探討在慢性阻塞性肺病當中蛋白去磷酸酶4於溫度變化及細胞老化當中的作用機制

背景：慢性阻塞性肺病 (Chronic Obstructive Pulmonary Disease, COPD) 是導致全球死亡率上升及多種疾病共病發生率增加的主要原因之一，其特徵為持續性的氣流受限與慢性氣道發炎。環境的壓力，例如極端氣溫變化會透過瞬時感受器電位通道5 (Transient receptor potential channel 5, TRPC5)調節細胞壓力反應, 像是誘發程式性細胞死亡與損害氣道上皮屏障功能來影響COPD的疾病進展。另外，細胞老化亦被認為是COPD病理中不可忽視的關鍵機制。老化細胞因DNA損傷、染色體異常等壓力而造成細胞週期停滯並在肺部累積，進一步釋放發炎因子，促使氣道慢性發炎與組織重塑。蛋白質去磷酸酶4 (Protein Phosphatase 4, PP4) 已知參與氣喘發炎反應的調控，然而其在COPD病程中的角色仍未明朗。
研究目的：本研究旨在探討PP4-TRPC5訊息軸於溫度變化與IL-8誘導細胞老化中的調控角色，以及與COPD疾病發展的關聯性。
材料與方法：本研究將小鼠肺組織與經氣液界面細胞培養 (Air-Liquid Interface culture, ALI) 的人類鼻上皮細胞株RPMI 2650-ALI暴露於不同溫度條件下，評估其基因表現、蛋白質表現與細胞內鈣離子濃度變化；以IL-8刺激支氣管上皮細胞BEAS-2B，觀察老化標誌物的表現。進一步透過PP4基因敲除與過度表現，探討其在溫度誘導的細胞壓力與老化中的調控功能。此外，取COPD病患的肺組織進行免疫組織化學染色，用以觀察TRP通道、老化標誌物與PP4的表現。
結果：透過RNAseq分析顯示，在溫度變化處理的小鼠肺組織中發現TRPC5表現於高溫條件下上升，而於低溫條件下則呈現下降趨勢，另外, 在COPD病患肺組織中則看到TRPC5與PP4顯著上調。RPMI 2650-ALI細胞於高溫下呈現鈣離子濃度下降與TRPC5通道表現降低，同時伴隨Panoptosis發生。低溫則是促使TRPC5表現與鈣離子濃度皆上升，同時伴隨PP4表現量下降，進而誘導內質網壓力並破壞E-cadherin相關的細胞屏障功能，而上述的改變可透過TRPC5抑制劑或PP4過度表現逆轉。另外，在COPD肺組織中，老化標誌物p16, p21與PP4表現呈正相關。IL-8可透過CXCR1/2-NF-κB訊號軸誘導p16與p21表現，此現象可經由Navarixin以及JSH-23等抑制劑獲得驗證。此外，PP4缺失會加劇IL-8誘導的細胞老化。
結論：高溫暴露會下調TRPC5表現並活化Panoptosis途徑；相反地，低溫壓力則提升TRPC5介導的鈣離子流入並伴隨PP4下調從而導致細胞屏障功能受損，由此顯示PP4-TRPC5軸在上皮細胞功能失調中的關鍵角色。此外，PP4亦參與IL-8誘導之細胞老化的調控。研究結果揭示PP4在溫度壓力、TRP通道調控與細胞老化之間的調控角色，並為COPD病理機轉提供嶄新見解。
關鍵字：慢性阻塞性肺病、極端氣溫、瞬時感受器電位通道5、整合性細胞死亡、上皮屏障功能失調、細胞老化、蛋白質去磷酸酶4