Innate Immune Mechanisms of Non-infectious Lung Inflammation

摘要 控制干细胞更新和组织纤维化的分子机制仍然不完全 明白该计划是我们不断努力阐明细胞外基质成分的作用， 先天免疫受体在调节肺损伤、炎症和纤维化中的作用。 特发性肺纤维化 (IPF)是一种致命的肺部疾病，部分原因是肺泡上皮修复不足，导致 过度的成纤维细胞活性。 我们的实验室在上一个创建时期已经产生了一系列的工作 显示糖胺聚糖透明质酸（HA）和先天性免疫受体TLR 4在肺泡上皮细胞表达， 上皮细胞和巨噬细胞在调节肺炎症和纤维化中具有重要作用， 非感染性肺损伤的背景下。HA由透明质酸合成酶2（HAS 2）在细胞膜上合成。 我们已经发现，在肺上皮细胞的细胞表面上表达的HA具有保护功能 对抗依赖于TLR 4的非感染性损伤。新的发现使我们形成了 这种更新的应用是先天免疫受体与内源性细胞外基质相互作用， 促进肺泡祖细胞更新。在过去的几年里，我们的团队已经开发出了国家级的 在非感染性肺损伤的情况下，靶向2型肺泡上皮细胞（AEC 2）的最新工具。 在该奖项的资助期间，我们发现缺乏TLR 4或靶向TLR 4的小鼠， AEC 2中HAS 2的缺失对非慢性感染性肺损伤非常敏感， 间质纤维化从TLR 4缺陷或HAS 2靶向缺失的小鼠中分离的AEC 2显示， 自我更新能力降低。我们首次发现，先天免疫受体与基质 是肺干细胞更新和预防严重纤维化所必需的。 我们已经确定IL-16是一种 AEC 2以依赖于HA-β-TLR 4相互作用的方式释放的推定的细胞因子介体促进 干细胞更新和调节肺纤维化。 最重要的是，我们发现， 与健康供体肺相比，IPF患者肺的AEC 2减少。AEC 2来自 IPF肺显示相对于来自健康肺的细胞，细胞表面HA减少和更新能力受损。 肺 这些数据进一步支持IPF是AEC 2失败的疾病的概念，并且我们的小鼠模型 概括了人类肺纤维化疾病的关键方面。 根据我们的初步研究， 提出了细胞表面HA与其受体之间的相互作用是重要组成部分的假设 AEC 2祖细胞更新和肺修复的相互作用，这些相互作用的丧失导致严重的肺纤维化。在 在本研究中，我们将明确AEC 2中TLR 4、CD 44、NF-κ B B和HAS 2促进细胞凋亡的机制。 祖细胞更新和肺修复。实现此应用程序的目标将 这为肺部疾病的治疗提供了一种全新的方法。

Abstract  The  molecular  mechanisms  that  control  stem  cell  renewal  and  tissue  fibrosis  remain  incompletely  understood. This program is our continuous effort to elucidate the role of extracellular matrix components and  innate  immune  receptors  in  regulating  lung  injury,  inflammation,  and  fibrosis.  Idiopathic  pulmonary  fibrosis  (IPF) is a fatal lung disease resulting, in part, from inadequate alveolar epithelial repair leading to detonation of  excessive  fibroblast  activity.  Our  laboratory  has  generated  a  body  of  work  during  the  last  founding  period  showing  that  glycosaminoglycan  hyaluronan  (HA)  and  innate  immune  receptor  TLR4  expressed  on  alveolar  epithelial  cells  and  macrophages  have  important  roles  in  regulating  lung  inflammation  and  fibrosis  in  the  context of noninfectious lung injury. HA is synthesized at the cell membrane by hyaluronan synthase 2 (HAS2).  We have discovered that HA expressed on the cell surface of lung epithelial cells serves a protective function  against noninfectious insults that is dependent upon TLR4. The new findings that lead us to forms the basis for  this  renewal  application  is  that  innate  immune  receptors  interact  with  endogenous  extracellular  matrix  to  promote alveolar progenitor cell renewal. During the past several years, our team has developed state-­of-­the-­ art  tools  to  target  both  Type  2  alveolar  epithelial  cells  (AEC2s)  in  the  context  of  noninfectious  lung  injury.  During  the  funding  period  of  this  award,  we  discovered  that  mice  deficient  in  either  TLR4  or  with  a  targeted  deletion  of  HAS2  in  AEC2s  are  enormously  sensitive  to  non-­infectious  lung  injury  and  develop  fulminant  interstitial fibrosis. AEC2s isolated from mice deficient in either TLR4 or with a targeted deletion of HAS2 show  reduced self-­renewal capacity. We show for the first time, that innate immune receptors interacting with matrix  are  necessary  for  lung  stem  cell  renewal  and  prevention  of  severe  fibrosis.  We  have  identified  IL-­6  as  a  putative  cytokine  mediator  released  by  AEC2s  in  a  manner  dependent  on  HA-­TLR4  interactions  promotes  stem  cell  renewal  and  modulates  lung  fibrosis.  Most  importantly,  we  have  found  that  there  is  a  significant  reduction of AEC2s from the lung of patients with IPF compared to the lung of healthy donors. AEC2s from the  IPF  lungs  showed  reduced  cell  surface  HA  and  impaired  renewal  capacity  relative  to  the  cells  from  healthy  lungs.  These  data  further  support  the  concept  that  IPF  is  a  disease  of  AEC2  failure  and  our  mouse  model  recapitulates  key  aspects  of  the  human  lung  fibrotic  disease.    Based  on  our  preliminary  studies,  we  have  generated the hypothesis that interactions between cell surface HA and its receptors are essential components  of AEC2 progenitor cell renewal and lung repair, and loss of these interactions results in severe lung fibrosis. In  this  proposal,  we  will  define  the  mechanisms  by  which  TLR4,  CD44,  NF-­kB,  and  HAS2  in  AEC2s  promote  progenitor cell renewal and lung repair in mouse and human. Achievement of the goals of this application will  result in a completely novel approach to the treatment of lung diseases.