BKCa通道调控颗粒物诱导的人支气管上皮细胞DNA损伤反应的新机制

本研究针对颗粒物(PM)暴露引发的DNA损伤机制不明问题，揭示了BKCa钾通道在DNA损伤响应(DDR)中的关键作用。通过CRISPR/Cas9构建BKCa敲除的16HBE14o-细胞模型，发现BKCa缺失导致克隆形成能力下降、ROS水平升高、PARP1依赖性凋亡及DNA双链断裂(DSBs)增加。qPCR显示BKCa缺失影响XRCC1/XRCC3等修复基因表达，首次阐明该通道通过调控氧化损伤修复通路维持基因组稳定性，为环境污染物致毒机制提供新靶点。

　　

空气污染中的颗粒物(PM)是威胁全球健康的隐形杀手，尤其PM_2.5已被证实与肺癌、神经退行性疾病密切相关。尽管已知PM能引发DNA损伤，但其分子机制仍如雾里看花。更令人困惑的是，作为呼吸道第一道防线的人支气管上皮细胞(HBE)中，那些维持离子平衡的钾通道是否参与DNA修复？这个谜题被华沙生命科学大学的研究团队揭开了关键一角。

研究人员将目光聚焦于大电导钙激活钾通道(BK_Ca)。这种由KCNMA1基因编码的通道不仅存在于细胞膜，还分布在线粒体(mitoBK_Ca)和细胞核中，像多面手般调控着从离子平衡到氧化应激的多种功能。团队前期发现，敲除BK_Ca会导致HBE细胞屏障功能受损、线粒体呼吸障碍，但它在DNA损伤响应(DDR)中的角色仍是未解之谜。

为破解这个难题，研究者采用CRISPR/Cas9技术构建BK_Ca敲除细胞系(HBE△α BK_Ca)，结合标准颗粒物SRM-2786暴露模型。通过克隆形成实验、流式细胞术检测细胞周期和凋亡、γH2AX标记DNA双链断裂，以及qPCR阵列分析29个DDR基因表达，系统评估了BK_Ca缺失对PM毒性的影响。

BK_Ca缺失加剧PM的细胞毒性
克隆形成实验显示，100μg/ml PM处理时，敲除细胞的存活率(49.01%)显著低于野生型(59.47%)。流式检测发现BK_Ca缺失使G2/M期细胞比例升高至23.2%，提示DNA修复受阻。更惊人的是，γH2AX检测显示敲除细胞基础DSBs水平已是野生型的2.18倍，PM处理后进一步升至2.37倍，犹如雪上加霜。

凋亡通路激活的分子指纹
Western blot和流式共同捕捉到PARP1被切割的"死亡信号"——89kDa片段在PM处理后增加近1倍。有趣的是，虽然ROS水平在两组间无统计学差异，但BK_Ca缺失细胞的ROS信号增幅更明显，暗示通道可能通过微妙调控氧化应激影响细胞命运。

DNA修复网络的全局重编程
qPCR阵列揭示了BK_Ca对DDR基因的精密调控：

• 野生型细胞响应PM时，XRCC1(SSBR通路)和XRCC3(HR通路)等12个基因显著上调
• BK_Ca缺失导致PARP3表达异常，这种能同时调控SSB/DSB修复的多功能蛋白在敲除细胞中反常下调
• 最令人意外的是，PM处理的敲除细胞中，24个修复基因集体"沉默"，包括BRCA1/2、RAD51等关键因子，仿佛整个DNA修复网络陷入瘫痪

这项发表于《Scientific Reports》的研究首次将离子通道与DNA损伤响应直接关联，提出BK_Ca通过"离子调控-氧化平衡-基因表达"三层机制维护基因组稳定。就像交响乐指挥家，BK_Ca协调着从早期DNA损伤检测到晚期修复执行的整个过程。其缺失会导致修复系统"走音跑调"，使细胞在PM攻击下更易积累突变。这不仅为环境致癌机制提供了新视角，更提示BK_Ca可能成为预防PM相关疾病的新靶标。

未来研究可深入探索BK_Ca调控DDR的具体分子开关——是通过改变钙信号？还是直接与修复蛋白互作？这些问题的答案或将开辟环境毒理学与离子通道研究的新疆域。