«Мы обнаружили, что без нормального FLCN альвеолярные эпителиальные клетки (AEC) в легких этих пациентов начали умирать, что привело к образованию отверстий в легких, которые увеличиваются по мере исчезновения все большего количества клеток. Эти отверстия могут заполняться воздухом и лопаться, вызывая легкие к коллапсу », — говорит Вера Крымская, доктор философии, магистр делового администрирования, доцент медицины Медицинского факультета Перельмана Пенсильванского университета и исследователь Инициативы биологии дыхательных путей отделения легочной, аллергической и интенсивной терапии.От 80 до 100 процентов пациентов с BHD разовьются множественные дыры или кисты в легких.Здоровые человеческие альвеолы, терминальные концы респираторного дерева, выстланы альвеолярными эпителиальными клетками (АЭК) типа I и типа II, возобновляемой популяцией предшественников в этих дистальных воздушных пространствах.
Известно, что АЭК поддерживают легочный альвеолярный гомеостаз, регулируя газообмен и транспорт жидкости в легких.Предыдущие исследования показали, что могут быть некоторые перекрестные помехи между FLCN и AMP-активируемой протеинкиназой (AMPK) главного сенсора энергии. AMPK поддерживает эпителиальные межклеточные взаимодействия и необходим для выживания эпителиальных клеток.
Он регулируется с помощью LKB1, гена-супрессора опухолей, связанного с 30% случаев рака легких. E-кадгерин, молекула «застежка-молния», которая соединяет эпителиальные клетки, направляет LKB1 к межклеточным соединениям, и его потеря нарушает LKB1-опосредованную активацию AMPK. Это означает, что потеря или мутация в FLCN может вызвать реакцию, которая может нарушить активацию AMPK, взаимодействие и структуру эпителиальной клетки с клеткой, и, как результат, способствует гибели клеток.Исследователи из Пенсильвании решили изучить эту гипотезу, чтобы определить, как и почему это происходит.
Крымская и ее команда протестировали удаленные FLCN в альвеолярных эпителиальных клетках легких мышей II типа и мутировавшие FLCN, у которых отсутствует нормальная функция как у людей с BHD, так и у мышиных систем эпителиальных клеток, и сравнили их с нормальными контрольными клетками человека и мыши.Контрольные клетки показали нормальную эпителиальную структуру, в то время как мутировавшие клетки FLCN показали нерегулярную и нарушенную структуру клеток легких. Кроме того, легкие BHD показали очень мало FLCN в альвеолярных эпителиальных клетках II типа.
Затем, чтобы оценить роль FLCN в легких, команда выделила альвеолярные эпителиальные клетки от мышей с FLCN и удалила ген in vitro, чтобы показать уменьшение межклеточных взаимодействий и повышение клеточной проницаемости. Они также исследовали активность AMPK в этих клетках и увидели, что клетки умирают без FLCN, поэтому надлежащей активации AMPK не было.Мышам с дефицитом FLCN также давали добавку доксициклина для условного удаления FLCN, особенно в клетках альвеолярного эпителия типа II как во время эмбрионального развития, так и во взрослом возрасте.
У новорожденных наблюдались изменения в развитии, вызванные делецией FLCN в эпителии легких. Со временем они трансформировались в изменения, похожие на эмфизему, такие как увеличение альвеол и снижение эластичности легких и легочной функции.Кроме того, исследователи из Пенсильвании первыми продемонстрировали механизм, с помощью которого FLCN запускает эффект домино, необходимый для нормальной функции легких.
Исследование клеток с мутациями FLCN показывает, что FLCN подавляет E-кадгерин и LKB1, который контролирует активность AMPK. FLCN также поддерживает альвеолярное поверхностное натяжение, предотвращая коллапс легких, как это наблюдается при болезни BHD.
Без этого начинают появляться изменения в легких, связанные с BHD и другими распространенными и редкими заболеваниями легких: аномальное увеличение воздушного пространства среди них.Затем команда показала, что на самом деле AMPK необходим для выживания эпителиальных клеток. Важно отметить, что с помощью модели BHD на мышах исследователи продемонстрировали положительный эффект фармакологического активатора AMPK AICAR, стимулятора AMPK, на функцию легких.
«AMPK — метаболический регулятор клеток альвеолярного эпителия», — говорит Крымская. «Мы сможем обратить вспять гибель клеток, если найдем способ терапевтически активировать AMPK у пациентов с менее оптимальным или мутированным FLCN».