Die Wirkung einer ätherischen Ölverbindung auf die PM2.5 induzierte endotheliale mesenchymale Transition von mikrovaskulären Endothelzellen der Lunge der Maus
PM2,5 (Feinstaub mit einem aerodynamischen Durchmesser ≤ 2,5 μ m) ist einer der Hauptschadstoffe, die Luftverschmutzung verursachen. PM2,5 hat eine große spezifische Oberfläche, so dass es leicht toxische und schädliche Stoffe transportieren kann, die über die Atemwege in die tiefen Alveolen eindringen und dort Lungenentzündungen und -schäden verursachen und möglicherweise zu Lungenfibrose führen. Die signifikante Zunahme von Fibroblasten ist das Hauptmerkmal der Lungenfibrose. Kollagen sammelt sich in der Peripherie der Lungenblutgefäße und der Alveolarsepten an, und auch das faserige Bindegewebe nimmt entsprechend zu, was letztlich zu einer Verfestigung der Matrix und zu Schwierigkeiten beim Gasaustausch führt. Die endoendotheliale mesenchymale Transition (EndMT) ist eine der Quellen von Fibroblasten, die durch den allmählichen Verlust von Phänotypmarkern wie vaskulärem Endothelzell-Cadherin (VE-Cadherin/CDH5) und Thrombozyten-Endothelzell-Adhäsionsmolekül-1 (CD31/PECAM-1) in Endothelzellen gekennzeichnet ist, und verstärkte Expression von Phänotypmarkern wie Typ-I-Kollagen (Col1), Vimentin, Alpha-Glattmuskel-Aktin (cta2/alpha SMA) in Mesenchymzellen. Fibroblasten-spezifisches Protein 1 (Fsp1/S100A4) und andere Proteine. Während dieses Prozesses nehmen die Proliferations- und Migrationsfähigkeiten der Zellen allmählich zu, was schließlich zu Veränderungen der Zellmorphologie führt. In den letzten Jahren wurde der molekulare Mechanismus der entzündungsinduzierten EndMT aufgeklärt. Der TGF-β-Weg ist ein klassischer Weg für entzündungsinduzierte EndMT, und alle drei Isoformen von TGF-β können das Auftreten von EndMT in verschiedenen Zelllinien vermitteln, wobei TGF-β 1 die wichtigste Rolle spielt. Frühere Studien haben gezeigt, dass PM2.5 die Lungenentzündung durch die Aktivierung des TGF-β-Signalwegs verstärken kann, aber der spezifische Wirkmechanismus und seine Auswirkungen auf die Lungenfibrose sind noch unklar.

Ätherische Öle (EO) können aus den Blüten, Früchten, Samen, Blättern, Stängeln oder Wurzeln aromatischer Pflanzen durch Destillation, Extrusion oder Lösungsmittelextraktion gewonnen werden. Sie haben verschiedene Wirkungen, wie z. B. antibakterielle, entzündungshemmende, antioxidative und Anti-Aging-Wirkung, und werden häufig in klinischen und pharmazeutischen Bereichen sowie im Gesundheits- und Wellnessbereich eingesetzt. Die "natürliche Therapie", bei der aus aromatischen Pflanzen extrahierte ätherische Öle zu therapeutischen medizinischen Zwecken eingesetzt werden, wird als Aromatherapie bezeichnet, die durch äußere Methoden wie Aromatherapie, Inhalation, topische Anwendung oder Hydrotherapie verabreicht werden kann. Die ätherischen Öle von Eukalyptus, Pfefferminze, Weihrauch und Fichte werden häufig zur Behandlung von Atemwegserkrankungen eingesetzt. Sie können Schleim lösen, Schleim entfernen, Bakterien abtöten, Husten und Krämpfe lindern und so die Lunge vor Entzündungen schützen und Lungenentzündungen lindern. Wir verwendeten Aromatherapie, um die vier oben genannten Arten von ätherischen Ölen zu einem zusammengesetzten ätherischen Öl für dieses Experiment zusammenzusetzen, und untersuchten die Interventionswirkung des zusammengesetzten ätherischen Öls auf PM2.5 induzierte EndMT durch den TGF-β 1/SMAD3/p-SMAD3-Signalweg.

PM2,5 ist einer der bedenklichsten Luftschadstoffe. Aufgrund seiner kleinen Partikel gelangt es leichter in die Alveolen und das Blut des menschlichen Körpers und beschleunigt so das Fortschreiten von Lungenerkrankungen. Die Endothelzellen an der Innenwand der Blutgefäße kommen direkt mit Blut in Berührung und reagieren sehr heterogen auf die Stimulation durch Fremdkörper im Blut. Endothelzellen im EndMT-Prozess sind eine der Quellen für Fibroblasten, was nicht nur zu einer erheblichen Zunahme von Fibroblasten führt, sondern auch die Kapillarbettdichte verringert, Gewebehypoxie und Ischämie verschlimmert und den Prozess der Lungenfibrose beschleunigt. Vorläufige Laborexperimente haben gezeigt, dass PM2.5 die EndMT in MHC-Zellen induzieren kann. Die Proteinexpressionsniveaus von Acta2, Col1 und S100A4 steigen an, während die Expressionsniveaus von CD31 und CDH5 sinken, was darauf hindeutet, dass PM2.5 die EndMT in mikrovaskulären Lungenendothelzellen der Maus induzieren kann. Die erhöhte Proteinexpression von S100A4 bestätigt ebenfalls die wichtige Rolle von EndMT bei der Lungenfibrose.

Die Hauptbestandteile des in diesem Experiment verwendeten zusammengesetzten ätherischen Öls sind Alpha-Pinen (16,54%), Eukalyptol (16,7%) und Menthol (12,86%). Eucalyptol ist ein Tumor-Nekrose-Faktor-Alpha-Repressor, der das Fortschreiten von Asthma und chronisch obstruktiven Lungenerkrankungen wirksam hemmen kann und das Potenzial eines entzündungshemmenden Steroidmedikaments hat. Alpha-Pinen hat antioxidative und antibakterielle Wirkungen und zeigt eine gewisse hemmende Wirkung auf die Tumorzelllinie A549. Menthol kann die L-Typ-Kalziumkanäle in der glatten Gefäßmuskulatur blockieren, was eine gewisse therapeutische Wirkung auf Herz-Kreislauf-Erkrankungen hat. In diesem Experiment wurde festgestellt, dass PM2,5 die Proliferation und Migration von MHC-Zellen induzieren kann, die nach 48 Stunden Behandlung ihren Höhepunkt erreichen. In der Gruppe mit dem ätherischen Öl wurde die Gesamtfunktion der MHC-Zellen durch die PM2,5-Induktion jedoch nicht signifikant verändert. Nach einer 36-stündigen Behandlung mit ätherischem Öl waren die Proteinexpressionswerte von Acta2 und Col1 deutlich reduziert, was darauf hindeutet, dass ätherisches Öl eine gute lindernde Wirkung auf das Auftreten von EndMT hat.

Die Forschung hat festgestellt, dass TGF-β eine wichtige Rolle bei der Entwicklung, Verletzung und Reparatur der Lunge spielt. Es kann die Synthese der extrazellulären Matrix durch die Aktivierung von TGF-β 1-Rezeptoren fördern und die Pathogenese der Lungenfibrose regulieren. Frühere Experimente haben gezeigt, dass nach einer 48-stündigen Behandlung von MHC-Zellen mit PM2,5 die Proteinexpressionswerte von TGF-β 1, TGF-β R1 und p-SMAD3 ansteigen. Nach Zugabe von SB431542 zur PM2.5-Gruppe für 48 Stunden sinkt jedoch die Expression von TGF-β R1 und p-SMAD3. Da die SMAD-Proteinphosphorylierung ein typischer Indikator für den TGF-β-1-Signalweg ist, kann man erkennen, dass PM2.5 TGF-β-R1 aktivieren kann, indem es den TGF-β-Signalweg reguliert und die Umwandlung von TGF-β-1 in eine aktive Form stimuliert. TGF - β R1 wird aktiviert und bindet an SMAD3. Eine Überexpression von p-SMAD3 kann die Expression von mesenchymalen Zellmarkern und die Kollagenakkumulation fördern. In der Gruppe mit dem zusammengesetzten ätherischen Öl war die Proteinexpression von TGF-β R1 und p-SMAD3 deutlich reduziert. Die Verbindung ätherisches Öl hemmte die Aktivierung von TGF-β R1, um die Expression von p-SMAD3 zu verringern, wodurch PM2.5 induzierte EndMT unterdrückt wurde.

Daraus lässt sich ableiten, dass zusammengesetzte ätherische Öle das Auftreten der durch PM2.5 induzierten EndMT in Lungenendothelzellen durch Hemmung der Expression des TGF-β 1/SMAD3/p-SMAD3-Signalwegs verlangsamen können. Diese Ergebnisse bieten eine theoretische Grundlage für die Reparatur von EndMT-Schäden in der Lunge nach der Exposition gegenüber PM2.5 und den Interventionsplan von zusammengesetzten ätherischen Ölen.