跳到主要内容
访问密钥 NCBI主页 MyNCBI主页 主要内容 主导航
Am J Respir Crit Care Med.美国急救医学杂志。2008年3月15日;177(6):638–645。
2007年12月20日在线发布。 数字对象标识:10.1164/rccm.200708-1291OC号
预防性维修识别码:PMC2267338型
PMID:18096707

纤维连接蛋白超III型结构域A在肺纤维化中的重要作用

关联数据

补充资料

摘要

理论基础:组织纤维化被认为是一种失调的创伤愈合反应。含有额外III型结构域A(EDA)的纤维连接蛋白参与伤口愈合的调节。含EDA的纤维连接蛋白在伤口修复过程中沉积,其存在先于胶原蛋白。

目标:探讨含EDA的纤维连接蛋白在肺纤维化形成中的作用。

方法:对来自特发性肺纤维化患者或肺癌切除患者的原发性肺成纤维细胞进行含EDA的纤维连接蛋白和α-平滑肌肌动蛋白(α-SMA)表达的评估。用博莱霉素肺纤维化模型对缺乏纤维连接蛋白EDA结构域的小鼠及其野生型同胞进行挑战。对这些小鼠的原代肺成纤维细胞进行了分析在体外确定含EDA的纤维连接蛋白对成纤维细胞表型的贡献。

测量和主要结果特发性肺纤维化肺成纤维细胞比对照成纤维细胞产生更多含EDA的纤维连接蛋白和α-SMA。在博莱霉素激发21天后,EDA-null小鼠没有出现明显的纤维化,而野生型对照小鼠出现了预期的肺总胶原增加。与野生型小鼠相比,博莱霉素治疗后EDA-null肺的组织学分析显示胶原和表达α-SMA的肌成纤维细胞更少。EDA-null小鼠未能发展成肺纤维化与潜在转化生长因子(TGF-β)-β活化减弱和肺成纤维细胞对活性TGF-在体外.

结论数据表明,含EDA的纤维连接蛋白通过TGF-β的激活和反应性,对肺损伤的纤维化解决至关重要,并表明含EDA纤维连接蛋白在组织纤维化形成中起着关键作用。

关键词:纤维化、纤维连接蛋白、转化生长因子-β、肌成纤维细胞

概览评论

关于该主题的科学知识

额外的III型结构域A(EDA)纤维连接蛋白在伤口愈合中很重要,是成纤维细胞活化所必需的。肺纤维化反映了一种失调的创伤愈合反应。

本研究为该领域增加了什么

在本研究中,EDA纤维连接蛋白对于肺纤维化的发展是必要的。在缺乏EDA纤维连接蛋白的情况下,成纤维细胞无法分化为肌成纤维细胞或完全激活潜在的转化生长因子-β。

以细胞外基质(ECM)蛋白在组织中的生成和沉积增加为特征的纤维蛋白增生性疾病,尽管在阐明致病机制方面做出了重大努力,但仍不清楚。最近的注意力集中在ECM成分和间充质细胞表型对纤维化的发展至关重要(1,2). ECM是一种高度动态的复合体,其组成根据其组织定位和生理环境而变化。胶原是纤维病变中鉴定的主要ECM蛋白,是纤维增生性疾病的标志,但纤维连接蛋白(FNs)也异常大量存在,并定位于纤维形成活跃的区域(,4).

FN是组织和血浆ECM中发现的多功能糖蛋白。FN有两种主要形式:血浆FN,一种由缺乏EDA和EDB序列的肝细胞产生的二聚体和可溶性形式,以及细胞FN(cFN),一种间充质细胞、上皮细胞和炎症细胞合成的多聚体形式,沉积在ECM原纤维中,包含可变比例的额外III型结构域A和B(EDA和EDB)(5). 虽然这些结构域的功能尚未完全阐明,但人们关注的是含EDA的FN(EDA-cFN)在成纤维细胞活化中的作用(6)和伤口愈合(7).

虽然调控EDA外显子选择性剪接的分子机制已经被很好地描述,但诱导EDA cFN生成的生理(或病理)因素定义不清(8,9). 有趣的是,促进EDA纳入FN的一个已知因素是转化生长因子(TGF)-β1,这是一种与纤维增生性疾病的发病机制有关的细胞因子(10). 用极少量TGF-β处理正常人成纤维细胞可使EDA-cFN相对于总FN增加两到三倍(11). 此外,EDA-cFN对于TGF-β诱导肌纤维母细胞表型是必要的(6). 因此,因为TGF-β存在于纤维化部位(12)是一种促纤维化生长因子,TGF-β促进纤维化的途径之一可能是通过诱导EDA cFN,从而促进间充质细胞分化为成纤维肌成纤维细胞。

大量证据支持EDA在组织纤维化中的作用。在特发性肺纤维化(IPF)患者的外科肺活检标本中,EDA cFN可在纤维母细胞病灶(假定为活跃的纤维生成部位)中被识别,这些病灶散布在成纤维细胞和胶原之间(13). 在实验模型中,EDA cFN表达发生在肺损伤后早期,胶原沉积之前(). 重要的是,小鼠缺乏产生EDA cFN(EDA)的能力−/−)不能适当地愈合皮肤伤口,反而会形成溃疡性病变,并经历异常、紊乱的再上皮化(7). 尽管有这些数据体内在组织纤维化的发展和进展中对EDA-cFN的需求尚未得到证实。

方法

原发性肺成纤维细胞分离

EDA中的原代人肺成纤维细胞和肺成纤维−/−和野生型(WT)小鼠被分离出来,正如我们之前所描述的(14). 根据密歇根大学机构审查委员会的规定,所有受试者均获得书面知情同意。细胞保存在含有10%胎牛血清、抗生素、谷氨酰胺和N个-2-羟乙基哌嗪-N个′-乙烷磺酸。

FN纯化

在使用含纯化EDA的FN的实验中,IMR-90(新泽西州卡姆登医学研究所)人肺成纤维细胞在汇合后在含有TGF-β1(2 ng/ml)的培养基中培养5天。如别处所述,使用亲和层析纯化细胞表面相关FN(15). 通过考马斯染色和EDA FN的Western blot(未显示)确认纯度。

EDA-转基因小鼠、气管内注射博莱霉素和支气管肺泡灌洗

EDA公司−/−之前已经描述过老鼠(7). WT室友被用作对照。动物在国际遗传工程和生物技术中心(ICGEB)(意大利的里雅斯特)和密歇根大学(密歇根州安娜堡)繁殖和饲养。实验程序由各机构的动物护理和使用委员会批准。博莱霉素实验如前所述进行(16). 通过气管插管进行支气管肺泡灌洗(BAL),用750μl磷酸盐缓冲盐水(PBS)/乙二胺四乙酸对肺部进行两次灌洗。对等数量细胞的细胞自旋制剂进行染色,以进行差异细胞计数测定。

免疫组织化学

如前所述,对石蜡包埋切片进行免疫组化(16)使用Masson三色,或使用抗α-平滑肌肌动蛋白(抗α-SMA)抗体(克隆1A4;Dako Corporation,Carpintia,CA)或抗磷酸-Smad2抗体(目录号3101;Cell Signaling Technology,Beverly,MA),然后使用DAB显色。使用尼康Eclipse 50i显微镜(尼康仪器,纽约州梅尔维尔)对切片进行可视化和拍照。如前所述,对β6整合素进行免疫组织化学(17).

羟脯氨酸测定

通过常规羟脯氨酸测定法测量肺部胶原蛋白含量(18). 实验结果通过与已知羟脯氨酸浓度的标准曲线进行比较进行量化。

西部印记

如前所述,对细胞裂解物进行蛋白质印迹分析(16). FN的EDA抗体(克隆3E2)来自西格玛(密苏里州圣路易斯)。

Sircol分析

Sircol分析(英国卡里克弗格斯Biocolor有限公司),测量可溶性胶原蛋白,按照制造商的说明进行,如前所述(16).

半定量逆转录酶-聚合酶链式反应

如前所述进行半定量逆转录酶-聚合酶链反应(RT-PCR)(16). 引物和探针序列在在线补充中报告(表E1)。

TGF-β活化分析

使用Munger及其同事的方法评估TGF-β的活化(17)稍作修改。简言之,2×105EDA公司−/−或WT肺成纤维细胞与等量稳定表达荧光素酶的水貂肺上皮细胞(MLEC)与纤溶酶原激活物抑制剂(PAI)-1启动子共培养过夜。使用标准报告试验(威斯康星州麦迪逊市普罗米加)评估细胞发光。共培养物的发光被归一化为未经处理的MLEC。使用活性TGF-β1浓度升高处理的MLEC生成发光标准曲线,绘制原始数据。结果表示为相对TGF-β活性。

结果

IPF患者肺成纤维细胞表达EDA-cFN和α-SMA高于对照组

EDA cFN在IPF成纤维细胞病灶中表达(参考文件13和图E1);因此,我们推测EDA-cFN可能是肺纤维化的重要因素。为了评估这种可能性,我们通过Western blot测定了人原发性IPF和正常肺成纤维细胞中EDA-cFN的表达。我们发现IPF肺成纤维细胞表达的EDA cFN明显多于对照肺成纤维(图1A). 当剥离膜并重新制备成纤维细胞活化标记物α-SMA时,我们观察到IPF成纤维细胞中α-SMA表达增加伴随着EDA-cFN的增加(图1A). 为了确保EDA cFN表达的增加不仅仅是由于总FN产量的增加,我们对从IPF肺成纤维细胞(n=8)和正常肺成纤维纤维细胞(n=8)采集的RNA进行了EDA cF和总FN的定量RT-PCR。虽然我们观察到IPF肺成纤维细胞的FN总表达增加(未显示),但包括EDA结构域在内的转录物的比例也增加到正常肺成纤维组织的1.5倍左右(图1B).

保存图片、插图等的外部文件。对象名为AJRCCM1776638f1.jpg

普通间质性肺炎(UIP)患者成纤维细胞中的超III型结构域A(EDA)细胞纤维连接蛋白(cFN)调节。(A类)Western blot显示,与对照组相比,特发性肺纤维化患者肺成纤维细胞中EDA cFN和α-平滑肌肌动蛋白(α-SMA)的表达显著增加。作为负荷控制,剥离膜并重新制备β-微管蛋白。该印迹是对每个患者分别提取的裂解物进行的两个类似实验的代表。(B类)通过定量逆转录酶-聚合酶链式反应评估UIP(n=8)和正常肺成纤维细胞(n=8)中含有EDA的mRNA与总纤连蛋白转录物的相对表达。数据以相对EDA掺入纤连蛋白的形式呈现,该掺入标准化为总纤连蛋白表达*P(P)< 0.05.

EDA公司−/−小鼠免受实验性纤维化的影响

我们之前已经展示了EDA−/−小鼠皮肤伤口无法充分愈合(7)由于新形成的表皮溃疡、异常上皮化和浸润性炎症细胞的持续增殖。探讨EDA-cFN在肺修复和纤维化中的作用−/−WT同窝对照小鼠接受标准剂量的气管内博莱霉素(0.025U/只)诱导肺损伤。我们观察到,WT小鼠出现了明显程度的纤维化,损伤21天后肺胶原蛋白水平升高就证明了这一点(图2A). 然而,EDA−/−小鼠未能显著增加肺胶原蛋白(图2A). 毛染色肺组织的组织学评估显示,WT动物在博莱霉素作用后出现明显的片状纤维化,这是该模型的典型特征。相反,EDA的三色染色肺切片−/−小鼠肺泡壁变厚,胶原沉积明显减少,但间质持续炎症(图2B). WT和EDA−/−单用稀释剂(PBS)的小鼠在激发21天后未表现出炎症或纤维化,也未观察到肺结构的差异(未显示)。接下来,我们评估肺组织切片中是否存在表达α-SMA的肌成纤维细胞。正如预期的那样,WT小鼠的肺纤维化区域表达成簇表达α-SMA的肌成纤维细胞。然而,EDA中肺泡隔增厚和血管周围增厚区域缺乏胶原−/−小鼠似乎缺乏这种细胞(图2B)虽然气道平滑肌细胞α-SMA染色呈阳性,但为体内EDA-cFN对成纤维细胞α-SMA表达的必要性,但对平滑肌α-SMA的表达不必要。确保成纤维细胞增殖潜能的差异不会导致EDA中α-SMA表达细胞的相对缺乏−/−肺,我们评估[H] WT和EDA中的胸腺嘧啶掺入率−/−成纤维细胞。我们发现两种基因型在胸苷掺入方面没有差异(图E2)。

保存图片、插图等的外部文件。对象名为AJRCCM1776638f2.jpg

额外类型III域A–空(EDA−/−)博莱霉素诱导的肺损伤后,小鼠未发生明显的肺纤维化。(A类)EDA的肺组织−/−和野生型(WT)对照组在博莱霉素损伤21天后通过羟脯氨酸测定评估总胶原蛋白含量。数据代表了四个独立执行的实验*P(P)< 0.005. (B类)WT肺切片(顶部面板)和EDA−/− (底部面板)小鼠气管内博来霉素染色21天后,用三色染色评估胶原沉积和抗α-平滑肌肌动蛋白(α-SMA)鉴定肌成纤维细胞。WT小鼠显示α-SMA阳性细胞巢,对应于胶原沉积区域(三色染色为蓝色),而EDA−/−小鼠表现出最小的α-SMA或胶原染色。在EDA中−/−小鼠气道中可观察到α-SMA的表达(箭头)和血管(箭头)平滑肌细胞。每组有三只小鼠接受了检查,结果相似。PBS=磷酸盐缓冲盐水。

博莱霉素诱导的EDA炎症模式−/−小鼠与博莱霉素治疗的β6-整合素阴性小鼠相似(17). β6-整合素是一种上皮限制性整合素,结合TGF-β潜伏相关肽(LAP)复合物,通过构象变化激活TGF-。因此,为了确定β6-整合素表达的差异是否可以解释肺纤维化发展的差异,PBS-和博莱霉素治疗的WT和EDA的组织切片−/−通过免疫组织化学方法评估小鼠的β6整合素。我们没有发现两种情况下菌株之间β6-整合素表达的实质性差异(图E3)。

气管内博莱霉素后炎症细胞募集的动力学分析显示EDA之间无差异−/−和野生动物

气管内滴注博莱霉素通常会在受伤后3天内引起肺部快速炎症反应(19). BAL液中炎症反应的检查显示EDA和EDA之间的细胞总数没有差异−/−博莱霉素诱导的肺损伤后3、7和14天的WT小鼠(图3A). 然而,在博莱霉素滴注后的第21天,通过降低BAL液细胞计数评估,WT小鼠的炎症反应显著缓解。相反,BAL液细胞计数来自EDA−/−小鼠仍然升高,并且显著高于WT小鼠,表明存在持续的炎症反应。通过差异计数测定炎性细胞亚型显示巨噬细胞、淋巴细胞和多形核白细胞的等效招募(图3B). 这些数据表明EDA中博莱霉素治疗后缺乏纤维化−/−小鼠可能是由于未能从炎症反应过渡到纤维化反应,这种作用通常归因于TGF-β1的作用。因此,我们接下来试图确定EDA的能力−/−细胞产生并激活潜在的TGF-β。TGF-β的激活需要构象变化,使TGF-受体能够通过αvβ6或其他整合素进入成熟的TGF-(17)或通过纤溶酶(20). 评估未经治疗的EDA肺成纤维细胞TGF-β的生成−/−和WT小鼠在无血清培养基中培养24小时。收集来自这些细胞的条件培养基,并使用商业化的ELISA分析(assay Designs,密歇根州安娜堡)测量TGF-β。该试剂盒需要对条件培养基进行酸处理,因此,可以测量TGF-β1的潜在和活性形式。我们观察到两种基因型之间TGF-β1的产生没有显著差异(图3C). 接下来,EDA−/−或WT肺成纤维细胞在FN缺失培养基中与稳定表达PAI-1启动子TGF-β反应部分的MLEC共培养过夜,然后如前所述进行分析以评估荧光素酶活性(17). 根据已知浓度的活性TGF-β1刺激报告细胞后荧光素酶活性的标准曲线计算结果。我们注意到EDA−/−成纤维细胞激活TGF-β1的能力明显低于野生型成纤维细胞在体外(图3D).

保存图片、插图等的外部文件。对象名称为AJRCCM1776638f3.jpg

额外III型结构域A–null(EDA)的肺部持续炎症−/−)小鼠气管内博莱霉素激发后。(A类)在指定的日期收集支气管肺泡灌洗液(BAL),并计数细胞总数。结果表示为平均细胞数(×104). 在每个时间点,每组至少测试七只小鼠*P(P)= 0.009.开放式圆圈代表野生型(WT)小鼠,实心三角形代表EDA−/−老鼠。(B类)分离的BAL液中的差异细胞计数(A类). 结果以总细胞浸润百分比表示。PMN=多形核白细胞。开放式圆圈代表WT小鼠,实心三角形代表EDA−/−老鼠。EDA细胞纤维连接蛋白对转化生长因子(TGF)-β1的产生是不必要的,但对激活是必要的。(C类)WT和EDA提供的24小时条件培养基−/−ELISA法检测肺成纤维细胞TGF-β1的表达。24小时TGF-β1的生成没有观察到差异。(D类)EDA中TGF-β的激活受损−/−成纤维细胞。WT和EDA−/−成纤维细胞与水貂肺上皮细胞共培养过夜,表达部分纤溶酶原激活物抑制剂-1启动子与荧光素酶融合。单独培养的报告构建物为阴性对照。EDA公司−/−TGF-β活性明显低于WT细胞*P(P)= 0.0023.

EDA死亡率增加−/−高剂量博莱霉素损伤后的小鼠

测试EDA是否−/−在任何炎症损伤后,小鼠都会产生肺纤维化,我们使用了一种EDA模型−/−WT小鼠接受0.075 U/小鼠的单一气管内博莱霉素注射(“高剂量”,相当于“标准”剂量的三倍),预计该剂量会导致35–40%的死亡率(21). 令人惊讶的是,我们观察到EDA的死亡率增加−/−小鼠与WT小鼠的比较(图4). 组织学检查显示EDA发生了深刻且持续的炎症变化−/−小鼠在注射后12、19、23和29天,而WT小鼠在类似时间点表现出与肺纤维化一致的进行性结构畸变(图E4)。这些数据支持了我们的假设,即EDA cFN可能是从急性炎症反应转变为慢性纤维化反应所必需的,并表明EDA对我们的数据具有功能意义−/−小鼠激活TGF-β1的能力较差。

保存图片、插图等的外部文件。对象名为AJRCCM1776638f4.jpg

额外III型结构域A的死亡率增加–零(EDA−/−)小鼠气管内注射大剂量博莱霉素后。到29天时,69.9%的野生型(WT)小鼠,但只有12.7%的EDA小鼠−/−老鼠存活了下来(P(P)经log-rank检验<0.01)。数据来自包括28个EDA的三个实验−/−小鼠和22只WT小鼠。

EDA之间的Smad信令类似−/−和WT成纤维细胞

虽然我们的观察表明EDA中TGF-β1的激活存在缺陷−/−我们还想探索WT和EDA之间TGF-β信号的潜在差异−/−老鼠;因此,我们接下来评估了每个基因型的肺成纤维细胞中TGF-β1的功能信号。缺乏血清的EDA−/−和WT肺成纤维细胞在没有或存在活性TGF-β1(2 ng/ml)的情况下培养指定的时间点,裂解并评估Smad2磷酸化。作为装载控制,去除斑点并重新配制总Smad2。转化生长因子β后Smad2磷酸化在WT细胞和突变细胞中相似,在刺激后1小时出现峰值磷酸化(图5)表明早期TGF-β信号在两种EDA中都是完整的−/−和WT成纤维细胞。评估这种影响体内接下来,我们在给予博莱霉素21天后对小鼠肺样本进行了磷酸-Smad2免疫组化。在两种EDA中均可观察到Smad2磷酸化−/−和野生型小鼠,尽管野生型小鼠的程度更大(图E5)。这一发现表明,尽管EDA−/−细胞在体外能够在激活TGF-β1刺激后同等磷酸化Smad2,体内在纤维化肺损伤中,它们似乎没有磷酸化Smad2,这与不能激活TGF-β一致体内.

保存图片、插图等的外部文件。对象名为AJRCCM1776638f5.jpg

外III型结构域A(EDA)细胞纤维连接蛋白(cFN)是早期转化生长因子(TGF)-β1信号转导所必需的。EDA的肺成纤维细胞−/−对野生型(WT)小鼠进行血清饥饿处理,在指定的时间点不使用(SF)或使用TGF-β1(2 ng/ml),并通过Western blot检测磷酸化Smad2(pSmad2)和总Smad2。EDA公司−/−TGF-β1治疗后1小时,WT成纤维细胞同样表现出Smad2磷酸化。

EDA文化−/−含EDA的FN上的成纤维细胞恢复TGF-β1刺激的α-SMA和胶原表达增加

为了证实EDA-FN在TGF-β1刺激的α-SMA和胶原诱导中的关键作用,我们接下来评估了EDA板是否−/−涂有EDA cFN(50μg/ml)的平板上的肺成纤维细胞能够修复观察到的缺陷。与以前的数据一致(6),TGF-β1未能诱导EDA中α-SMA的表达−/−电池镀在塑料上(图6A). 然而,如果EDA−/−细胞在含有EDA的cFN上培养,α-SMA诱导对TGF-β1基因刺激的反应,蛋白水平恢复(图6A). 同样,EDA中的胶原蛋白表达−/−TGF-β1(2 ng/ml)刺激后在塑料上生长的成纤维细胞没有显著增加(图6B). 再一次,EDA的文化−/−含有EDA的cFN上的成纤维细胞导致TGF-β1反应性的恢复,这可以从基因和蛋白质水平的胶原蛋白生成增加得到证明(图6B). 有趣的是,在基因水平上,I型胶原在EDA中显著诱导−/−无论是否存在TGF-β1,细胞均被EDA cFN覆盖(图6B)这表明胶原蛋白的翻译后调节也受到EDA-cFN上镀层细胞的影响。最后,我们观察到EDA−/−EDA-cFN上的细胞显著增强TGF-β1的活化(图6C).

保存图片、插图等的外部文件。对象名为AJRCCM1776638f6a.jpg
保存图片、插图等的外部文件。对象名为AJRCCM1776638f6b.jpg
保存图片、插图等的外部文件。对象名为AJRCCM1776638f6c.jpg

含有纤维连接蛋白的额外III型结构域A(EDA)可拯救EDA−/−转化生长因子(TGF)-β1反应性和激活的细胞表型缺陷。(A类)缺乏血清的EDA−/−肺成纤维细胞在组织培养塑料(TCP)或含EDA的细胞纤维连接蛋白(EDA-cFN)上无(−)或有(+)TGF-β1(2 ng/ml)培养24小时。收集细胞裂解物和RNA(A类)α-平滑肌肌动蛋白(α-SMA)或(B类)蛋白质印迹法测定I型胶原蛋白(顶部面板)和半定量逆转录酶聚合酶链反应(底部面板). (C类)EDA公司−/−成纤维细胞在含有TCP(−)或EDA的cFN(+)上与表达部分纤溶酶原激活物抑制剂-1启动子与荧光素酶融合的水貂肺上皮细胞共培养过夜。第二天,对裂解物进行荧光素酶活性评估*P(P)= 0.0069.

我们认为EDA−/−由于EDA-cFN在消炎、成纤维细胞活化和随后的组织纤维化中起着关键作用,因此可以保护小鼠免受实验性肺纤维化的发展。在机械方面,EDA cFN是必要的在体外用于TGF-β活化和肌成纤维细胞分化。总之,这些数据表明EDA-cFN在纤维形成中起着重要作用。

讨论

进行性组织纤维化的发病机制尚不完全清楚,但被比作是一种旺盛和失调的创伤愈合反应(22). 因此,了解限制组织损伤和触发正常伤口愈合的方法至关重要。在此,我们提供了EDA-cFN在肺损伤后组织修复/进行性纤维化中的关键作用的证据。我们发现,在缺乏EDA cFN的情况下,小鼠在纤维化损伤后不能发展成肺纤维化。EDA的组织病理学观察−/−小鼠与WT小鼠明显不同,表现出持续的炎症反应,而不是消除纤维化反应。此外,突变小鼠在大剂量博莱霉素激发后死于严重的肺损伤。值得注意的是,EDA−/−小鼠产生的TGF-β1量与WT对应物相当,并且同样能够对外源性活性TGF-α1发出信号反应。然而,在激活TGF-β1后,它们激活潜伏的TGF-?以及生成胶原蛋白和α-SMA的能力较差。我们的结果表明:(1)EDA cFN在肺纤维化的发展中起着关键作用(2)EDA cFN对于TGF-β诱导的肌成纤维细胞分化是必要的,但不足以启动分化过程,并且()EDA-cFN可能在潜在TGF-β的激活中起基础作用。

FN选择性剪接发生在分子的三个不同区域,导致人类潜在的20种不同亚型(5). 我们的工作仅集中于伤口愈合和组织纤维化中的EDA剪接亚型,我们没有解决EDB结构域的选择性剪接。EDB-FN主要在胎儿组织和某些恶性肿瘤(即乳腺和肝脏)新产生的血管系统中表达(23,24). 虽然EDA中可能缺少EDA FN−/−小鼠导致了EDB的过度表达和随后的表型差异,我们的小组先前已经证明EDA和EDB选择性剪接是完全自主的(25)从而降低了发生这种情况的可能性。

我们研究中最令人惊讶的发现是EDA−/−小鼠在小剂量博莱霉素滴注后出现持续的肺部炎症,并且增强的大剂量博莱霉素肺损伤后的死亡率。我们假设炎症损伤后不能发生明显纤维化对动物有保护作用。事实上,这是我们在接受标准剂量博莱霉素的动物中的观察结果。然而,我们注意到EDA中肺部炎症过度−/−高剂量博莱霉素导致小鼠死亡率增加。尽管这些数据似乎与我们的最初假设相矛盾,但它们与之前发表的关于TGF-β1抗炎、促纤维化作用的研究一致。值得注意的是,Munger及其同事此前已经证明,缺乏β6整合素的小鼠在博莱霉素作用后会在肺部发生炎症,而博莱霉素不会转化为纤维化反应(17). 在TGF-β1基因靶向缺失的小鼠的肺和心脏中也观察到类似的发现(26). 有趣的是,CD44(ECM蛋白透明质酸的膜受体)的基因敲除也会导致过度炎症反应,而博莱霉素治疗后不会导致肺纤维化(27); 证据表明,这可能部分是由于CD44调节TGF-β1的生成(28),再次强调TGF-β1的抗炎特性。鉴于我们的新发现EDA−/−成纤维细胞激活潜在的TGF-β的能力较弱,对活性的TGF--β1也没有反应,我们得出结论,EDA-cFN通过TGF-α1依赖性效应影响伤口愈合和纤维化。

我们的数据显示Smad2磷酸化对活性TGF-β1的反应在体外WT和EDA基本完好无损−/−肺成纤维细胞。然而,在这些相同的细胞中,与WT细胞相比,在基因和蛋白质水平上的胶原蛋白生成显著减少。尽管其原因尚不完全清楚,但可以推测,可能还涉及其他对胶原蛋白代谢的影响。例如,EDA−/−细胞对TGF-β1刺激作出反应,可能能够产生更多的抗纤维化分子,如前列腺素E2或IFN-γ,这将具有阻止胶原上调的净作用。为了支持这些可能性,Riquet及其同事(29)和我们自己的团队(30)显示前列腺素E2在基因和蛋白质水平上是α-SMA和I型胶原表达的有效抑制剂,即使在TGF-β1激活的情况下也是如此。同样,Jaffe及其同事也表明,与未感染细胞相比,感染编码小鼠IFN-γ腺病毒的小鼠成纤维细胞可选择性抑制I型前胶原mRNA和总胶原的分泌(31). 此外,EDA可能−/−细胞有更大的能力阻止TGF-β1刺激后细胞内谷胱甘肽的减少,这也将在基因水平上阻止胶原蛋白的表达(32).体内,Smad2磷酸化在EDA中没有那么强劲−/−小鼠和WT小鼠一样,表明TGF-β1激活不足可能是EDA的主要原因−/−在博莱霉素模型中,小鼠没有发生明显的纤维化。然而,上述其他可能性也可能有助于防止EDA中观察到的纤维化−/−老鼠。

我们的数据表明,来自普通间质性肺炎(一种进行性纤维增殖性肺部疾病)患者的肺成纤维细胞表达的EDA-cFN的数量和比例明显高于正常对照肺成纤维细胞,并且与先前的研究一致(13). 这与相同细胞中α-SMA的整体表达更高相关,表明存在导致(肌)成纤维细胞活化的自分泌反馈回路。虽然EDA cFN被证明是TGF-β诱导的肌成纤维细胞α-SMA增强所必需的(6)EDA的前一份报告−/−小鼠在肿瘤血管生成过程中周细胞α-SMA诱导无缺陷(33). 这一观察虽然似乎与我们自己的发现相矛盾,但也很有趣,但可以用其他解释来解释。首先,血管生成血管周围周细胞中α-SMA的表达可能由另一种不需要EDA-cFN的因子介导。值得注意的是,Ball及其同事最近报道了血小板衍生生长因子(PDGF)受体通过RhoA/ROCK/cofilin依赖机制直接上调间充质干细胞α-SMA表达的能力(34)PDGF已被证明由某些肿瘤分泌,作为促进周细胞募集的手段(35). 或者,控制α-SMA表达的某些辅因子的需求可能依赖于细胞类型。例如,我们没有在EDA博莱霉素损伤区域观察到表达α-SMA的肌成纤维细胞−/−老鼠(图2B)在这些动物中很容易观察到表达α-SMA的气道和血管平滑肌(图2B). 因为TGF-β可能参与博莱霉素诱导的肺纤维化的发病机制(36),我们的数据似乎支持EDA-cFN是TGF-β诱导α-SMA表达的必要因素的论点体内.

我们研究的另一个重要发现是电镀EDA−/−含有EDA-cFN的基质上的细胞能够逆转EDA中肌成纤维细胞分化和TGF-β活化的缺陷−/−细胞。先前的研究表明,阻断EDA-cFN可以减弱TGF-β1诱导的肌成纤维细胞分化(6). 结合我们的数据,我们得出结论,EDA-cFN,无论是细胞衍生的还是ECM相关的,都是通过其对成纤维细胞表型的影响影响伤口愈合的关键。最近,我们的研究小组表明,细胞外FN的很大一部分来自血浆(37). 由于血浆FN来源于肝细胞,缺乏EDA,因此可以认为局部产生和沉积的EDA cFN是组织修复的关键调节因子。

我们小组和其他人已经很好地确立了FN的选择性剪接,尤其是EDA-cFN在伤口愈合中至关重要的概念(7,38,39). EDA cFN(也称为癌胚或胚胎FN)是细胞迁移的重要底物(40),附着力(41)和肌成纤维细胞分化(参考文献6和此处提供的数据)。修复损伤组织的细胞的这些表型特征也大量出现在胚胎发育和纤维增生性疾病中,从而巩固了器官发育、生理伤口愈合和病理组织纤维化之间的关系。因此,我们推测,生理性伤口愈合是生物体试图不仅限制正在进行的损伤,而且通过恢复到产生正常组织的发育阶段(其特征是EDA cFN分泌增加)来恢复正常功能。在病理组织纤维化中,机体产生适当的纤维化反应,然后异常进展。根据本报告中的数据,我们认为EDA cFN的产生有助于组织纤维化的发生,阻断EDA cF可能是治疗病理性纤维增生性疾病的合理靶点。

补充材料

【在线补充】

笔记

在美国国立卫生研究院的支持下,HL070990和HL085083获得了由专业教授协会、CHEST基金会和Martin E.Galvin基金会和呼吸探索基金会颁发的T.Franklin Williams老年医学研究发展奖(全部授予E.S.W.);以及专门研究中心拨款HL56402(给F.J.M.和G.B.T.)。

本文有一个在线补遗,可以从本期的目录中访问,网址为网址:www.atsjournals.org

最初出版于2007年12月20日,作为DOI:10.1164/rccm.200708-1291OC出版

利益冲突声明:作者中没有一人与对本手稿主题感兴趣的商业实体有财务关系。

工具书类

1Matsuyama W、Watanabe M、Shirahama Y、Mitsuyama H、Higashimoto I、Osame M、Arimura K。Discoidin域受体1有助于特发性肺纤维化中肺成纤维细胞的存活。美国病理学杂志2006;168:866–877。[PMC免费文章][公共医学][谷歌学者] 已缩回
2Gharaee-Kermani M,Gyetko MR,Hu B,Phan SH.特发性肺纤维化发病机制和治疗的新见解:干细胞在肺实质中的潜在作用及其治疗意义。药学研究2007;24:819–841. [公共医学][谷歌学者]
三。Hernnas J、Nettelbladt O、Bjermer L、Sarnstrand B、Malmstrom A、Hallgren R。纤维粘连蛋白和透明质酸的肺泡堆积先于博莱霉素诱导的大鼠肺纤维化。欧洲呼吸杂志1992;5:404–410. [公共医学][谷歌学者]
4Kuhn C III、Boldt J、King TE Jr、Crouch E、Vartio T、McDonald JA。肺纤维化中结构重塑和结缔组织合成的免疫组织化学研究。美国Rev Respir Dis1989;140:1693–1703. [公共医学][谷歌学者]
5Pankov R,Yamada KM.纤维结合蛋白一览。细胞科学杂志2002;115:3861–3863. [公共医学][谷歌学者]
6Serini G、Bochaton-Piallat ML、Ropraz P、Geinoz A、Borsi L、Zardi L、Gabbiani G。纤维连接蛋白结构域ED-A对转化生长因子-beta1诱导肌纤维母细胞表型至关重要。J细胞生物学1998;142:873–881。[PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
7Muro AF、Chauhan AK、Gajovic S、Iaconcig A、Porro F、Stanta G、Baralle FE。纤维连接蛋白EDA外显子的调控剪接对于皮肤伤口的正确愈合和正常寿命至关重要。J细胞生物学2003;162:149–160.[PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
8Muro AF、Caputi M、Pariyarath R、Pagani F、Buratti E、Baralle FE。纤维连接蛋白EDA外显子选择性剪接的调控:RNA二级结构在增强子显示中的可能作用。摩尔细胞生物学1999;19:2657–2671.[PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
9Buratti E,Baralle FE。RNA二级结构对前mRNA剪接过程的影响。摩尔细胞生物学2004;24:10505–10514.[PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
10Burgess HA、Daughty LE、Thatcher TH、Lakatos HF、Ray DM、Redonnet M、Phipps RP、Sime PJ。PPAR-γ激动剂抑制TGF-β诱导的肺肌成纤维细胞分化和胶原生成:对肺纤维化治疗的意义。美国生理学杂志肺细胞摩尔生理学2005;288:L1146–L1153。[公共医学][谷歌学者]
11Borsi L、Castellani P、Risso AM、Leprini A、Zardi L。转化生长因子-beta调节纤维连接蛋白信使RNA前体的剪接模式。FEBS信函1990;261:175–178. [公共医学][谷歌学者]
12Broekelmann TJ、Limper AH、Colby TV、McDonald JA。转化生长因子β1存在于人肺纤维化细胞外基质基因表达部位。《美国科学院院刊》1991;88:6642–6646.[PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
13Kuhn C,日本麦当劳。肌成纤维细胞在特发性肺纤维化中的作用:细胞外基质活性合成部位的超微结构和免疫组织化学特征。美国病理学杂志1991;138:1257–1265.[PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
14White ES、Thannickal VJ、Carskadon SL、Dickie EG、Livant DL、Markwart S、Toews GB、Arenberg DA。整合素α4β1调节肺成纤维细胞跨基底膜的迁移:10号染色体上缺失的磷酸酶和张力蛋白同源物的作用。Am J Respir Crit Care Med公司2003;168:436–442.[PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
15Akiyama SK.纤连蛋白的纯化。编辑:Bonifacino JS、Dasso M、Harford JB、Lippincott Schwartz J、Yamada KM。细胞生物学的当前协议。新泽西州霍博肯:威利;1999年,第10.15.11至10.15.13页。
16White ES、Atrasz RG、Hu B、Phan SH、Stambolic V、Mak TW、Hogaboam CM、Flaherty KR、Martinez FJ、Kontos CD、,pten(10号染色体上缺失的磷酸酶和张力蛋白同源物)对肌成纤维细胞分化的负调控。Am J Respir Crit Care Med公司2006;173:112–121.[PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
17Munger JS、Huang X、Kawakatsu H、Griffiths MJ、Dalton SL、Wu J、Pittet JF、Kaminski N、Garat C、Matthay MA、,整合素αvβ6结合并激活潜在的TGFβ1:一种调节肺部炎症和纤维化的机制。单元格1999;96:319–328. [公共医学][谷歌学者]
18Sisson TH,Hattori N,Xu Y,Simon RH.通过转移尿激酶型纤溶酶原激活物基因治疗博莱霉素诱导的肺纤维化。人类基因疗法1999;10:2315–2323. [公共医学][谷歌学者]
19Adamson IY,鲍登DH。博莱霉素诱导小鼠肺纤维化的发病机制。美国病理学杂志1974;77:185–197.[PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
20Lyons RM、Gentry LE、Purchio AF、Moses HL。纤溶酶激活潜在重组转化生长因子β1的机制。J细胞生物学1990;110:1361–1367.[PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
21Hattori N,Degen JL,Sisson TH,Liu H,Moore BB,Pandrangi RG,Simon RH,Drew AF.博莱霉素诱导的纤维蛋白原缺乏小鼠肺纤维化。临床研究杂志2000;106:1341–1350.[PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
22Mutsaers SE、Bishop JE、McGrather G、Laurent GJ。组织修复机制:从伤口愈合到纤维化。国际生物化学杂志-细胞生物学1997;29:5–17. [公共医学][谷歌学者]
23Koukoulis GK、Howeedy AA、Korhonen M、Virtanen I、Gould VE。正常、增生和肿瘤乳腺中tenascin、细胞纤维连接蛋白和整合素的分布。亚显微细胞病理学杂志1993;25:285–295. [公共医学][谷歌学者]
24Koukoulis GK,Shen J,Virtanen I,Gould VE.正常肝脏、肝硬化和肝细胞癌中细胞纤维连接蛋白的免疫定位。超微病理学1995年;19:37–43. [公共医学][谷歌学者]
25Chauhan AK,Iaconcig A,Baralle FE,Muro AF。纤维连接蛋白的选择性剪接:一个小鼠模型证明了体外和体内系统的同一性以及成年小鼠中受调控外显子的加工自主性。基因2004;324:55–63. [公共医学][谷歌学者]
26Kulkarni AB、Huh CG、Becker D、Geiser A、Lyght M、Flanders KC、Roberts AB、Sporn MB、Ward JM、Karlsson S。小鼠转化生长因子β1缺失突变会导致过度炎症反应和早期死亡。《美国科学院院刊》1993;90:770–774.[PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
27Teder P,Vandivier RW,Jiang D,Liang J,Cohn L,Pure E,Henson PM,Noble PW.通过CD44解决肺部炎症。科学2002;296:155–158. [公共医学][谷歌学者]
28Rameshwar P,Chang VT,Gascon P。CD44在骨髓纤维化患者单核细胞中粘附介导的TGF-β和IL-1过度生成中的意义。英国血液学杂志1996;93:22–29. [公共医学][谷歌学者]
29Riquet FB、Lai WF、Birkhead JR、Suen LF、Karsenty G、Goldring MB。成纤维细胞中前列腺素抑制I型胶原基因表达是在转录水平上介导的。分子医学2000;6:705–719.[PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
30Kolodsick JE、Peters-Golden M、Larios J、Toews GB、Thannickal VJ、Moore BB。前列腺素E2通过E前列腺素受体2信号传导和环磷酸腺苷升高抑制成纤维细胞向肌成纤维细胞的转化。Am J Respir细胞分子生物学2003;29:537–544. [公共医学][谷歌学者]
31Jaffe HA,Gao Z,Mori Y,Li L,Varga J.干扰素-γ转基因对成纤维细胞胶原基因表达的选择性抑制。实验肺研究1999;25:199–215. [公共医学][谷歌学者]
32Liu RM,Liu Y,Forman HJ,Olman M,Tarpey MM。谷胱甘肽调节成纤维细胞中转化生长因子-β刺激胶原蛋白的生成。美国生理学杂志肺细胞摩尔生理学2004;286:L121–L128。[公共医学][谷歌学者]
33Astrof S、Crowley D、George EL、Fukuda T、Sekiguchi K、Hanahan D、Hynes RO。EIIIA和EIIIB交替剪接片段在生理和肿瘤血管生成中的潜在作用的直接测试。摩尔细胞生物学2004;24:8662–8670.[PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
34Ball SG,Shuttleworth CA,Kielty CM。血小板衍生生长因子受体-α是骨髓间充质干细胞中平滑肌α-肌动蛋白丝的关键决定因素。国际生物化学杂志-细胞生物学2007;39:379–391. [公共医学][谷歌学者]
35Furuhashi M、Sjoblom T、Abramsson A、Ellingsen J、Mick P、Li H、Bergsten-Folestad E、Eriksson U、Heuchel R、Betsholtz C、,B16黑色素瘤细胞产生血小板衍生生长因子导致肿瘤周细胞丰度增加,并导致肿瘤生长率增加。癌症研究2004;64:2725–2733. [公共医学][谷歌学者]
36Nakao A、Fujii M、Matsumura R、Kumano K、Saito Y、Miyazono K、Iwamoto I。Smad7的瞬时基因转移和表达可预防博莱霉素诱导的小鼠肺纤维化。临床研究杂志1999;104:5-11。[PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
37Moretti FA、Chauhan AK、Iaconig A、Porro F、Baralle FE、Muro AF。组织细胞外基质中的纤维连接蛋白主要来源于血浆。生物化学杂志2007;282:28057–28062. [公共医学][谷歌学者]
38ffrench-Constant C,Van de Water L,Dvorak HF,Hynes RO.成年大鼠创伤愈合过程中纤维连接蛋白剪接胚胎模式的再现。J细胞生物学1989;109:903–914。[PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
39Mathews GA,ffrench-Constant C.大鼠周围神经损伤后,胚胎纤维连接蛋白上调。神经生物学杂志1995年;26:171–188. [公共医学][谷歌学者]
40Inoue T,Nabeshima K,Shimao Y,Meng JY,Koono M.迁移上皮细胞中纤维连接蛋白表达和剪接的调节:迁移MDCK细胞产生较少但更活跃的纤维连接蛋白。生物化学-生物物理研究委员会2001;280:1262–1268. [公共医学][谷歌学者]
41Manabe R,Ohe N,Maeda T,Fukuda T,Sekiguchi K。交替剪接EDA片段对纤维连接蛋白细胞粘附活性的调节。J细胞生物学1997;139:295–307.[PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]

文章来自美国呼吸与危重症医学杂志由以下人员提供美国胸科学会