吸烟是呼吸系统疾病的危险因素,是引起慢性阻塞性肺病(chronic obstructive pulmonary disease, COPD)的主要原因。气道(气管和支气管)上皮作为抵御外来损伤因素的第一道防线,吸入香烟烟雾可以造成其损伤。在修复过程中,损伤周围的上皮细胞(airway epithelial cell, AEC)分裂增殖、分化和迁移,以重新覆盖受损伤区域,这一系列细胞活动过程均有赖于微管及其相关蛋白之间复杂的相互作用。近年来研究显示,结肠腺瘤性息肉病(adenomatous polyposis coli, APC)蛋白可以通过其分子羧基末端的微管结合区域与微管正极直接结合,故被称为微管正极示踪蛋白(plus-end tracking proteins),它以微管连接蛋白的形式,调节微管组装、引发微管成束以及增加微管稳定性,被视为一种新的微管相关蛋白(microtubule-associated protein, MAPs),积极促进修复中细胞活动的进行。糖原合成酶激酶3β(glycogen synthase kinase 3β, GSK3β)是一种多功能的丝/苏氨酸蛋白激酶,具有广泛的作用底物,参与多种细胞生命过程。APC蛋白作为GSK3β的底物之一,被GSK3β磷酸化之后与微管的结合减少,导致微管解聚;GSK3β还能够磷酸化其它多种微管相关蛋白,减弱它们稳定微管的能力,进而影响损伤修复中细胞迁移等细胞活动;GSK3β活性也受其它激酶的磷酸化调节,引起活性抑制。基于以上资料,我们推测APC蛋白、GSK3β可能参与修复过程中的细胞迁移、分裂增殖等活动,从而在气道上皮损伤修复中发挥重要作用。目的:本研究通过建立小鼠吸烟的动物模型,检测APC蛋白、GSK3β在气道上皮不同损伤修复时期中的动态变化,初步探讨二者在吸烟致气道上皮损伤修复中的作用及机制,继而为进一步深入探讨气道上皮损伤后的修复机制提供理论和实验依据。方法:本实验用相同浓度(每次燃烧8支卷烟,每支10 min,换烟时,停止吸烟5 min,每次2 h,每天1次,每周7次)的香烟主流烟雾分别使小鼠吸入1周、4周、8周和12周,建立吸烟致气道上皮损伤修复的动物模型,以未吸烟小鼠作为对照。采用HE染色观察损伤修复过程中气道上皮的形态学特征;免疫组织化学检测APC蛋白、GSK3β在气道上皮的表达变化;Western印迹技术检测肺组织中APC蛋白、GSK3β以及磷酸化GSK3β(P-GSK3β)的总表达量;免疫荧光共聚焦成像观察APC蛋白、GSK3β在气道上皮细胞内的分布变化。结果:①HE染色结果显示:对照组气道粘膜上皮结构完整,纤毛排列整齐,细胞间连接紧密;吸烟1 w气道上皮细胞纤毛减少、倒伏,细胞间连接疏松,细支气管壁有少数炎细胞浸润;吸烟4 w气道上皮细胞坏死、脱落,多数上皮细胞间连接松散,气道上皮完整性部分被破坏,细支气管壁有较多炎细胞浸润;吸烟8 w气道上皮细胞排列整齐、纤毛减少,上皮细胞之间连接未见明显异常;吸烟12 w损伤情况与吸烟4 w相似,但伴有局灶性气道粘膜基底层细胞增生,细胞层次增多。②免疫组化染色结果:APC蛋白在吸烟1 w时细支气管上皮细胞的表达较对照组增强(P<0.05),吸烟4 w时APC蛋白表达明显低于对照组(P<0.01),吸烟8 w、12 w时APC蛋白表达均较吸烟4 w增强(P<0.05)但与对照组比较无显著性差异;GSK3β在吸烟组各阶段细支气管上皮细胞内的表达均较对照组减弱(P<0.01或P<0.05),吸烟8 w时GSK3β表达较吸烟1 w时增强(P<0.01)。③Western印迹显示:APC蛋白、GSK3β在各实验组肺组织的含量变化与免疫组化表达结果一致;吸烟组各阶段GSK3β磷酸化水平均高于对照组,以吸烟1 w时表达最高。④荧光共聚焦成像显示:APC蛋白红色荧光颗粒在对照组气道上皮细胞胞质内呈均匀弥散分布,吸烟1 w、8 w时,红色荧光颗粒在气道上皮细胞腔面和侧面质膜下聚集成簇状,吸烟4 w时红色荧光强度减弱,吸烟12 w时荧光颗粒分布与对照组相似;GSK3β在对照组和吸烟组气道上皮细胞胞质内都呈均匀弥散分布,无定位改变。结论:①吸烟对气道上皮存在持续性的损害作用,同时也存在机体对其损伤的修复,从而使气道上皮反复呈现损伤、修复重建和再损伤的形态学特征。②吸烟致气道上皮损伤修复过程中APC蛋白表达量及在胞质内分布呈动态变化,同时伴有GSK3β表达量下调和磷酸化水平增高。由上述结果我们推测:APC蛋白、GSK3β可能通过参与微管动力学和功能的调节,影响修复中细胞迁移、分裂增殖等生物学活动,从而在气道上皮损伤修复过程中发挥重要作用。