吸烟通过表观遗传调控POT1表达促进肺泡Ⅱ型细胞衰老加剧肺纤维化的机制研究

这篇研究揭示了吸烟通过上调甲基转移酶MECP2，协同抑制端粒保护蛋白POT1的转录（DNA甲基化和FOXP2结合抑制双重机制），诱导肺泡Ⅱ型（AT2）细胞衰老并分泌SASP因子，最终加剧肺纤维化（PF）。AAV9-POT1基因治疗可逆转该过程，为吸烟相关肺疾病提供新靶点。

　　

吸烟与肺纤维化的表观遗传调控机制

ABSTRACT

吸烟是肺纤维化（PF）的重要风险因素，但具体机制尚未阐明。本研究首次发现吸烟通过下调端粒保护蛋白POT1表达，诱导肺泡Ⅱ型（AT2）细胞衰老，进而加剧特发性肺纤维化（IPF）。机制上，吸烟上调甲基转移酶MECP2，通过协同作用——既诱导POT1启动子区CpG岛甲基化，又通过MECP2-FOXP2蛋白互作阻断转录因子FOXP2对POT1的转录激活。POT1缺失通过p-ATM/p-ATR依赖途径触发细胞衰老，分泌促纤维化因子激活成纤维细胞。动物实验中，AAV9-POT1基因治疗可显著缓解纤维化。

1 Introduction

肺纤维化以不可逆的肺结构破坏和呼吸衰竭为特征，吸烟可使其风险提升67%。单细胞测序显示PF患者肺组织中存在大量衰老AT2细胞。POT1作为端粒保护复合体shelterin的关键组分，其缺失会导致端粒缩短——已知与IPF风险增加4.19倍相关。但吸烟如何通过表观遗传调控POT1表达尚未明确。

2 Materials and Methods

研究采用临床样本（10例吸烟IPF患者/8例非吸烟IPF患者/6例对照）和动物模型（C57BL/6J小鼠，香烟烟雾+博来霉素诱导PF）。通过scRNA-seq（129,162个人类细胞/69,383个小鼠细胞）、BSP甲基化检测、ChIP-qPCR、Co-IP等技术，结合AAV9-POT1基因治疗验证机制。

3 Result

3.1 吸烟通过细胞衰老加剧肺纤维化

GSE47460数据库分析显示，吸烟者IPF风险升高67%，且与衰老标志物CDKN2A（p=1.63×10^-3）、TP53（p=0.003）显著相关。动物实验证实香烟与博来霉素协同作用：联合组胶原沉积较单处理组增加2.1倍（p<0.01），衰老相关β-半乳糖苷酶阳性细胞增加3.3倍（p<0.001）。

3.2 AT2细胞是吸烟诱导衰老的主要靶点

单细胞测序显示吸烟PF患者AT2细胞的衰老评分较非吸烟者高4.8倍（p<0.001），显著高于其他细胞类型（内皮细胞1.9倍，成纤维细胞1.4倍）。原代AT2细胞实验中，香烟提取物（CSE）使TGF-β1诱导的ROS水平提升2.2倍（p<0.01），细胞周期阻滞于G1期比例达68.3%。

3.3 POT1下调是吸烟致衰老的关键

RNA-seq发现CSE处理使POT1表达降低3.1倍（p=1.2×10^-5）。临床样本显示吸烟IPF患者AT2细胞POT1 mRNA仅为非吸烟者的37%（p=0.002）。机制上：

• 甲基化机制：BSP显示CSE使POT1启动子CpG岛甲基化水平从12%升至58%（p<0.001）

• 转录抑制：MECP2与FOXP2结合（Co-IP验证），阻断FOXP2对POT1启动子的激活（荧光素酶活性降低71%，p<0.001）

3.4 POT1缺失触发DNA损伤反应

siRNA敲低POT1后：

• ATM/ATR通路磷酸化水平提升4.3倍（p<0.001）

• γ-H2AX焦点数量增加5.1倍（p<0.001）

• 条件培养基使成纤维细胞胶原分泌量增加2.8倍（p<0.01）

3.5 AAV9-POT1治疗的逆转效应

基因治疗使小鼠肺纤维化面积减少62%（p<0.01），Ashcroft评分从5.8降至2.3（p<0.001）。AT2细胞中LMNB1蛋白恢复至对照组的83%（p=0.003）。

4 Discussion

本研究首次阐明吸烟通过"DNA甲基化+MECP2-FOXP2互作"双重表观遗传机制抑制POT1，其科学价值在于：

1. 发现PF中AT2细胞衰老的特异性调控通路

2. 揭示吸烟通过非突变途径影响端粒维护的新机制

3. 提供AAV9-POT1的潜在治疗策略

临床启示包括：吸烟者应定期监测端粒长度，甲基转移酶抑制剂（如5-Aza）或可用于延缓吸烟相关PF进展。未来需探索POT1调控网络在其他衰老相关疾病中的普适性。