs. Together, those preliminary evidences suggest a novel GABs-Shp2-Hook1 signalosome in lungs may orchestrate the Shp2 signal in a fine-tune manner during epithelial injury and inflammation, and thus dysregulation of signaling in epithelial disintegrity initiates fibrogenesis. Based on those, this plan will utilize the multiple pre-engineered genetically-modified mice to finely dissect in vivo physiological relevancies of GABs-Shp2-Hook1 in regulation of epithelial injuries-initiated macrophage M2 activation and pulmonary fibrosis. Collectively, we expect this plan would optimize the diseases mode of lung fibrosis using transgenic approaches, and provide us with new insight into understanding the etiology and potential therapeutic benefits of pulmonary fibrosis.

肺泡上皮损伤及炎症微环境调控与肺纤维化发生密切相关，然而分子机制知之甚少。我们前期研究发现蛋白酪氨酸磷酸酶Shp2在调控肺泡上皮稳态及巨噬细胞活化发挥重要作用。肺泡特异性Shp2敲除小鼠表现呼吸上皮损伤并产生自发纤维化，抑制Shp2磷酸酶活性可促进巨噬细胞II型活化，加重肺纤维化进程。后续机制研究提示非受体型磷酸酶Shp2调控炎症信号特异性依赖其与不同锚定蛋白形成信号复合体(Signalosome)，其中锚定蛋白GABs家族（Gab1、Gab2）参与正向调控上游Shp2信号，而我们新筛选Hook1蛋白与Shp2催化亚基（PTP）直接结合参与负向调控酶活及下游信号传导。基于此，本项目将依托已多品系条件性基因敲除小鼠模型，系统研究肺泡微环境GABs-Shp2-Hook1信号复合体精确调控肺上皮损伤及巨噬细胞活化介导纤维化的病理生理学意义及分子机制。预期结果有望提出上皮损伤诱发肺纤维化的可逆磷酸化修饰新方式，建立肺纤维化疾病的新型动物模型，同时为探索潜在的纤维化早期干预靶点积累实验依据。

当前肺纤维化病因学研究认为肺上皮损伤可能是纤维化关键初始因素，上皮损伤及炎症微环境调控在纤维化重构进程发挥关键作用。Shp2 可能是肺泡上皮损伤诱导纤维化的重要内源因素之一，Shp2 在肺泡上皮稳态调控以及巨噬细胞II 型活化调控发挥关键作用，是肺纤维化重要的保护因子，肺泡特异性缺失Shp2 小鼠（Shp2AT-II KO）导致小鼠自发肺纤维化。我们前期研究及预实验数据提示Shp2与其锚定蛋白Gab1、Gab2 相互作用形成的信号复合体可能在调控肺泡上皮损伤以及巨噬细胞介导肺纤维化早期阶段具有关键意义。基于此，本研究通过前期已构建多种Shp2、Gab1以及Gab2 条件性基因敲除工具小鼠深入解析Shp2 信号复合体蛋白在肺纤维化在体生理学意义以及分子机制。我们重点关注了 Shp2AT-II KO 和Shp2MΦKO 两种肺纤维化动物模型的比较病理学，并明确了Shp2 在上皮微环境介导纤维化中的作用方式主要通过上皮损伤和介导巨噬细胞活化实现；课题组进一步优化了肺损伤模型，应用斑马鱼模型建立了在体、快速、便捷肺泡损伤模型，研究发现Shp2抑制剂在肺泡损伤中的抑制效应，同时建立了一种贴近临床的辐射诱导的肺纤维化模型，发现了Shp2 能缓解辐照引起的肺损伤；锚定蛋白GABs 与Shp2 相互作用调控Shp2 上游IL-4-JAK/STAT 信号参与纤维化进程；GABs家族正向调控Shp2 信号使小鼠应对急性肺损伤以及肺纤维损伤模型均表现异常敏感；新的Shp2 相互作用蛋白Ubc12 参与肺泡微环境介导纤维化病理生理学意义。我们的成果将揭示肺纤维化初始阶段调控肺上皮损伤以及巨噬细胞活化的关键信号蛋白复合体作用方式以及信号调控特征。这些研究成果有助于进一步理解上皮损伤诱发肺纤维化病因的分子基础，同时为肺纤维化疾病动物模型应用研究以及纤维化早期干预新思路提供重要的理论基础与实验依据。