血红素加氧酶--1与姜黄素对PM2.5暴露损伤的保护效应及机制研究

作     者：徐欢 

作者单位：安徽医科大学 

学位级别：硕士

导师姓名：宋伦

授予年度：2020年

学科分类：1008[医学-中药学(可授医学、理学学位)] 1006[医学-中西医结合] 1001[医学-基础医学(可授医学、理学学位)] 100102[医学-免疫学] 100602[医学-中西医结合临床] 10[医学] 

主      题：血红素加氧酶-1 姜黄素 呼吸系统损伤 心血管系统损伤 细颗粒物 细胞保护作用 

摘      要：当前PM2.5被认为是危害人体健康的一大重要因素。研究指出，PM2.5可以引发包括气管炎，哮喘，COPD等呼吸系统疾病的发生和加重。同时，PM2.5也可通过呼吸系统深部血管屏障进入循环系统引发心血管系统疾病风险升高，包括高血压、缺血性心脏病、心律失常和充血性心衰等。除此之外，PM2.5还可以侵犯免疫系统、神经系统等其他重要组织器官。这些危害效应最终可促进多种疾病发生率和死亡率升高。 本课题组在前期研究工作中，先后发现了PM2.5暴露引发支气管上皮细胞中VEGF诱导表达介导的气道炎性反应机制以及血管内皮细胞中肾素-血管紧张素（RAS）系统活化介导的血管内皮功能紊乱机制。本论文以上述工作为基础，以寻找拮抗PM2.5损伤效应的有效策略为目标，继续深入研究了PM2.5暴露条件下的损伤保护性机制。 血红素加氧酶1（HO-1）是对多种应激源均具有强烈反应并可发挥广泛保护性作用的信号蛋白分子。在本论文第一部分，我们首先发现支气管上皮细胞Beas-2B在经PM2.5暴露后，伴随VEGF诱导表达可出现HO-1表达水平的显著升高，这提示支气管上皮细胞中可能同时存在有PM2.5引发的损伤性应激和保护性应激反应。为了揭示HO-1可能发挥损伤保护性效应的分子机制，我们首先分析了介导HO-1诱导表达的信号途径。结果发现：HO-1的表达上调源于转录调控，因此我们对HO-1基因启动子区的转录因子结合位点进行了分析，根据分析结果结合实验研究确定了PM2.5可通过激活转录因子AP-1、HIF1α进而调控HO-1的诱导表达。随后我们检测了HO-1与VEGF诱导表达反应的功能关联。结果发现：抑制HO-1表达后VEGF表达水平上调，说明HO-1可以通过拮抗支气管上皮细胞中VEGF的诱导表达进而发挥损伤保护作用。随后我们探究了H0-1拮抗VEGF诱导表达的具体机制。结果发现：HO-1可通过抑制转录因子HIF1α的转录激活活性从而拮抗VEGF表达。在后续模型动物实验中，我们验证了上述结论的准确性，并根据组织学和病理学实验揭示了HO-1对PM2.5诱导呼吸系统损伤反应的保护效应。值得特别关注的是：PM2.5可通过激活转录因子HIF1α诱导HO-1表达，而HO-1可进一步抑制HIF1α活性进而拮抗VEGF表达;但实际上在此过程中HO-1的诱导表达也会被逐渐抑制，使得这种保护性效应逐渐丧失和终止，最终会导致支气管损伤。 在本课题组以往研究中，我们已经揭示了PM2.5可同时诱导血管内皮细胞HUVEC中RAS系统活化和HO-1表达水平上调。我们验证了这部分工作，并得到了一致结论。同时，我们发现了PM2.5能够通过活化转录因子AP-1、XBP1、HIF1α进而介导HUVEC细胞中HO-1的诱导表达。在进一步研究中，我们发现HO-1也能够通过拮抗HIF1α的聚集进而抑制RAS系统各成分的表达上调，从而发挥其对PM2.5引发心血管系统损伤的保护效应。最后，我们在模型动物中验证了上述结论的正确性，通过免疫组织化学和病理学实验揭示了PM2.5诱导血管内皮中HO-1表达及其对血管内皮损伤的保护效应。 根据以上两个系统中的研究结果，我们认为：PM2.5不仅可以引发机体的健康危害效应，实际上还会同时引发以HO-1诱导表达为显著特征的内源性损伤保护性效应;而且HO-1的诱导表达及损伤保护性效应机制具有一定的组织共通性。上述研究结果进一步拓展了我们对PM2.5诱导机体健康危害效应机制的认识，为寻找PM2.5的损伤防护策略研究提供了新思路。 在第二部分工作中，我们探讨了外源干预性损伤防护策略的可能性及相关机制。我们首选关注了具有广泛抗炎、抗氧化损伤效应的安全性极高的中药有效成分——姜黄素。我们首先发现了姜黄素可以抑制模型动物经PM2.5暴露所引发的呼吸系统VEGF表达水平升高并改善支气管炎症反应。随后又发现了姜黄素可抑制Beas-2B细胞中NF-κB、HIF1α、AP-1的活化和转录活性进而抑制VEGF的诱导表达。上述信号转导通路在模型动物的体内实验中也达到了充分验证。与此同时，我们也发现姜黄素可以抑制模型动物经PM2.5暴露后引发的血管内皮局部RAS系统各成分的诱导表达以及由此导致的炎性应激和氧化应激反应。在HUVEC细胞中，我们发现了姜黄素可通过抑制转录因子HIF1α、AP-1的转录活性进而抑制血管内皮细胞中RAS成分的诱导表达及炎性细胞黏附趋化反应和氧化应激反应。上述结果同样在模型动物实验中得到了验证。 根据以上结果，我们认为：在呼吸系统中，姜黄素通过抑制VEGF上游转录因子AP-1、NF-κB、HIF1α的转录活性进而拮抗PM2.5暴露条件下VEGF的诱导表达，从而发挥其对PM2.5引发支气管炎症损伤效应的保护作用。在血管内皮局部，姜黄素通过抑制转录因子AP-1、HIF1α活性抑制R