骨形成蛋白BMP4在调控慢性阻塞性肺疾病气道炎症中的作用和机制研究

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    81770043
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    50.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    H0105.慢性阻塞性肺疾病
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Chronic obstructive pulmonary disease (COPD) is one of the highly prevalent diseases characterized of progressive and irreversible lung function decline caused by chronic inflammation and consequent remodeling in the airway. Although intensive efforts have been given, the detailed mechanisms underlying COPD lung pathology, particularly chronic airway inflammation is still largely unknown. Cigarette smoking (CS) is the leading risk factors for COPD. Chronic exposure of CS leads to lung inflammation and COPD in animals such as mice. Bone morphogenetic factor 4 (BMP4) is a member of the TGF-β superfamily, which is ubiquitously and highly expressed in various organs including lung, bone marrow and thymus, and plays critical roles in normal lung and blood cell development. We recently found that BMP4 promoted hypoxic pulmonary hypertension development in a hypoxia inducible factor (HIF)-1alpha dependent manner (Wang J, et al. Cardiovasc Res, 2015). We also found BMP4 exhibited important anti-inflammatory functions against LPS and cytokine-induced acute lung inflammation (Li Z, et al. Eur J Immunol, 2014). In our preliminary study, we found CS exposure increased BMP4 precursor and mature protein expression in mouse lung, and BMP4 heterozygous mutant mice displayed more severe lung inflammation comparing to their wild-type littermates, suggesting BMP4 likely plays an important immunoregulatory function during CS-induced chronic lung inflammation associated with COPD. In this study, we hypothesize that BMP4 is upregulated by HIF-1alpha and protects mice from COPD development via BMPRs-Smad dependent suppression of CS-induced innate and adaptive immune responses in lung epithelial cells, macrophages, neutrophils, dendritic cells and T lymphocytes. To test this hypothesis, we will utilize HIF-1alpha and BMP4 deficient mice, CS-induced mouse model, COPD and healthy control subject lung specimens, primary cultured airway epithelial and immune cells to investigate the following specific aims: Aim 1: To determine if HIF-1alpha is necessary for BMP4 upregulation in CS-exposed mouse lung. Aim 2: To determine if BMP4 upregulation is essential to control CS-induced airway inflammation in vitro and in vivo. Aim3: To determine if BMP4 inhibits CS-induced cytokine production in airway epithelial cells, and inhibits immune cell development, proliferation, migration, function and apoptosis. Aim 4: To determine if the inhibition of BMP4 on CS-induced chronic lung inflammation is dependent of BMPRs-Smad signaling. Aim 5: To examine if HIF-1alpha-BMP4-BMPR2-Smad signaling in COPD lung is associated with the inflammatory and lung function parameters of COPD subjects. This study will likely provide novel mechanistic insights for understanding the molecular mechanisms of CS-induced chronic lung inflammation, and potentially identify the molecular targets for novel diagnosis and intervention of COPD.
慢性阻塞性肺疾病(COPD)是重大慢病之一,患病率高,危害大,当前药物防治效果有限。COPD肺组织核心病理特征是慢性炎症,吸烟是最重要的危险因素,但机制不完全清楚。骨形成蛋白4(BMP4)是TGF-beta超家族成员之一,在肺组织中高表达。我们前期研究发现BMP4在脂多糖导的急慢性肺损伤过程中发挥重要的抗炎作用,提示其可能影响COPD等慢性炎症性疾病的发生发展。本课题将应用原代培养的气道上皮和炎症细胞、COPD模型小鼠和人体组织,应用基因敲除、沉默和过表达等手段,研究在COPD发病中肺组织BMP4及其信号传导通路否受到香烟烟雾和低氧诱导因(HIF-1)的调控,BMP4是否经Smad通路抑制免疫细胞所介导的COPD慢性气道炎症。本研究将增加对COPD气道炎症机制的认识,揭示新的诊治靶点,研发新型防诊治策略奠定基础。

结项摘要

由于受吸烟等环境因素的影响,重大复杂疾病——慢性阻塞性肺疾病(COPD)防控形式仍然十分严峻,需要深入解析其发病机制、揭示治疗靶点,为进一步研究有效干预措施奠定基础。骨形成蛋白4(BMP4)是TGF-beta超家族成员,在肺组织中高丰度表达,影响肺发育和肺稳态。本项目应用细胞和动物模型研究了BMP4对烟草烟雾暴露下COPD核心病理特征气道慢性炎症、气道壁重构和肺泡损伤的调节作用及分子机制。研究发现,BMP4对于烟草烟雾所诱导的小鼠COPD发病具有显著的抑制作用,BMP4基因敲除(BMP4-/+)小鼠COPD相关气道炎症、粘液高分泌、气道壁重构和肺气肿等病理指标都更为严重。在细胞和分子机制上,BMP4显著减轻小鼠肺部巨噬细胞极化、显著降低M2型巨噬细胞比例;显著抑制TGF-β1诱导的气道和肺泡上皮细胞上皮间质转化(EMT)与细胞衰老;抑制TGF-β1诱导的肺成纤维细胞的增殖、促进其凋亡,抑制TGF-β1诱导的成纤维细胞衰老、细胞激活与细胞转化,抑制TGF-β1诱导的成纤维细胞自噬障碍。BMP4上述生物学作用可能与其促进Smad1/5/9、抑制ERK1/2信号分子激活有关。本研究首次发现BMP4对烟草烟雾诱导的COPD发病具有抑制作用,为进一步研发新药奠定了基础。研究结果提示,应用药物提高COPD肺组织中BMP4表达水平或者靶向BMP4下游信号通路,可能成为COPD新的预防或治疗手段。在本项目直接或部分支持下,项目组发表了相关研究论文21篇,申请知识产权16项,培养青年研究人员和研究生共18人。

项目成果

期刊论文数量(16)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(0)
专利数量(6)
Non-inflammatory emphysema induced by NO2 chronic exposure and intervention with demethylation 5-Azacytidine
NO2慢性暴露诱发的非炎性肺气肿及去甲基化5-氮杂胞苷干预
  • DOI:
    10.1016/j.lfs.2019.02.022
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Life Sciences
  • 影响因子:
    6.1
  • 作者:
    Zhang Zili;Wang Jian;Liu Fei;Yuan Liang;Ding Mingjing;Chen Lingdan;Yuan Jili;Yang Kai;Qian Jing;Lu Wenju
  • 通讯作者:
    Lu Wenju
Sodium Tanshinone IIA Sulfonate Decreases Cigarette Smoke-Induced Inflammation and Oxidative Stress via Blocking the Activation of MAPK/HIF-1α Signaling Pathway.
丹参酮 IIA 磺酸钠通过阻断 MAPK/HIF-1 α 信号通路的激活来减少香烟烟​​雾引起的炎症和氧化应激
  • DOI:
    10.3389/fphar.2018.00263
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Frontiers in pharmacology
  • 影响因子:
    5.6
  • 作者:
    Guan R;Wang J;Li Z;Ding M;Li D;Xu G;Wang T;Chen Y;Yang Q;Long Z;Cai Z;Zhang C;Liang X;Dong L;Zhao L;Zhang H;Sun D;Lu W
  • 通讯作者:
    Lu W
Upregulation of Piezo1 (Piezo Type Mechanosensitive Ion Channel Component 1) Enhances the Intracellular Free Calcium in Pulmonary Arterial Smooth Muscle Cells From Idiopathic Pulmonary Arterial Hypertension Patients
Piezo1(压电型机械敏感离子通道成分 1)的上调可增强特发性肺动脉高压患者肺动脉平滑肌细胞中的细胞内游离钙。
  • DOI:
    10.1161/hypertensionaha.120.16629
  • 发表时间:
    2021-06-01
  • 期刊:
    HYPERTENSION
  • 影响因子:
    8.3
  • 作者:
    Liao, Jing;Lu, Wenju;Wang, Jian
  • 通讯作者:
    Wang, Jian
Inhalation of sodium hydrosulfide (NaHS) alleviates NO2-induced pulmonary function and hematological impairment in rats
吸入硫氢化钠 (NaHS) 可减轻 NO2 诱导的大鼠肺功能和血液学损伤
  • DOI:
    10.1016/j.lfs.2019.116650
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Life Sciences
  • 影响因子:
    6.1
  • 作者:
    Zhang Zili;Wang Jian;Xu Guihua;Ding Mingjing;Liu Fei;Yuan Liang;Wang Tao;Xu Jingyi;Xie Xiaohui;Deng Bingxian;Sun Dejun;Lu Wenju
  • 通讯作者:
    Lu Wenju
A protective polymorphism in MMP16, improved blood gas levels, and chronic obstructive pulmonary diseases: Family and two population-based studies
MMP16 的保护性多态性、改善的血气水平和慢性阻塞性肺疾病:家庭和两项基于人群的研究
  • DOI:
    10.1002/humu.24013
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Human Mutation
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Zhang Zili;Wang Jian;Zheng Zeguang;Chen Xindong;Xu Guihua;Chen Sifan;Liu Fei;Chen Lingdan;Ding Mingjing;Yuan Liang;Li Yuanyuan;Qian Jing;Xie Xiaohui;Deng Bingxian;Lu Wenju
  • 通讯作者:
    Lu Wenju

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其他文献

肺动脉高压动物模型研究进展
  • DOI:
    10.3760/cma.j.issn.1673-436x.2019.10.013
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    国际呼吸杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈豫钦;邝美丹;廖静;卢文菊;王健
  • 通讯作者:
    王健
水通道蛋白与肺部疾病的关系
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    中华结核和呼吸杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    欧阳海萍;陈豫钦;卢文菊;王健
  • 通讯作者:
    王健
新生大鼠右心室心肌细胞的原代培养及鉴定
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    心肺血管病杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    邝美丹;陈海霞;廖静;何汶俊;陈奕霖;江倩;卢文菊;王健;陈豫钦
  • 通讯作者:
    陈豫钦
丹参酮IIA磺酸钠通过骨形态发生蛋白4介导下调慢性低氧诱导升高的大鼠肺动脉平滑肌细胞中活性氧水平
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    国际呼吸杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    江倩;张晨婷;陈豫钦;付欣;张弋;张杰;卢文菊;王健
  • 通讯作者:
    王健
新型肺动脉高压大鼠模型血流动力学测定方法的建立与评价[J]. ,2018,41( 6 ): 484-489.
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    中华结核和呼吸杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    郑秋玉;邝美丹;李翼;吴雄婷;黄君怡;张晨婷;刘汉威;卢文菊;王健;陈豫钦
  • 通讯作者:
    陈豫钦

其他文献

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卢文菊的其他基金

MUC1与BMP4相互作用影响肺泡再生和肺气肿发生发展的机制研究
  • 批准号:
    82330002
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    220 万元
  • 项目类别:
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ORAI/STIM蛋白在低氧性肺动脉高压发病机制中的作用研究
  • 批准号:
    81170052
  • 批准年份:
    2011
  • 资助金额:
    55.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
钙池操纵性钙内流在非小细胞肺癌中的改变和功能研究
  • 批准号:
    81071917
  • 批准年份:
    2010
  • 资助金额:
    31.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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  • 批准号:
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相似海外基金

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  • 项目类别:
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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