乙酰肝素酶调控巨噬细胞向肌成纤维细胞转分化在IPF发病中的作用及分子机制

Recent evidence suggests that M2 macrophages have a fundamental role in the etiology of idiopathic pulmonary fibrosis (IPF). However, the underlying mechanism that triggers M2 polarization requires further investigation. Heparanase (HPSE) degrades the heparan sulfate chain (HS), which leads to the release of fibroblast growth factor (FGF). Former study of applicant revealed increased expression of HPSE in the fibrosis lung sample of mice and IPF patients compared to healthy controls. And suppressing HPSE indeed ameliorates IPF. HPSE was mainly localized on macrophages that co-expressing CD206 and α-SMA, suggesting macrophage-to-myofibroblast transition (MMT) in IPF lung. These results implied that HPSE might be involved in the pathogenesis of IPF through macrophage polarization and MTT. In this project, to decipher the HPSE expression distribution, macrophages polarization and MMT formation in IPF clinical samples by immunofluorescence; To decipher the regulation function of HPSE in macrophages polarization and MMT transformation at cellular and molecular level; Lung fibrosis mouse model will be induced in macrophages conditional Hpse gene knockout mice (LyzM Cre× Hpse fl/fl , Hpse-/-) and LyzM Cre/Rosa26-Tomato mice, which could provides a new insight of HPSE as clinical therapeutic target and suggests novel theoretical basis for clinical intervention of IPF.

M2巨噬细胞（Mø）在特发性肺纤维化（IPF）进展中起关键作用，但调控M2极化的机制不明。乙酰肝素酶（HPSE）能降解硫酸乙酰肝素链（HS）、释放结合在HS上的成纤维细胞生长因子。申请者前期发现小鼠及IPF患者肺纤维化组织高表达HPSE，抑制HPSE能明显改善小鼠肺纤维化。同时发现HPSE主要定位于Mø，并检测到共表达CD206、α-SMA的Mø，表明IPF肺组织中存在M2向肌成纤维细胞转化（MMT）现象。本项目拟通过免疫荧光检测IPF临床样本中HPSE表达分布、Mø极化及MMT形成情况；从细胞水平研究HPSE调控Mø极化及MMT转化的作用及机制；应用Mø条件性Hpse基因敲除（Hpse-/-）及Mø荧光示踪小鼠构建肺纤维化模型，解析HPSE影响Mø极化及MMT转化过程对IPF进展的调控作用，研判HPSE作为IPF临床治疗靶点的可行性，从而为IPF的临床干预及诊治提供新的思路及理论依据。

特发性肺纤维化（idiopathic pulmonary fibrosis, IPF）是特发性间质性肺炎中最常见的一种类型，目前病因不明。明确诊断后，IPF患者的中位生存期仅为2.5-3.5年，因此针对其发病机制的研究具有重要的科学价值和社会意义。目前认为，在IPF疾病进展过程中涉及众多细胞，包括巨噬细胞、成纤维细胞等。乙酰肝素酶（heparanase，HPSE）是体内唯一能够降解ECM中硫酸乙酰肝素蛋白多糖侧链-硫酸乙酰肝素的葡萄糖醛酸内切酶。本课题组发现，在IPF患者肺活检组织以及博来霉素（BLM）诱导的小鼠肺纤维化模型肺组织中高表达HPSE。通过免疫荧光共定位发现，HPSE主要定位于肺纤维化组织中的M2巨噬细胞（CD206+ HPSE+）及肌成纤维细胞（α-SMA+ HPSE+）。因此，我们假设HPSE可能是治疗IPF的一个理想靶点。随后，我们用HPSE抑制剂OGT2115给予模型小鼠灌胃治疗，可减轻BLM诱导的肺损伤和纤维化，主要表现为减少了肺组织中的M2巨噬细胞（F4/80+ CD11c- CD206+ Mø）浸润及极化，以及减少纤维化蛋白（如纤维连接蛋白、胶原I和α-SMA蛋白等）表达量。随后，体外提取小鼠骨髓来源的巨噬细胞（BMDM），加入IL-4诱导其向M2巨噬细胞极化，验证了M2巨噬细胞高表达HPSE蛋白。加入OGT2115后，可减少M2的极化，包括减少YM1、Fizz1和Arginase1等M2相关蛋白的表达。进一步分子机制研究发现，HPSE主要通过PI3k/Akt信号通路促进M2的极化，进而分泌TGF-β等细胞因子促进肺纤维化过程。同时，体外培养小鼠原代肺成纤维细胞，加入TGF-β诱导小鼠肺成纤维细胞-肌成纤维细胞转分化，发现肌成纤维细胞高表达HPSE蛋白。加入OGT2115后，可阻碍TGF-β诱导的成纤维细胞-肌成纤维细胞转分化过程，包括降低纤维连接蛋白、胶原I和α-SMA蛋白表达。进一步分子机制研究发现，HPSE主要通过TGF-β/Smad2/3信号通路促进肺成纤维细胞-肌成纤维细胞转分化过程。综上，本课题组的研究从临床样本、动物模型以及细胞分子水平，解析了HPSE影响M2巨噬细胞极化及成纤维细胞-肌成纤维细胞转分化过程对IPF进展的调控作用，研判了HPSE作为IPF临床治疗靶点的可行性，从而为IPF的临床干预及诊治提供新的思路及理论依据。