细胞生物学杂志。2002年5月13日;157(4): 657–663.
NH2-α-平滑肌肌动蛋白末端肽在体内外抑制肌成纤维细胞产生力
瑞士日内瓦4号日内瓦大学医学中心病理学系,1211
收到日期:2002年1月10日;2002年3月12日修订;2002年3月18日接受。
- 补充资料
【补充材料索引】
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摘要
肌成纤维细胞是专门的成纤维细胞,在纤维收缩性疾病中负责肉芽组织收缩和软组织收缩。成纤维细胞-肌成纤维细胞调节的标志物是α-平滑肌肌动蛋白(α-SMA)的新表达,α-SMA是血管平滑肌细胞典型的肌动蛋白亚型,被认为在肌成纤维力量生成中起重要作用。肌动蛋白亚型在NH中略有不同2-末端序列;这些保守的差异表明了不同的功能。当NH2-α-SMA Ac-EEED的末端序列以具有细胞穿透序列的融合肽(FP)的形式传递给培养的肌成纤维细胞,抑制其收缩活性;此外,在体内局部给药可抑制大鼠伤口肉芽组织的收缩。NH2-α-骨骼肌动蛋白末端肽对肌成纤维细胞无影响,而NH2-β-细胞质肌动蛋白末端肽在不影响α-SMA分布和细胞收缩的情况下,消除了该亚型的免疫荧光染色。FPs代表了一种新的工具,可以更好地理解肌动蛋白亚型的特定功能。我们的研究结果支持α-SMA在伤口收缩中的关键作用。α-SMA–FP将有助于理解结缔组织重塑的机制;此外,它还为纤维收缩性疾病的细胞骨架依赖性预防和/或治疗策略提供了基础。
关键词:肌动蛋白亚型;伤口愈合;肉芽组织;转化生长因子β;纤维化
结果
SMA-FP和类似构造的控制α-骨骼肌动蛋白(α-SKA)FP(SKA-FP),由NH组成2-α-SKA Ac-DEDE末端肽与载体pAntp-Pro50(Derossi等人,1994年),在无罗丹明(Rh)B标记或有罗丹明B标记的情况下合成(SMA-Rh-FP和SKA-Rh-PP);测试时,标签并没有改变FP活性(未公布的数据)。合成了β-细胞质肌动蛋白FP(β-CA-FP),无Rh B标记。我们选择这些对照是因为(a)NH2-α-SKA的末端序列与α-SMA的末端序列最接近,(b)β-CA在肌成纤维细胞中高度表达。当添加到表达高水平α-SMA的培养大鼠肺成纤维细胞(LFs)中时(Hinz等人,2001a),对照SKA-Rh-FP在几分钟内显示出弥散的细胞质分布(A) 对α-SMA的免疫染色无影响(B) 和β-CA(C) ●●●●。SMA-Rh-FP进入LF与SKA-Rh-FP类似,但具体定位于应力纤维(D) ;α-SMA特异性抗体对应力纤维的染色在30分钟内逐渐减少(E) β-CA染色保持不变(F) ●●●●。清洗后,SMA-Rh-FP从应力纤维中消失,α-SMA染色在30–60分钟内恢复(未公布数据)。这些结果表明,Ac-EEED可逆地与位于应力纤维中的特定伙伴结合。当将β-CA-FP添加到培养的LF中时,在30分钟内,β-CA从应力纤维中逐渐消失(E) α-SMA分布没有任何变化(D) ;此外,这些细胞的外围定期出现无丝状β-CA和α-SMA的大细胞质突起(F) 表明β-CA-FP通过影响皮层网络来改变细胞形状().
FP在培养的LFs中的分布及其对α-SMA免疫染色。SKA-Rh-FP(A,红色)在应用于培养基30分钟后显示出弥散的细胞质分布。同时,它不影响应力纤维中α-SMA(B,绿色)和β-CA(C,蓝色)的染色。在相同条件下,SMA-Rh-FP沿着应力纤维(D)定位,并在不改变β-CA(F)染色的情况下取消α-SMA染色(E)。棒材,50μm。
的影响β-CA–培养LF的FP。对照LFs在应力纤维(C,黄色)中共存α-SMA(A,绿色)和β-CA(B,红色)。当添加到培养的LFs中30分钟时,β-CA-FP不影响α-SMA(D)的染色,但取消了β-CA(E)的染色。此外,β-CA–FP诱导无应力纤维的板层突起从头形成(F,白线表示治疗前假定的细胞边缘)。棒材,50μm。
为了研究SMA-FP对单个肌成纤维细胞的影响,将LFs生长在可变形的硅衬底上(Harris等人,1980年)其硬度可以限制高度收缩的α-SMA阳性成纤维细胞形成皱纹(Hinz等人,2001年a) (A;视频可在http://www.jcb.org/cgi/content/full/jcb.200201049/DC1). 当浓度为5–10μg/ml时,SMA-FP导致细胞张力释放,如皱纹数量减少所示。这一动作在15分钟内可见(B) 30分钟时达到最大值(C) ●●●●。去除SMA-FP可逆转此效果:洗涤10分钟后,LF首先缩回,其面积缩小(D) ●●●●。然后在30–60分钟后进行皱纹修复(). 皱纹消失和再现的循环重复了三次。SKA-FP和β-CA-FP在所有测试浓度下均无影响(未公布数据)。
当从培养皿中释放时,附着的胶原蛋白格可以定量评估细胞群的收缩活性(格林奈尔,1994). LF填充晶格迅速收缩,30分钟后其直径最大减小至初始直径的58%(,ct)。SKA-FP对晶格收缩没有影响(,SK,250μg/ml)。SMA-FP依赖性降低晶格收缩浓度(SM,从5μg/ml时的56%到250μg/ml下初始直径的27%)。在晶格释放之前冲洗SMA-FP,导致控制收缩水平(). SMA-FP对LFs产生张力的特异性抑制作用表明Ac-EEED在α-SMA介导的肌成纤维细胞收缩中的作用。其可逆性表明α-SMA-FP对细胞完整性没有显著影响。
SMA-FP抑制LF介导的胶原晶格收缩。用FPs处理附着的胶原晶格30分钟并释放;再测量30分钟后,将其直径归一化为释放前的直径(等于收缩%)。与未处理的对照晶格相比,(ct)SKA-FP(SK)对晶格收缩无影响,而SMA-FP(SM)则依赖于剂量降低收缩;释放前冲洗SMA-FP(W)会逆转这种效果*第页≤0.01和**第页与对照组相比≤0.001。
细胞外基质蛋白合成增加是肌成纤维细胞活性的标志(塞里尼和加布亚尼,1999年). 为了确定SMA-FP是否影响胶原蛋白的生成,我们将培养的LFs在含有FPs的培养基中培养5天,浓度为3-5μg/ml。在这一时期结束时,LFs保持与未处理对照组相似的形状(). 当用α-SMA抗体和卵磷脂对细胞进行双重染色时,α-SMA染色实际上被废除了(C) ,而阴茎肽的分布与对照LF的分布相似(). 在所有FP浓度下,通过Northern blot评估的I型胶原mRNA表达在第三天开始下降,并且在第五天明显低于对照组(). 胶原mRNA的变化与α-SMA mRNA的减少平行(). 这些结果表明,SMA-FP对胶原和α-SMA mRNA表达的作用是间接发挥的,例如通过降低成纤维细胞产生的张力。
SMA-FP对LF形态和性能的长期影响α-SMA免疫染色。在富含无血清培养基中生长5天的LFs显示出高度组织化的应力纤维装置,可染色α-SMA(a,绿色)和F-actin(B,指骨苷红)。每天两次连续服用SMA-FP 5天,几乎完全消除了α-SMA(C)的染色,但不会改变细胞形态和F-actin分布(d)。棒材,50μm。
SMA-FP降低培养的肌成纤维细胞中I型胶原和肌动蛋白的mRNA表达。用SMA-FP(3μg/ml)处理培养的LFs 1–5天后,Northern blot分析显示I型胶原mRNA在4.7和5.8 kb的两条带中检测到随时间变化的减少,α-SMA在1.7 kb检测到随着时间变化的降低。在这两种情况下,在第三天可以看到下降。对照组LFs(ct)在相似的孵育时间后未显示I型胶原和α-SMA mRNA的变化。
在大鼠开放性伤口愈合过程中,肌成纤维细胞从头表达的α-SMA水平在9–10天大的肉芽组织中达到最大值(Darby等人,1990年;Hinz等人,2001b). 当用内皮素(ET)-1等SM激动剂刺激时,从该组织切下的条带产生显著的等长张力(130±23μN)(Majno等人,1971年;阿普尔顿等人,1992年;Hinz等人,2001b). 与未经处理的对照条或相同浓度SKA-FP处理的条相比,SMA-FP(0.5 mg/ml)可逆地将肉芽组织条的收缩活性降低至36%(). 因此,SMA-FP具有抑制药物刺激肉芽组织肌成纤维细胞收缩的能力;与体外实验相比,有效剂量大约高出两个数量级,这可能是由于FP被细胞外基质吸收所致。
SMA-FP抑制肉芽组织条收缩。用ET-1刺激9天大的肉芽组织条带,通过洗涤120分钟恢复静止张力,然后用FPs处理60分钟或不处理,然后用ET-1再次刺激。通过洗涤120分钟并用ET-1刺激第三次来测试可逆性。与未经处理的板条(ct)相比,SKA-FP(SK)处理不会改变收缩。SMA-FP(SM)显著降低铝带收缩;冲洗SMA-FP可恢复控制收缩水平**第页与对照组相比≤0.001。
为了研究SMA-FP在体内对肉芽组织收缩的影响,并尽可能避免对上皮化的干扰,我们选择了用塑料框架夹板固定伤口的模型(Abercrombie等人,1960年;Hinz等人,2001b). 与正常愈合伤口相比,夹板技术增加了伤口成纤维细胞α-SMA的表达(Hinz等人,2001b). 机械防止伤口收缩会累积张力,从而在拆除支架时迅速缩小伤口面积。在我们的实验中,框架在受伤10天后被移除,24小时后减少到初始表面的30%(). 在第八天和第九天以及第十天取出支架后,分别用载体凝胶和含有SKA-FP或SMA-FP的载体凝胶治疗夹板伤口。框架移除6小时后,对照伤口和SKA-FP治疗的伤口面积与初始伤口面积相比减少至~37%;SMA-FP的应用显著减少了这种快速收缩(初始伤口面积的50%)(). 24小时后,对照伤口面积进一步减少至初始伤口面积的31%,而经SMA-FP治疗的伤口面积显著增大(42%)。
SMA-FP减少体内伤口收缩。(A) 用夹板对大鼠背部典型的全层伤口施加机械张力;将支架放置10天。创伤后8天去除痂,用FPs载体凝胶或仅用载体凝胶处理伤口组织。在受伤后第九天和第十天重复治疗。(B) 在取出夹板24小时后,经SKA-FP治疗的伤口显示出与未经治疗的对照组相比的重要表面缩小。(C) 经SMA-FP治疗的伤口明显减少。(D) 取下夹板后6小时和24小时测量创伤面积,并将其归一化为初始创伤面积。每个实验条件下使用20只动物计算平均值。ct,仅载体凝胶;SK、SKA-FP;SM、SMA-FP**第页与对照组相比≤0.001。
材料和方法
融合肽
NH处分别含有Ac-EEED、Ac-DEDE和Ac-DDDIA的SMA-FP、SKA-FP和β-CA-FP2细胞穿透载体pAntp-Pro50的末端(Derossi等人,1994年),被合成到95%的纯度(UCB生物产品);选择这种载体是因为其细胞质传递效率高(Derossi等人,1994年). 前两个FP也被标记为Rh B,通过四甘氨酸臂与位置5的赖氨酸共价连接(UCB生物制品)。这并没有改变他们的活动。初步实验后,如果没有其他说明,则按以下浓度添加SMA-、SKA-、SMA-Rh-和SKA-Rh-FP:3–10μg/ml添加到塑料和硅衬底上的培养细胞中,5–250μg/ml加入到胶原晶格中的细胞中,500μg/ml加到切除的肉芽组织条中,以及500μg/ml载体凝胶(Lutrol®F-127;巴斯夫股份公司(BASF AG)用于体内伤口治疗(实验详情见下文)。β-CA–FP的使用浓度为3–500μg/ml。
体外实验
如前所述分离和培养LF(Desmoulière等人,1992年)在MEM加10%FCS的60-mm培养皿(Nunc and Life Technologies)上培养4d。实验在无血清MEM中进行,以避免FP沉淀。LFs与Rh-tagged FPs孵育,用甲醇固定,并对α-SMA(抗αSM-1,IgG2a单克隆抗体)进行染色(Skalli等人,1986年)和β-CA(β74,rbAb)(Yao等人,1995年)其次是二级抗体山羊抗小鼠FITC-偶联和山羊抗兔氨基甲基香豆素醋酸盐或Rh-偶联(Jackson ImmunoResearch Laboratories)。用3%多聚甲醛/PBS固定并用0.2%Triton X-100/PBS渗透后,进行Rh-球蛋白(Molecular Probes)染色。用40×油浸物镜在Axiopot显微镜(ZEISS)上观察安装样品。使用数字彩色相机和相应的软件(Axiocam;蔡司)采集图像。使用Adobe Photoshop对所有图像进行打印处理®.
为了观察单个细胞的收缩活性,将LFs在FCS存在下在可变形的硅衬底上培养4天(Harris等人,1980年),其是为了获得最佳电阻而生产的,如前所述(Hinz等人,2001a). 图像序列是通过配备63×物镜B/W相机(BC-2;AVT Horn)、帧抓取器(Meteor PCI;Matrox Electronic Systems Ltd.)和KS400软件(蔡司)的倒置显微镜(Axiover 135;蔡司)获得的。在无血清MEM(见上文)中进行60分钟的对照记录后添加FP,然后通过反复清洗去除FP,以测试可逆性。
附着的胶原晶格(格林奈尔,1994)生产并与LFs(2.5×10)混合5/ml)如前所述(Hinz等人,2001a)在MEM和10%FCS中培养5天。然后用FPs处理晶格,释放,30分钟后测量的直径归一化为释放前的直径(等于收缩%)。通过在释放前清洗处理过的晶格来测试可逆性。
RNA提取和Northern印迹
LFs在MEM和10%FCS的10-cm细胞培养皿中生长到80%的融合;然后将细胞在富含无血清的培养基中培养5天(斯托弗和欧文斯,1992年)含有浓度为3–5μg/ml的FPs;含有FPs的培养基每天更换两次。根据制造商的方案,使用Trizol试剂(Invitrogen)分离总RNA。如前所述,将总RNA(每车道2.5–5.0μg)变性,通过电泳分离,并转移到Electran尼龙膜(BDH实验室用品)上(Serini等人,1998年). 用两个探针进行杂交:一个1600 bp的大鼠α1(I)胶原cDNA,识别5.8和4.7 kb的两条带(Genovese等人,1984年)和总肌动蛋白cRNA 320-bp(Kocher和Gabbiani,1986年)如前所述,识别1.7 kb的α-SMA mRNA和2.1 kb的细胞质肌动蛋白mRNA(Kocher和Gabbiani,1986年;Serini等人,1998年). 信号的量化标准化为使用GAPDH探针获得的结果(Neuville等人,1997年). 杂交后,分别在65°C(胶原蛋白)和58°C(肌动蛋白)下,在5×SSC和0.1%SDS中清洗过滤器2×20 min。然后将Northern印迹暴露在伊士曼柯达公司X-Omat SO-282胶片上,温度为−70°C。
动物实验
为了测量切除的肉芽组织条的等长张力,共有40只雌性Wistar大鼠(200-250只)克)使用了。所有动物程序均按照《联邦兽医指南》进行,并经日内瓦医学院伦理委员会批准。在背部中部形成25×25mm的全厚伤口(Hinz等人,2001b). 一氧化碳致大鼠死亡2伤后9天麻醉,解剖组织并切割成5×10mm的条状。条状物在器官浴中用等距力-位移传感器(FT03;Grass Instrument Co.)的杠杆施加预应力(Hinz等人,2001年b),用ET-1刺激(Bachem AG)10−7M、 通过洗涤120分钟恢复静息张力,然后用FPs处理60分钟,或者不处理,用ET-1刺激第二次。通过洗涤120分钟并用ET-1刺激第三次来测试可逆性。每次刺激后约30分钟测量峰值张力,根据每只动物的三条组织条和每种实验条件的10只动物计算平均值,如前所述(Hinz等人,2001b).
为了测试体内伤口收缩,共有80只雌性Wistar大鼠(200–250只克)使用了。全厚25×25-mm伤口(见上文)通过夹板承受机械张力,即通过手术线将其边缘固定在塑料框架上;框架放置10天(Hinz等人,2001b). 伤后第8天去除夹板伤口的结痂,并用1 ml载体凝胶(Lutrol)中的FPs处理伤口组织®F-127;BASF AG)或仅使用载体凝胶,并用透明膜覆盖(OpSite™;施乐辉医疗有限公司)。在取出夹板后立即在受伤后的第九天和第十天重复治疗。在移除塑料框架之前以及在6小时和24小时之后立即测量伤口面积。伤口收缩被计算为归一化到初始伤口尺寸的面积减少。每个实验条件下使用20只动物计算平均值。
统计分析
定量结果以平均值±SD表示。平均值之间的差异通过双尾异方差Student’s检验t吨测试,并被认为在以下值上具有统计显著性*第页≤0.01和**第页≤ 0.001.
致谢
我们感谢G.Celetta、A.Geinoz、G.Martinello、A.Maurer-Hiltbrunner、J.C.Rumbeli和Chi-Yu Jia博士在不同技术方面的专家帮助,感谢Robert Low博士批判性阅读本文,感谢E.Homberg博士的秘书工作。
这项工作得到了瑞士国家科学基金会(31-61.336.00和31-54048.98)和UCB生物制品公司的支持。
脚注
*本文中使用的缩写:α-SMA,α-平滑肌肌动蛋白;β-CA、β-细胞质肌动蛋白;内皮素;FP,融合肽;LF,肺成纤维细胞;Rh,罗丹明;SKA,骨骼肌动蛋白;SM,平滑肌。
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