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研究背景和目的:特发性肺纤维化(IPF)是一种原因不明的慢性、进行性肺间质纤维化疾病,全球有超过500万名患者。IPF常见于中老年人,预后差,病死率高,诊断后平均生存期仅24年,大多数患者最终死于呼吸衰竭。香叶基香叶基焦磷酸合成酶(GGPPS)是甲羟戊酸代谢途径中重要的分支酶,主要催化法尼基焦磷酸(FPP)合成香叶基香叶基焦磷酸(GGPP),其表达异常会扰乱蛋白质法尼基化和香叶基香叶基化之间的平衡。研究证实GGPPS参与炎症、肿瘤、不孕不育和肝纤维化等多种疾病的发生,对胎儿肺的发育至关重要。目前尚不清楚GGPPS是否参与肺纤维化进程,因此,我们的研究旨在探讨GGPPS在肺纤维化形成中的作用,并寻求可能的作用机制。研究方法:1、我们构建了博来霉素诱导的小鼠肺纤维化模型,利用免疫组化、Western blot等方法检测GGPPS在各时间点野生型小鼠肺组织中的表达情况;2、利用肺泡上皮特异性GGPPS敲除小鼠造模,通过qRT-PCR、免疫组化、免疫荧光、Western blot、Masson染色、ELISA等方法检测GGPPS敲降对肺部炎症、肺纤维化指标的影响以及肺成纤维细胞增殖、活化的影响,并探究TGF-β/BMP信号通路在GGPPS调控肺纤维化中的作用;3、行挽救实验,观察提前补充GGPP对GGPPS敲除诱导的小鼠肺纤维化程度和TGF-β/BMP信号通路的影响。研究结果:1、在博来霉素诱导的小鼠肺损伤和肺纤维化过程中,GGPPS表达上调:博来霉素给药后24小时,野生型小鼠肺组织中GGPPS表达即有轻度升高,第7天时明显升高,约升高2倍,直至第21天,一直呈持续高表达状态,提示GGPPS可能在肺纤维化形成中发挥作用。2、GGPPS缺失促进细胞外基质沉积增加,肺纤维化程度加重:与WT鼠比较,GGPPS敲除鼠肺组织匀浆中羟脯氨酸含量明显增高,Masson染色显示蓝色胶原沉积增多,肺纤维化评分更高,Ⅰ型胶原蛋白和纤连蛋白的mRNA和蛋白水平均有明显升高。而提前补充GGPP可有效预防GGPPS敲除诱导的小鼠肺纤维化。3、GGPPS缺失加重肺部炎症反应:与WT鼠比较,造模后第7天,GGPPS敲除小鼠支气管肺泡灌洗液(BALF)中细胞总数和中性粒细胞比例增加,总蛋白水平升高,IL-1β增高。4、GGPPS缺失促进成肺纤维细胞的活化和增殖:免疫组化、WB及PCR结果均显示GGPPS敲除鼠肺组织α-SMA表达增高,免疫荧光双重染色亦显示GGPPS敲除鼠肺组织中肌成纤维细胞数量明显增多。5、GGPPS通过TGF-β1/BMP-4信号通路调控肺纤维化:GGPPS缺失后,TGF-β1表达增加,p-Smad2水平升高,而p-Snmad1/5水平下降,TGF-β1/Smad2信号通路激活,而BMP-4/Smad1/5信号抑制,TGF-β1和BMP之间的信号平衡被破坏,补充GGPP后两者之间的平衡得到恢复。结论:我们的研究证实了 GGPPS在肺纤维化形成过程中发挥保护性作用,GGPPS缺失通过激活TGF-β1信号和抑制BMP-4信号促进肺纤维化进程。