PD-L1在COPD肺上皮细胞中表达上调的机制及氢气干预研究

[背景]临床实践中发现慢性阻塞性肺疾病(chronicobstructivepulmonarydisease,COPD)患者中肺癌的发病率高于普通人群。研究这两种疾病发病相关性的潜在机制,对于肺癌发生风险因素的判定、肺癌的预防、易感人群的确定和早期病情监督和干预,都有积极意义。已有报道认为呼吸道上皮细胞细胞程序性死亡-配体1(programmed death-ligand 1,PD-L1)的表达水平与肺部肿瘤发生风险相关。PD-L1是一个表达在上皮细胞的跨膜蛋白,在肿瘤细胞表面常呈现高表达,通过和CD8阳性细胞毒性T细胞表面的程序性死亡-1(programmed death 1,PD-1)结合,抑制T细胞对肿瘤细胞的清除,从而增加肿瘤发生风险。有报道认为PD-L1的表达受ERK1/2、STAT1/3信号轴的调控。但尚未有研究深入探讨COPD发病情况下,是否存在ERK1/2或STAT1/3信号通路对PD-L1的表达调控。氢气(hydrogengas,H2)具有抗炎、抗氧化、抗肿瘤和调节信号通路的作用。已有报道认为H2吸入可改善COPD患者或COPD模型动物的肺部炎症。不止一篇报道认为H2可以提高PD-1和CD8双阳性T细胞比例,从而改善肿瘤预后。但H2吸入是否影响肺PD-L1的表达,尤其是对COPD患者肺组织PD-L1表达的影响,目前尚无定论。[目的]探讨PD-L1在烟草烟雾或机动车尾气暴露导致的COPD动物模型肺上皮细胞中表达改变并揭示其分子机制,评价H2吸入对COPD治疗作用以及肺上皮细胞PD-L1表达的影响。
[方法]采用了两种最常见的COPD风险因素烟草烟雾(cigarette smoke,CS)或机动车尾气(motor vehicle exhaust,MVE)暴露,作为诱导方式,结合或不结合LPS气道内滴注的辅助手段,在大鼠和小鼠两种动物中建立COPD疾病模型。评估模型动物的体重、肺功能、肺气肿、气道炎症等表征,并在模型动物肺组织中检测PD-L1的表达和ERK1/2、STAT1/3蛋白及磷酸化水平,评估COPD发病和PD-L1表达改变的关系。同时使用烟草烟雾提取物(cigarette smoke extract,CSE)和机动车尾气来源的PM2.5(particulate matter2.5,PM2.5)颗粒处理正常人气道上皮细胞,在培养细胞中确定PD-L1表达情况及评估ERK1/2、STAT1/3信号轴对PD-L1表达的影响。采用烟草烟雾或机动车尾气长期暴露,结合LPS气道内滴注的方法,建造COPD小鼠模型,并同时使用氢气干预,建模结束后评估氢气干预对肺功能、肺气肿、气道炎症的影响,及氢气对肺PD-L1的表达和ERK1/2、STAT1/3蛋白及磷酸化水平的影响。[结果]CS或MVE暴露,均能在6个月(无LPS辅助)或3个月(LPS辅助)内成功建立大鼠或小鼠COPD模型,典型表征包括体重和肺功能下降、支气管和肺部炎症、气道粘液高分泌和肺气肿样病变等。在大鼠和小鼠COPD模型中,CS较MVE暴露引起更严重的COPD表征,包括更显著的肺功能下降和肺部炎症。同时,COPD模型动物肺组织均出现ERK1/2、STAT1/3信号通路的激活和PD-L1表达的上调。免疫组化染色显示PD-L1在肺组织中主要分布于气道上皮细胞。CSE和PM2.5颗粒处理正常人气道上皮细胞引起PD-L1上调,抑制气道上皮细胞ERK1/2和STAT1/3激活可以减轻PD-L1的上调。H2吸入可以有效改善COPD模型小鼠的肺功能、炎症、气道粘液高分泌和肺气肿样病变,抑制ERKl/2、STAT1/3信号通路的激活和PD-L1的上调。[结论]烟草烟雾吸入或机动车尾气暴露可以引起气道上皮细胞中与炎症反应相关的PD-L1表达上调,ERK1/2和STAT1/3通路参与了 PD-L1的调控。H2吸入可抑制COPD肺组织ERK1/2、STAT1/3信号通路的激活和PD-L1增加,可能有助于降低COPD患者肺癌发生风险。