GADD45B介导的慢性阻塞性肺疾病炎症和上皮细胞衰老的机制研究
DNA低甲基化介导的GADD45B上调促进COPD的气道炎症和上皮细胞衰老
学术背景
慢性阻塞性肺疾病（COPD，Chronic Obstructive Pulmonary Disease）是一种以慢性气道炎症和不可逆性气流受限为特征的异质性疾病，是全球范围内导致死亡的主要原因之一。尽管吸烟被认为是COPD的主要风险因素，但其具体的病理机制尚未完全阐明。近年来，细胞衰老在COPD中的驱动作用逐渐受到关注，衰老细胞通过分泌炎症因子和改变微环境，进一步加剧气道炎症和肺功能下降。生长停滞和DNA损伤诱导（GADD45，Growth Arrest and DNA Damage-Inducible）家族蛋白在炎症和细胞衰老中发挥重要作用，但其在COPD中的具体作用尚不明确。
本研究旨在探讨GADD45家族在COPD中的表达和作用，特别是GADD45B在气道炎症和细胞衰老中的机制。通过揭示GADD45B在COPD中的调控机制，该研究为COPD的预防和治疗提供了潜在的新靶点。
论文来源
本论文由Yuan Zhan、Qian Huang、Zhesong Deng等研究人员撰写，研究团队来自华中科技大学同济医学院附属同济医院呼吸与危重症医学科、青海大学附属医院呼吸科等多个机构。该研究发表于2025年的《Journal of Advanced Research》第68卷，页码为201-214。
研究流程与结果
1. GADD45B在COPD患者和模型小鼠中的表达上调
研究首先通过生物信息学分析COPD患者（GSE38974数据集）的基因表达数据，发现GADD45B在COPD患者中显著上调，且与炎症和衰老相关基因呈正相关。随后，研究团队收集了62名临床样本（包括20名非吸烟者、20名吸烟者和22名COPD患者），通过qPCR、Western blot和免疫组化验证了GADD45B在COPD患者支气管上皮中的高表达。此外，小鼠实验也证实了暴露于香烟烟雾（CS，Cigarette Smoke）的野生型小鼠中GADD45B表达显著增加。
2. GADD45B促进CSE诱导的人支气管上皮细胞（HBE）炎症和细胞衰老
为探讨GADD45B在支气管上皮细胞中的作用，研究团队通过RNA测序分析了GADD45B过表达的HBE细胞中的差异表达基因（DEGs），发现这些基因主要富集在炎症和细胞衰老相关的生物过程中。随后的实验表明，过表达GADD45B显著增加了HBE细胞中炎症因子（如IL-6、IL-8和IL-1β）的释放，并上调了衰老标志物（如p16和p21）的表达。相反，GADD45B的敲除则减轻了CSE诱导的炎症和细胞衰老。
3. p38磷酸化介导GADD45B诱导的炎症，而FOS介导细胞衰老
研究进一步探讨了GADD45B调控炎症和细胞衰老的机制。过表达GADD45B增加了p38的磷酸化水平，而p38抑制剂SB202190则显著减轻了GADD45B诱导的炎症反应。然而，p38磷酸化并不影响GADD45B诱导的细胞衰老。RNA测序和蛋白质互作分析表明，GADD45B通过与FOS蛋白相互作用促进细胞衰老。FOS抑制剂T-5224显著减轻了GADD45B诱导的细胞衰老，进一步验证了这一机制。
4. GADD45B缺陷改善CS暴露小鼠的肺功能、肺损伤和炎症
为验证GADD45B在体内的作用，研究团队构建了GADD45B基因敲除小鼠模型。结果显示，GADD45B缺陷显著改善了CS暴露小鼠的肺功能，减轻了肺气肿和气道炎症。此外，GADD45B缺陷还减少了CS暴露小鼠支气管上皮中的衰老标志物表达，进一步证实了GADD45B在细胞衰老中的调控作用。
5. CS诱导的DNA低甲基化增强GADD45B表达
研究进一步探讨了CS如何调控GADD45B的表达。通过靶向亚硫酸盐测序（TBS，Target Bisulfite Sequencing），研究团队发现CS暴露显著降低了GADD45B启动子区域的DNA甲基化水平。使用去甲基化药物5-氮杂胞苷（5-Aza，5-Azacytidine）处理HBE细胞和小鼠实验均表明，DNA低甲基化是CS诱导GADD45B上调的重要机制。
结论与意义
本研究发现，CS通过降低GADD45B启动子的DNA甲基化水平，促进其在支气管上皮细胞中的表达。GADD45B通过p38磷酸化直接促进炎症因子的释放，并通过与FOS相互作用促进细胞衰老，进一步加剧炎症反应。这些发现揭示了GADD45B在COPD发病机制中的关键作用，为COPD的治疗提供了潜在的新靶点。
研究亮点
- 重要发现：首次揭示了GADD45B在COPD中的调控机制，特别是其在炎症和细胞衰老中的作用。
- 创新方法：通过RNA测序、TBS和基因敲除小鼠模型，多维度验证了GADD45B的功能和机制。
- 应用价值：GADD45B作为COPD的潜在治疗靶点，为开发针对COPD的新型疗法提供了理论依据。
其他有价值的信息
本研究的局限性在于未能完全阐明GADD45B与FOS相互作用的具体机制，未来需要进一步开展基因编辑实验和分子生物学研究。此外，GADD45B在其他细胞类型（如肺泡上皮细胞和免疫细胞）中的作用也有待探索。