阿米巴生物学揭示了肺疾病的潜在治疗靶点

在一系列的实验中,始于amoebas-single-celled扩展podlike附件移动johns Hopkins的生物医学科学家称他们已经发现了一个基因通路可以被激活,帮助清除粘液从慢性阻塞性肺疾病患者的肺广泛的肺疾病。

”作为治疗和基本生物学家一起工作来理解一个问题的根源主要的人类疾病,和问题,正如经常发生的那样,如果涉及到的核心生物细胞,”道格·罗宾逊说,博士,教授,细胞生物学,药理学和分子科学、医学(肺),肿瘤,以及约翰霍普金斯大学医学院的化学和生物医学工程。

根据美国疾病控制和预防中心的数据，慢性阻塞性肺疾病(COPD)是美国第四大死亡原因，影响着超过1500万的成年人。这种疾病会导致肺部充满粘液和痰，患有慢性阻塞性肺病的人会出现慢性咳嗽、喘息和呼吸困难。香烟吸烟是多达四分之三COPD病例的主要病因，而且尽管研究了几十年，目前还没有治愈或有效的治疗方法。

2月25日发表在the细胞科学杂志研究人员说，他们采用了一种新的方法来理解这种疾病的生物学，他们关注的是一种生物结构比它简单得多的有机体人类细胞来识别可能保护人体免受有害化学物质伤害的基因香烟烟雾。

Robinson和他的合作伙伴，医学博士Ramana Sidhaye，也是约翰霍普金斯大学肺部医学的教授，和他们的前实验室成员Corrine Kliment，医学博士，博士，依靠这一知识:随着物种进化，动物王国的遗传路径经常被保留下来。

我们来看看生活在土壤中的盘基网柄阿米巴(amoeba Dictyostelium disideum)，人们长期以来一直在研究它来了解细胞的运动和通讯。科学家们将实验室级别的香烟烟雾通过一根管子泵入浸泡在阿米巴体内的液体营养物质中。然后，科学家们使用改造过的变形虫来识别能够提供防烟保护的基因。

看看提供保护的基因，创造“幸存者”细胞，有一个家族的基因脱颖而出:腺嘌呤核苷酸转位酶(ANT)。由这组基因组成的蛋白质存在于细胞膜或细胞能量发电站结构(称为线粒体)的表面。一般来说，线粒体有助于制造细胞生存所需的燃料。当蚂蚁的基因高度活跃时，细胞就能更好地制造燃料，保护它们免受烟雾的伤害。

Kliment, Robinson和他的团队怀疑他们还帮助变形虫克服香烟烟雾的有害影响。

为了更好地理解蚂蚁是如何基因在人类身上，科学家们研究了28名在匹兹堡大学接受治疗的慢性阻塞性肺病患者的肺组织细胞样本，并将它们进行了比较肺从20个肺功能正常的人身上提取细胞的基因活性。

科学家们发现，COPD患者的ANT2基因表达比肺功能正常的患者少20%。他们还发现暴露在烟雾中的老鼠失去了ANT2基因表达。

接下来，Robinson、Kliment和他们的研究团队试图发现ANT2如何保护人体免受香烟烟雾中的化学物质的伤害，在这个过程中，他们发现了一些完全意想不到的东西。

排列在肺部的细胞利用称为纤毛的手指状突起将粘液和其他颗粒清除出肺部。在包括人类在内的哺乳动物中，科学家们发现，ANT2基因产生的蛋白质定位于纤毛内部和周围，能够将少量的细胞燃料释放到细胞旁的水状物质中。燃料增强了纤毛有节奏、有规律地“跳动”以清除黏液的能力。

“在慢性阻塞性肺病患者中，粘液变得太厚而无法清除出肺，”罗宾逊说。

约翰霍普金斯大学的医学团队发现，与具有正常ANT2功能的人类肺细胞相比，缺乏ANT2的人类肺细胞的纤毛在暴露于烟雾中时跳动效率降低35%。此外，靠近细胞的水样液体大约是正常细胞高度的一半，表明液体密度更大，这也可能导致搏动频率更低。

当科学家们通过基因改造肺细胞，使其拥有过度活跃的ANT2基因，并将它们暴露在烟雾中时，这些细胞的纤毛以与未暴露在烟雾中的正常细胞相同的强度跳动。这些细胞旁边的水层比没有蚂蚁的细胞高2.5倍。

“细胞善于再利用细胞过程在不同的物种中，在我们的实验中，我们发现哺乳动物重新利用蚂蚁的基因来帮助传递细胞线索，在呼吸道中建立合适的水合层，”Robinson说。“谁能想到线粒体蛋白质也可以生活在细胞表面，并负责帮助气道纤毛跳动和移动?”

罗宾逊说，进一步的研究可能会产生新的发现，开发基因疗法或药物，使ANT2功能恢复到肺内膜细胞作为COPD的潜在治疗方法。

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