肺气肿(Pulmonary emphysema)是一种慢性呼吸性肺部疾病,大多是由吸烟、职业危害和空气污染等因素造成。肺气肿的发病机制尚未明确,在临床治疗上缺乏有效的靶向药物,已严重威胁患者的身心健康。因此,早日阐明肺气肿的发病机制,对预防与治疗该疾病具有重要意义。烟雾暴露导致小鼠肺气肿是目前公认的,且能够有效模拟人类因吸烟而导致肺气肿的动物模型。本实验室前期研究发现,在小鼠肺泡Ⅱ型上皮细胞过表达Noggin基因,将出现类似人类肺气肿症状的表型,并且证实了这与BMP和Wnt信号活性水平下调密切相关。因此,本实验旨在探究上调BMP和Wnt信号通路活性是否可以抵抗由烟雾暴露导致小鼠肺气肿的发生,从而进一步明确这两条信号通路在肺气肿的发病机制中的作用。在本研究中,我们首先成功构建了有效的烟雾暴露小鼠肺气肿模型。结果显示,在烟雾暴露1个月或2个月后,小鼠肺组织出现局部肺泡扩张,肺间隔发生少量断裂。而在烟雾暴露3个月或6个月后,小鼠肺组织肺泡明显扩张,肺间隔大量断裂,肺泡平均内衬间隔较对照组显著提高。通过病理指标检测发现,烟雾暴露导致小鼠肺组织中弹性蛋白、胶原蛋白和E-钙粘蛋白大量降解;炎症因子如TNF-α、IL-18、IL-1β的表达显著提高;细胞增殖与凋亡水平出现明显异常。这些结果均表明烟雾暴露可导致小鼠产生明显的类似肺气肿的症状。其次,我们利用可分别指示BMP和Wnt信号通路活性的BRE-gal和Top-gal转基因小鼠烟雾暴露3个月后,通过X-gal染色观察发现,烟雾暴露小鼠肺组织中的BMP和Wnt信号通路活性均明显下调。这表明BMP和Wnt信号通路与烟雾暴露导致小鼠肺气肿的发生同样存在密切联系。最后,我们利用在肺泡Ⅱ型上皮细胞中单独或同时提高BMP和Wnt信号活性水平的遗传修饰小鼠烟雾暴露3个月后,形态观察发现其肺组织结构维持正常,肺泡平均内衬间隔与对照组无差异。通过免疫荧光技术检测肺泡Ⅱ型上皮细胞标志物SP-C发现,与对照组相比,野生型小鼠在烟雾暴露3个月后,肺泡Ⅱ型上皮细胞的数量明显减少,分泌的SP-C蛋白也显著降低。而单独或同时提高BMP和Wnt信号活性水平的转基因小鼠,在烟雾暴露3个月后,肺泡Ⅱ型上皮细胞数量保持正常,并能够持续分泌SP-C蛋白。上述结果表明,在肺泡Ⅱ型上皮细胞提高BMP或Wnt信号活性水平,可防止由烟雾暴露导致小鼠肺泡Ⅱ型上皮细胞的受损,使其维持正常的结构与功能,进而对肺气肿的发生具有一定的抵抗和保护作用。该实验结果将为进一步研究肺气肿发病机制提供新的理论基础,为预防与治疗该疾病提供潜在的药物靶点。