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专硕3班-石群锋-2018ZD026国家自然科学基金申 请 书（2 0 1 8版）资助类别： 面上项目 亚类说明： 附注说明： 项目名称： 补阳还五汤对百草枯诱导肺纤维化中转化生长因子1/Smad3通路的调控机制研究 申 请 人： 石群锋 电 话： 18408257676 依托单位： 成都中医药大学 通讯地址： 成都市十二桥路37号 邮政编码： 610075 单位电话： 61800000 电子邮箱： 457470903 申报日期： 2019年03月01日 国家自然科学基金委员会基本信息申请人信息姓名石群锋性别男出生年月19780902民族汉学位硕士职称教授每年工作时间（月） 8电话 [phone]电子邮箱 457470903传真123-3124234国别或地区中国个人通讯地址成都市十二桥路37号 工作单位成都中医药大学 主要研究领域中医药防治呼吸与老年病的研究依托单位信息名称成都中医药大学 联系人XXXX电子邮箱 XXXXXXXX电话XXXXXX网站地址合作研究单位信息单位名称项目基本信息项目名称补阳还五汤对百草枯诱导肺纤维化中转化生长因子1/Smad3通路的调控机制研究英文名称 资助类别面上项目亚类说明附注说明申请代码 H0110：肺间质性疾病H0111：急性肺损伤基地类别研究期限2019年01月2021年12月研究方向：应用基础研究申请经费40.0000万元中文关键词百草枯，肺纤维化，转化生长因子1/Smad3通路英文关键词 Paraquat, pulmonary fibrosis, transforming growth factor beta 1/Smad3 pathway中文摘要百草枯（Paraquat，PQ）化学名为1，1-二甲基4，4-二联吡啶，分子式：CH3（C5H4N）2CH3Cl2，分子量：257.2，自1962年开始作为除草剂被广泛使用。PQ对人畜的急性毒性作用很强，且无有效解毒剂，中毒事件经常发生，病死率居高不下。PQ中毒后肺纤维化过程中，TGF-1/Smad3的表达水平和功能状态会发生改变，亦存在明显的 EndoMT现象，但这些细胞和转导因子与 EndoMT 的相关性及它们在PQ导致肺纤维化过程中的具体生物学机制均尚未明了。PQ致肺纤维化是基于直接毒性作用还是由免疫炎症反应诱导所形成1。祝春青的研究表明已有成熟的注射PQ肺纤维化模型方案，一次性腹腔注射百草枯可制备小鼠肺纤维化模型,40和50 mg/kg为较合适的造模剂量2。补阳换物汤作为活血化瘀的代表方剂，多项研究表明可延缓肺纤维化的进程，并改善肺功能3。本研究拟采用逆转录-聚合酶链反应(RT-PCR) 法检测TGF-1mNA，Smad3 mNA 的表达。同时采用病理切片行HE染色和Masson 染色，光镜下观察病理组织学变化并摄片，参照Szapiel4等方法评价各组大鼠肺组织肺泡炎程度及肺纤维化程度。并设想在以下几方面深入研究：1、扩大样本量，确证其抗炎作用；2、延长观察时间，重点观察后期的抗纤维化作用；3、观察其对成纤维细胞的作用及其机制。国内外目前未见同类报道。参考文献:1 陆远强,姜久昆.转化生长因子1/Smad3通路和百草枯中毒所致上皮-间充质转变J. 中华危重症医学杂志(电子版),2017,10(3):145-148.2祝春青,陈冬波,王喆,等.腹腔注射百草枯构建小鼠肺纤维化模型J.生物技术通讯,2012,23(4):563-566.3杨晗,王飞,王全林,等.补阳还五汤对肺纤维化大鼠肺组织TGF-1/Smad3表达的影响J.中国实验方剂学杂志,2013,19(24):240-244.4 Szapiel S V，Elson Na，Fulmer J D，et alBleomycin induced interstitial pulmonary disease in the nude，athymic mouseJAm Rev Respir Dis，1979，120: 893. Paraquat (PQ) is chemically known as 1,1-dimethyl 4,4-bipyridine, the molecular formula: CH3 (C5H4N) 2CH3Cl2, molecular weight: 257.2, since 1962 as a herbicide has been widely used. The acute toxicity of PQ to human and animal is very strong, and there is no effective antidote, poisoning events often occur, the mortality rate is high. In the process of pulmonary fibrosis after PQ intoxication, the expression level and functional status of TGF-beta 1/Smad3 will change, and there is also obvious EndoMT phenomenon. However, the correlation between these cells and transduction factors and EndoMT, and their specific biological mechanism in the process of pulmonary fibrosis induced by PQ are still unclear. PQ induced pulmonary fibrosis is based on direct toxicity or 1 induced by immune inflammatory response. Zhu Chunqings research shows that there is a mature model of pulmonary fibrosis by injection of PQ. Paraquat can be injected intraperitoneally once to establish pulmonary fibrosis model in mice. As a representative prescription of promoting blood circulation and removing blood stasis, Buyang Changwu Decoction can delay the process of pulmonary fibrosis and improve pulmonary function. In this study, reverse transcription-polymerase chain reaction (RT-PCR) was used to detect the expression of TGF-beta 1 mRNA and Smad3 mRNA. At the same time, HE staining and Mason staining were used for pathological sections, histopathological changes were observed and photographed under light microscope, and the degree of alveolitis and pulmonary fibrosis in lung tissues of rats in each group were evaluated by Szapiel 4. And envisaged in the following areas: 1, expand the sample size to confirm its anti-inflammatory effect; 2, prolong the observation time, focusing on the late anti-fibrosis effect; 3, observe its effect on fibroblasts and its mechanism. No similar reports have been reported at home and abroad.Reference:1 Lu Yuanqiang, Jiang Jiukun. Transforming growth factor beta 1/Smads pathway and epithelial-mesenchymal transition induced by paraquat poisoning J.Chinese Journal of Critical Care Medicine (electronic edition), 2017, 10 (3): 145-148.2 Zhu Chunqing, Chen Dongbo, Wang Zhe, et al. Pulmonary fibrosis model of mice was established by intraperitoneal injection of paraquat J.Biotechnology Communication, 2012, 23 (4): 563-566.3 Yang Pi, Wang Fei, Wang Quanlin, et al. Effect of Buyang Huanwu Decoction on the expression of TGF-beta_1/Smad3 in lung tissue of pulmonary fibrosis rats J.Chinese Journal of Experimental Prescription, 2013, 19 (24): 240-244.4 Szapiel S V, Elson Na, Fulmer J D, et al. Bleomycin induced interstitial pulmonary disease in the nude, athymic mouse J. AmRev Respir Dis, 1979, 120:893.编号姓名出生年月性别职 称学 位单位名称电话电子邮箱证件号码每年工作时间（月） 1XX教授博士成都中医药大学000000000000123123123142352XX博士生硕士成都中医药大学000000000000123123123142363XX主治医师博士成都中医药大学000000000000123123123142354XX主治医师硕士成都中医药大学000000000000123123123142365XX硕士生学士成都中医药大学000000000000123123123142386XX硕士生学士成都中医药大学00000000000012312312314238总人数高级中级初级博士后博士生硕士生 732313项目组主要参与者（注: 项目组主要参与者不包括项目申请人）国家自然科学基金项目资金预算表(单位： 万元)序号科目名称金额备注1一、直接费用 40.000021、 设备费 3(1)设备购置费 4(2)设备试制费5(3)设备改造与租赁费 62、 材料费 23.4000SD大鼠，转染，RT-PCR，病理，芯片等73、 测试化验加工费 2.100084、 燃料动力费 95、 差旅/会议、国际合作与交流费 5.7000学术会议，差旅费106、 出版/文献/信息传播/知识产权事务费 3.0000文献检索，论文发表，邮费，通讯费等117、 劳务费 3.8000128、 专家咨询费 139、 其他支出 2.000014二、 自筹资金来源预算说明书(定额补助)（请按国家自然科学基金项目资金预算表编制说明中的要求，对各项支出的主要用途和测算理由及合作研究外拨资金、单价10万元的设备费等内容进行详细说明，可根据需要另加附页。）申请经费预算： 总共拟申请经费 40万元人民币。支出预算具体说明如下：1、直接用于本项目研究的的费用共计25.4万元人民币，占总申请费用的68.3%，其中科研业务费12万元人民币，占总申请经费的33.3%。7万元用于病理标本检测、电镜观察、免疫组化、流式细胞仪等检测费用等。其余7万元分别用于能源、动力、资料费、信息费、学术交流差旅费等。实验材料费10万元人民币，主要用于购买体内、外实验所需试剂、试剂盒、实验动物、实验药品和其他常用试剂等。实验室改装费1.4万元，主要用于实验室维修、通风条件的改善等。2、国际合作与交流费用：计划支出5.7万元，占总申请经费的20%。主要用于邀请国外学者来沪进行课题研究交流的部分旅差费、讲课费以及项目组成员出国进行学术交流的旅差费等。3、劳务费：计划支出3.8万元人民币，占总申请经费的6.66%。主要用于参与本项目的研究生、技术人员等的劳务费、加班费等。4、管理费：计划支出 2万元，占总申请经费的 5%。按基金委财务管理规定提取.报告正文参照以下提纲撰写，要求内容翔实、清晰，层次分明，标题突出。请勿删除或改动下述提纲标题及括号中的文字。（一）立项依据与研究内容（4000-8000字）： 1项目的立项依据（研究意义、国内外研究现状及发展动态分析，需结合科学研究发展趋势来论述科学意义；或结合国民经济和社会发展中迫切需要解决的关键科技问题来论述其应用前景。附主要参考文献目录）；百草枯( Paraquat，PQ)，商品名为克芜踪、对草快，化学名称是1，1-二甲基-4，4-联吡啶二氯化物，为联吡啶阳离子盐，易溶于水。因其除草效果好被广泛应用于农业 生产中，但随之出现的自服、误服而导致的中毒事件的发生率也呈逐年上升趋势1。临床上发现，大剂量中毒患者多因多器官功能衰竭而急性死亡; 中小剂量中毒患者在度过急性肺损伤期，部分患者却在后期因不可逆性肺纤维化所导致的呼吸衰竭而死亡，为后期主要死因。目前无有效治疗方法，百草枯通过多种机制诱导肺纤维化，如氧化损伤、肺泡上皮损伤和型肺泡细胞凋亡和细胞因子网络等，其中细胞因子网络中，目前认为转化生长 因子 ( transforming growth factor-，TGF-) 是致纤维化关键性的细胞因子，其介导的 Smad 通路是纤维化发生的可能机制之一2，Smad3家族中的 Smad3是TGF- /Smad3信号通路活化蛋白，其正常表达与肺纤维化的形成直接相关。TGF- 被公认为纤维化形成与发展中最为关键的细胞因子之一，是纤维化形成的启动枢纽3，也是目前所知最强的致纤维化因子。近年来，中医药防治肺纤维化的研究取得了一定成就。研究发现，益气活血法能够改善肺纤维化患者的临床症状和体征，并能延长生存时间。补阳还五汤出自清代名医王清任的医林改错，是益气活血法的代表方剂。现代药理研究表明4，该方的各主要单味中药均对实验性肺间质纤维化具有良好的防治作用，改善微循环，抑制过敏介质的释放，可延缓或阻断肺间质纤维化进程。补阳还五汤在防治肺纤维化方面有着良好的应用前景，但具体作用机制不明。杨晗5等的研究表明补阳还五汤可以通过调控 TGF-1/Smad3 信号通路中的TGF-1，Smad3过度表达，达到对博来霉素诱导小鼠肺纤维化的治疗作用。但补阳还五汤对百草枯所致纤维化是否有效，以及用药时机方面仍未有相关研究。主药参考文献：1罗雅娟, 何旭. 百草枯中毒致肺纤维化的机制研究及治疗现况J. 毒理学杂志, 2013(3).2 Bonniaud P，Margetts P J，Kolb M，et al Transient transgene expression of CTGF in the lung induces moderate and reversible fibrosisJ Eur espir J，2002，20 ( 38) : 378.3 Verrecchia F，Mauviel ATransforming growth factor-beta and fibrosisJ World J Gastroenterol，2007，13 ( 22 ) : 3056-3062.4翟华强，杨毅，姜楠益气活血法对肺纤维化大鼠胶原动态变化影响J中国公共卫生，2008，24(7):892 8932项目的研究内容、研究目标，以及拟解决的关键科学问题（此部分为重点阐述内容）；【研究目标】（1）阐明补阳还五汤对百草枯致大鼠肺纤维化中转化生长因子1/Smad3通路的调节机制。（2）补阳还五汤改善百草枯致大鼠肺纤维化效果观察。（3）初步探明补阳还五汤对百草枯所致肺纤维化的治疗作用。【研究内容】（1） 百草枯致肺纤维化过程中不同阶段转化生长因子1/Smad3通路表达的研究转化生长因子1一直被认为纤维化转变过程中的启动因子，肺纤维化不同阶段的表达差异（2） 补阳还五汤对转化生长因子1/Smad3通路的调控机制研究与激素治疗组比较，采用RT-PCR技术测量转化生长因子1/Smad3通路中相关基因、蛋白表达的差异，探讨可能的机制（3） 补阳还五汤在百草枯致肺纤维化治疗方案的研究补阳还五汤的不同剂量、治疗时机对百草枯致肺纤维化的功能改善的研究【关键科学问题】（1） 补阳还五汤通过调控转化生长因子1/Smad3通路治疗百草枯致肺纤维化的确立是本课题顺利进行下去的重要前提。这部分工作拟采用病理组织学及成熟的RT-PPCR技术观察肺组织病理及转化生长因子1(TGF-1)mNA，Smad3mNA 的表达。（2） 补阳还五汤可治疗百草枯致肺纤维化是本课题成功的关键。从已有的研究看，补阳还五汤可以改善肺纤维化，但对于百草枯引起的肺纤维化的作用的研究尚待确认。3拟采取的研究方案及可行性分析（包括研究方法、技术路线、实验手段、关键技术等说明）；【研究方案】分为预初实验和正式实验两个阶段第一阶段：预初实验阶段1、体内实验动物分组：首先：用百草枯造模，根据补阳还五汤给药剂量的不同将90只大鼠随即分为三组，每组30只。三种药物剂量分别为：0.4mg/kg、0.6mg/kg和0.8mg/kg，造模当日开始给药直至处死。然后：每组再根据观察持续时间的不同分为三个亚组，每组10只。分别观察至28、56和112天。观察指标：1）动物存活率2）动物血标本：检测各组动物血常规、肝、肾功能变化3）动物肺组织病理标本：HE染色，光镜下观察组织结构、细胞形态等变化，以评价药物对肺组织的影响。2、体外实验：取动物肺组织，分离和培养肺泡巨噬细胞和成纤维细胞，采用 HE 染色法观察肺组织肺泡炎程度，RT-PCR技术观察肺组织病理及转化生长因子1(TGF-1)mRNA，Smad3mRNA 的表达。观察不同浓度的补阳还五汤对肺组织的影响差异，同时观察补阳还五汤的体外细胞毒性作用。3、分析决策：综合分析体内、体外研究结果，选择动物存活率最高，肺组织病理变化最轻，毒性反应最轻的剂量为最佳给药剂量。第二阶段：正式实验阶段1、动物分组：（1）首先根据不同的处理因素，将1050只大鼠随即分为七组，每组150只：1) 空白对照组（n=150）：仅用生理盐水处理2)PQ致肺纤维化模型组：按照文献方法制作百草枯致肺纤维化动物模型3)补阳还五汤处理对照组（n=150）：用预初实验选定的补阳还五汤剂量处理动物4)地塞米松处理对照组（n=150）：用地塞米松处理动物5) PQ+补阳还五汤治疗组（n=150）：同百草枯模型组造模。以后用预初实验选定的补阳还五汤剂量处理动物6) PQ+地塞米松治疗组（n=150）：同百草枯模型组造模。以后用地塞米松处理动物7) PQ+小剂量DXM+小剂量补阳还五汤治疗组（n=150）：同PQ模型组造模。以后用相当于第4）组半量的地塞米松（5mg/kg）和第 3）组半量的补阳还五汤处理动物（2）再根据造模后不同的给药时间点，将每组再分为A、B、C、D、E五个亚组，每组五个亚组，每组30只：A:当日给药组B:7天给药组C:14天给药组D:28天给药组E:56天给药组（3）最后将每个亚组再根据给药后观察时间长短分为3组，每组10只。2、观察项目：（1）动物存活率（2）肺组织病理标本：1）大体标本观察：各组肺组织的大小、颜色、弹性、胶原形成情况等2）病理切片观察：a、HE染色，光镜下观察肺泡炎症和纤维化程度，特别关注成纤维细胞灶形成情况；b、透射电镜观察细胞形态学变化；c、采用RT-PPCR技术观察肺组织病理及转化生长因子1(TGF-1)mRNA，Smad3mRNA 的表达。d、相关细胞因子表达情况：用免疫组化方法检测肺组织标本中 MMP-9/TIMP-1和TGF-/INF-的表达情况，以反映体内致纤维化和抗纤维化细胞因子的平衡情况e、肺组织匀浆羟脯氨酸（HYP）含量测定：反应肺组织纤维化程度3、分析总结根据上述研究结果，分析总结补阳还五汤是否能减轻搏莱霉素致动物肺纤维化，以推测将来能否用于人类百草枯中毒致肺纤维化的治疗【技术路线】体内实验对实验数据分析，得出结论。分组实验撰写论文，学术交流正式实验阶段预除实验阶段综合分析体内、体外研究结果，选择动物存活率最高，治疗效果最好的剂量组。体外实验【技术关键】实验第一部分的技术关键：体内实验：1、百草枯致肺纤维化动物模型的成功建立：国内外已有十分成熟的方法。成功的关键在于给药方法和药物在肺内的均匀分布。目前常用的方法有气管插管注入、雾化吸入、气管穿刺注入和动脉灌注等方法。根据前期实验的经验，气管插管注入法简单、方便、对动物损伤小，只要操作熟练，可确保药物准确到位。注药后立即将动物体位旋转，可使药物分布均匀。2、本研究需要观察动物的存活时间较长，对饲养环境要求较高，同济大学医学院可以提供符合要求的实验场所3、补阳还五汤对动物重要脏器功能的影响需要进行肝、肾功能等检测。必须首先用正常大鼠建立正常值范围。体外实验：1. 肺内各种细胞的培养技术基本成熟，我院已具备符合要求的细胞培养条件2. 补阳还五汤对体外培养细胞毒性的检测方法基本具备第二部分的技术关键：1、关于细胞凋亡的检测：主要问题是细胞凋亡判断标准和定量分析。前述任何一个指标单独使用，均不能准确的反映细胞凋亡的真实情况，将几种方法结合运用则可相互取长补短，较为精确的定性、定量。因此，本研究采取多种方法联合应用，从不同角度证明细胞凋亡事件是否发生、发生的时期和严重程度。如：（1）检测细胞水平和亚细胞水平的形态学变化：用光镜可观察到细胞变小，胞质浓缩，核染色质浓缩并边缘化，核片段形成和凋亡小体形成；用电镜可观察超微结构的变化，如胞膜微绒毛变少和消失等。（2）根据生化指标变化：如 DNA 片段化的形成，应用原位缺口翻译技术（TUNEL）进行定性和定量检测。在定量分析时，DNA断裂点形成是目前最常用的判断标准，TUNEL是凋亡检测，特别是定量分析中最主要的方法。（3）利用分子生物学指标：主要指凋亡相关基因及其表达产物的检测。本研究选择多个促凋亡基因和抗凋亡基因同时检测，提高准确性；选择反映不同凋亡时期的最新检测指标，更精确地帮助判断凋亡事件发生的早晚。（4）利用流式细胞术：流式细胞术是研究程序性细胞死亡时细胞许多特性的一种重要的定性、定量分析技术。当细胞凋亡时，细胞膜的通透性增加，小分子 DNA片段丢失，用 DNA特异性荧光染料进行染色后，凋亡细胞的染色程度下降，通过流式细胞仪进行 DNA 含量的检测，可以鉴定出凋亡的细胞。利用流式细胞术结合新的研究方法，还可分辨出早期凋亡和晚期凋亡的细胞，如进行 BALF中凋亡细胞磷脂酰丝氨酸外翻分析和凋亡细胞线粒体膜势能的检测等。技术关键在于：需保持检测标本呈单细胞悬液状态，不至于凝聚成团；活细胞与死细胞的鉴别以及早期凋亡和晚期凋亡细胞的鉴别，都需要不同的检测方法和不同的染色剂；在尚未照明细胞时触发仪器来进行检测以减少本底。2、其他方面的技术关键问题：一方面，本课题组以往的研究已经积累了较为成熟的经验；另一方面，经过预初实验阶段的摸索基本可以解决【可行性分析】1、建立百草枯致肺纤维化动物模型的方法已十分成熟, 将SD大鼠作为实验动物以及用百草枯制作动物肺纤维化模型,目前为国内外学者普遍接受.本课题组前期研究已熟练掌握了该模型的制作方法.2、补阳还五汤延缓肺纤维环的作用已经得到证实, 而且已用于急性粒细胞白血病的临床治疗, 其有效性和安全性已得到认可. 本课题组前期研究初步证实其可通过诱导肺内炎性细胞调亡而减轻百草枯所致的动物肺纤维化, 为本课题进一步研究奠定基础.3、主要从诱导细胞凋亡角度探讨补阳还五汤作用机理, 联合应用多种方法从不同角度反映细胞凋亡事件的发生、发生时间、以及凋亡的程度. 本项目涉及的细胞凋亡定性和定量分析方法我校均有条件进行。4、本课题组曾承担上海市科委资助课题，为本项研究做了大量的前期铺垫.5、课题负责人有着较为丰富的研究经验和知识积累，在间质病研究领域有一定的学术地位.6、课题组成员均有较为扎实的实验研究和临床研究基础，以往的研究已积累了较为成熟的经验。基于以上几点我们认为：本课题设计切实可行、研究条件基本具备、准备工作充分、课题组成员配备合理，因此，完全有能力和条件完成本项研究。4本项目的特色与创新之处；本课题的特色和创新之处主要在于：率先将补阳还五汤引入肺纤维化的治疗研究，并探讨其作用机理，为特发性肺间质纤维化这种目前尚无有效治疗药物的疾病寻找新的治疗方法，开拓新的治疗领域。本项目属于应用基础研究，立足于解决临床面临的难治性肺部疾病治疗问题，目前国内外尚未见同类报道。5年度研究计划及预期研究结果（包括拟组织的重要学术交流活动、国际合作与交流计划等）。【年度计划】2019年1月-12月：1、探讨补阳还五汤有效、安全的最佳剂量2、探讨补阳还五汤最佳用药时机、用药疗程3、观察补阳还五汤长期用药的毒副作用并探索有效防治措施2020年1月-12月：1、进一步确证补阳还五汤的对百草枯所致动物肺纤维化的治疗作用，重点观察其后期的抗纤维化作用2、探讨补阳还五汤治疗肺纤维化的机理，重点探讨对转化生长因子1/Smad3通路的调控机制3、观察不同给药时间的疗效差别2021年1月-12月：1、继续观察不同给药时间的疗效差别，确定最佳给药时间和疗程2、数据分析、资料整理, 分析总结补阳还五汤是否能减轻致动物肺纤维化，以推测将来能否用于人类百草枯中毒致肺纤维化及特发性纤维化的治疗【预期结果】1. 发表论文4-6篇，其中SCI收录杂志2-3篇2. 课题组成员参加国际学术交流3-4次，参加亚太呼吸病学会（APSR）会议交流3. 邀请国外专家来沪讲学1-2次4. 组织全国性学术会议5. 主办国家级继续教育学习班每年1期（二）研究基础与工作条件1研究基础（与本项目相关的研究工作积累和已取得的研究工作成绩）；项目负责人曾就*进行了研究，获得了*、*、*基金资助（以承担的相关课题）。已发表了相关论文*片篇，描述已获得研究成果，相关成果、论文。2工作条件（包括已具备的实验条件，尚缺少的实验条件和拟解决的途径，包括利用国家实验室、国家重点实验室和部门重点实验室等研究基地的计划与落实情况）；已具备的实验条件：l 成都中医药大学中内教研室可提供本项目所需的实验室、实验设施和动物饲养等条件l 具备流式细胞仪、荧光显微镜、电镜、分子病理以及免疫组化等研究条件l 有成熟的纤维支气管镜操作和支气管肺泡灌洗、经支气管肺活检的整套技术和设施l 有完整的细胞培养实验室、 分子生物学实验室的工作条件l 有成熟的同位素标记技术和全套检测设施尚缺少的实验条件：l 目前本项目所需的实验硬件基本具备l 需要的是实验软件所需资金方面的投入，具体见经费预算表。拟通过申请基金资助和院内匹配资金来解决。