PI3K/AKT/mTOR信号通路激活致Ddit4基因高表达是百草枯肺损伤的主要分子机制

百草枯(paraquat，PQ)是广泛应用于全球的除草剂，也是全球自杀和意外中毒的常见毒物。PQ对人畜有高度的毒性，急性呼吸窘迫综合征是PQ中毒患者死亡的直接原因。故阐明肺组织损伤的机制是抢救PQ中毒成功的关键。我们前期采用新型全转录组芯片检测了PQ中毒小鼠肺组织的全基因转录表达谱,经系统生物信息学技术分析推测“Ddit4是百草枯肺损伤的核心基因。为此，我们系统研究了Ddit4基因在百草枯致肺损伤的作用和机制。首先从Ddit4分子与PQ小鼠肺组织病变的相关性研究为切入点。结果百草枯中毒小鼠肺组织Ddit4基因和蛋白表达均显著增高，而且百草枯中毒患者血液Ddit4水平较对照组高。意外的是百草枯不同剂量所致小鼠Ddit4肺组织蛋白表达水平与肺组织损伤程度均无明显相关性。为此，我们采用Ddit4敲除线虫验证Ddit4基因在百草枯中毒中的作用。结果发现：百草枯诱导的Ddit4基因敲除线虫与野生型线虫比较生存时间无显著差异。这些实验结果提示Ddit4增高可能不是百草枯中毒肺损伤的直接原因。有趣的是我们意外发现：rgs-1基因敲除的rgs-1(nr2017)秀丽线虫突变体对百草枯有显著的抵抗作用。百草枯致rgs-1基因敲除线虫寿命延长，表明rgs-1基因有抵抗百草枯的作用，其机制与rgs-1基因调控胰岛素/胰岛素样生长因子信号通路[Insulin/IGF signaling (IIS)]的靶分子eat-1，daf-16 age-1和isp-1有关。由于rgs-1调控寿命也是通过insulin/IGF signaling通路实现，而且rgs-1的缺失能抵抗重金属镉的氧化应激毒性却是直接通过daf-16基因，不依赖Insulin/IGF signaling通路。这些证据不仅证实rgs-1是重要的百草枯中毒的致病基因，而且证实Insulin/IGF signaling通路是百草枯中毒线虫死亡的关键重要信号通路。该发现对于后期研究百草枯中毒特异性通路阻断药物提供了重要的实验依据；由于我们已完成百草枯中毒患者的代谢组学分析，这也为下一步研究Ddit4与rgs-1基因的调节氧化应激代谢通路关键酶的筛选奠定了基础。