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公共科学图书馆一号。2014; 9(4):e95443。
2014年4月24日在线发布。 数字对象标识:10.1371/journal.pone.0095443
预防性维修识别码:项目经理398957
PMID:24763086

色素上皮衍生因子34聚体肽通过下调PDGF受体预防肝纤维化和肝星状细胞活化

加藤Masaru,编辑器

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摘要

色素上皮衍生因子(PEDF)此前已被证明可预防肝纤维化和肝星状细胞(HSC)活化。通过研究PEDF中的功能域,我们确定了一个与全长PEDF蛋白具有相同功能的34米肽(残基Asp44-Asn77)。34-mer不仅抑制了四氯化碳(CCl)纤维化的发展4)-治疗小鼠肝脏,但也上调HSC过氧化物酶体增殖物激活受体γ(PPARγ)的表达体内血小板衍生生长因子(PDGF)在肝损伤时HSC激活过程中起着关键作用。34-mer抑制原代大鼠HSC培养物中PDGF诱导的细胞增殖和肌纤维母细胞标记蛋白的表达,以剂量依赖性的方式增加PPARγmRNA和蛋白的水平,并显著降低HSC-T6细胞中活性β-连环蛋白(HSC激活因子)的水平。同样,Wnt反应抑制剂IWR-1在阻止HSC-T6激活方面表现出与34-mer相同的效果。IWR-1抑制剂和靶向β-catenin和Wnt辅受体LRP6的小干扰RNA(siRNA)均能消除Wnt信号介导的PPARγ抑制。PEDF和34-mer下调PDGF受体-α/β的表达,并阻断PDGF诱导的Akt和ERK磷酸化。此外,PPARγ拮抗剂和PPARγsiRNA可消除对PDGF接收器表达的抑制作用。我们的观察表明,PEDF衍生的34米肽可以模拟PEDF减弱HSC激活。通过对这一34米肽的研究,确定了涉及PPARγ诱导、Wnt/β-catenin信号抑制和PDGF受体-α/β下调的信号机制。

引言

肝星状细胞(HSC)具有增殖潜能,在健康肝脏中处于静止状态,并被炎症刺激激活,导致肌纤维母细胞样表型的表现,包括肌成纤维细胞标记物α-平滑肌肌动蛋白(α-SMA)的表达[1]激活的HSC是肝纤维化过程中细胞外基质成分的主要产生者[2]尽管肝纤维化是伤口愈合的常见内在机制[3]它也可能是由于对各种原因的持续肝损伤作出反应而导致的长期修复过程,最终导致肝衰竭。

血小板衍生生长因子(PDGF)家族包括五种二聚蛋白:PDGF-AA、-BB、-CC、-DD和PDGF-AB[4]PDGF及其受体亚单位的表达仅限于正常肝脏中门脉间质和血管的间质细胞[5]在肝硬化中,浸润性炎症细胞中PDGF-A和-B链的表达显著增加[5]和活化的造血干细胞[6]PDGF通过与两个酪氨酸激酶受体(PDGFR-α和PDGFR--β)结合,然后受体二聚化和信号转导,最后受体自身磷酸化来发挥作用[4]PDGFR-α与除DD-二聚体外的大多数PDGF二聚体结合,而PDGFR--β与BB-和DD-二聚体结合[4]激活的HSC中过度表达PDGFR-α和–β导致PDGF作为肌纤维母细胞HSC的有丝分裂原[7]并相应增加成纤维细胞的数量,从而促进肝纤维化的发展。针对PDGFR的新型药物的开发被认为在预防肝纤维化方面有价值[8].

色素上皮衍生因子(PEDF)是一种50kDa分泌的糖蛋白,具有多种功能,包括对内皮细胞的抗血管生成作用和对神经元的神经营养活性。已在人类PEDF中确定了两个功能基序,即34-mer(氨基酸位置Asp44-Asn77)和44-mer(Val78-Thr121),它们分别负责抗血管生成活性和神经营养活性[9],[10].

最近的研究证实,PEDF在肝细胞中表达,但在肝硬化患者的肝脏中其水平显著降低[11],[12]在动物模型中,使用腺相关病毒载体(AAV)过度表达的人类PEDF可以改善由各种有毒化学品(四氯化碳或硫代乙酰胺)诱导的肝纤维化[11]人和大鼠PEDF在蛋白质水平上具有80%的同源性和90%的同源性。34-mer在人和大鼠之间保守,具有86%的一致性和93%的同源性。此外,人PEDF具有跨物种活性,并能抑制培养中激活的大鼠HSC的激活[11]综上所述,这些研究表明,肝脏PEDF可能在预防肝纤维化方面发挥作用。然而,PEDF对活化HSC的抗纤维化活性是否可以通过一个短的PEDF功能基序(34米PEDF)实现尚不清楚。确认短功能抗纤维化PEDF肽的活性可能有价值,因为如果它可以用于治疗,它可能具有良好的药理学动力学和低制造成本。

材料和方法

材料

Waymouth培养基、胎牛血清(FBS)和胰蛋白酶购自Invitrogen(加利福尼亚州卡尔斯巴德)。5-溴-2′-脱氧尿苷(BrdU)、罗格列酮、西格列酮,吐温-20,赫斯特33258染料和福尔马林来自西格玛阿尔德里奇(密苏里州圣路易斯)。本研究中使用的抗体包括BrdU、α-SMA、cyclin D1、β-catenin、PDGFR-α和PDGFR--β(德克萨斯州圣安东尼奥GeneTex)、desmin(马萨诸塞州坎布里奇Abcam)、p-ERK1/2(威斯康星州麦迪逊Promega)、PPARγ、LRP6、磷酸-LRP6(Ser1490)、非磷酸(活性)β-catening(Ser33/37/Thr41)、ERK1/2、Akt和p-Akt(马萨诸暨州贝弗利Cell Signaling Technology Inc.),I型胶原蛋白1A1和β-肌动蛋白(圣克鲁斯生物技术公司,加州圣克鲁斯)。所有荧光染料结合二级抗体均购自BioLegend(加州圣地亚哥)。GW9662和G3335购自Calbiochem(加利福尼亚州La Jolla)。人类PDGF-BB和人类Wnt3a从研发系统公司(明尼阿波利斯,明尼苏达州)购买。从Chemicon(Temecula,CA)获得重组人PEDF,其来源于稳定的BHK细胞转染体,保存在50 mM磷酸钠缓冲液(溶剂)中。合成了PEDF肽18-mer(Glu97-Ser114)、34-mer和44-mer,并在NH处进行乙酰化修饰2在COOH末端进行末端和酰胺化以确保稳定性,并在GenScript(新泽西州皮斯卡塔韦)通过质谱(>95%纯度)进行表征。在二甲基亚砜中重组PEDF肽并用作储备溶液(5 mM)。

动物治疗

实验程序由麦凯纪念医院审查委员会批准,并根据国家动物福利条例进行。为了诱导肝纤维化,6周龄雌性C57BL/6小鼠(每个实验条件6只小鼠)每周两次腹腔注射CCl4溶液(5ml/kg体重,与橄榄油按1∶4比例混合)3周。随后,每周两次腹腔注射34肽和18肽,剂量为10 mg/kg,并持续注射CCl4再坚持4周。

细胞分离、培养和治疗

与我们之前的研究一样,对原代大鼠HSC进行了分离和培养[11]简而言之,通过以下方法分离出原代大鼠HSC就地门静脉灌注来自雄性Sprague-Dawley大鼠肝脏的胶原酶(300–450 g)。然后通过Percoll密度梯度离心法纯化和富集HSC。细胞在补充有20%胎牛血清(FBS)和1%青霉素/链霉素的Dulbecco改良Eagle培养基(DMEM)中培养,并在6孔培养皿(Costar,Cambridge,MA)中培养。电镀24小时后,用PBS洗涤去除非粘附细胞和碎片,然后在10%FBS-DMEM中再培养6天。分离后2天,通过维生素A荧光验证细胞纯度约为95~98%。随后,将HSC在含有或不含PEDF肽的1%FBS-DMEM中培养2天,然后用于实验。

HSC-T6细胞在37°C的Waymouth培养基中生长,并在5%CO的增湿环境中添加10%FBS2 [13]使用4.5 nM PEDF进行治疗,这是根据我们之前的研究确定的灭活HSC-T6细胞的最佳剂量[11]或PEDF衍生肽(100 nM,除非另有规定),在细胞转移至1%FBS培养基后进行。

Sirius-红色染色

在0.1%(w/v)的天狼星红(Sigma-Aldrich)苦味酸饱和水溶液中对脱蜡的肝组织切片染色1h,然后在0.01N乙酸中漂洗30min以去除未结合的染料。为了进行肝纤维化的半定量分析,在光学显微镜下从每张载玻片中随机选择10个区域,每个总面积的红色区域(mm2/毫米2)使用Image-Pro Plus 4.5.1系统进行测量。

BrdU标签

1×105将原代大鼠HSC或HSC-T6细胞接种到FNC溶液(Athena酶系统,马里兰州巴尔的摩,美国)涂布载玻片上,与10%FBS培养基孵育1天,并暴露于添加PEDF或PEDF肽的1%FBS培养液中2天。然后将细胞暴露于含有20 ng/ml PDGF-BB的新鲜1%FBS培养基中一天,然后将BrdU(最终浓度,10µM)添加到培养物中2 h。用4%多聚甲醛固定后,在RT下用1 N HCl处理细胞1 h,然后在冷甲醇中暴露2 min,然后进行免疫荧光染色。

免疫荧光

用10%山羊血清和5%BSA在含有0.1%吐温-20的PBS中封闭去石蜡化的组织切片或4%多聚甲醛固定的原代大鼠HSC 1h。用抗α-SMA(1∶100稀释)、去氨蛋白(1∶100稀释)、PPARγ(1∶100稀释)和BrdU(1∶100稀释)的原代抗体在37°C下染色2h,然后在室温下用适当的罗丹明或FITC-结合驴IgG(1∶500稀释)孵育1小时(RT)。在室温下用0.33 mM罗丹明结合的卵磷脂(Sigma-Aldrich)检测1小时F-actin结构的变化。用Hoechst 33258(Sigma Aldrich,在三个不同腔室(~1×10)的十个随机选择的区域中计算BrdU阳性细胞的平均数量4单元格)。图像是使用蔡司浅荧光显微镜和CCD摄像头拍摄的,照片是使用Axiover软件拍摄的。

RNA提取和定量实时PCR

按照之前的描述进行了实验[14].特异PCR引物的序列为大鼠PPARγ(登录号:AF156665型)感觉,5′-cccaattggttgctattaca-3′、防感、,5′-ggacg凝集ctactttga-3′; 大鼠PDGFR-α(登录号:Z14118号)感觉,5′-ctcccaggcttctggt-3′、防感、,5′-aagagctggcagacgag-3; 大鼠PDGFR-β(登录号:Z14119号)感觉,5′-gcggaagcgcatcatct-3′、防感、,5′-aatgaataggtcccagtccat-3; 大鼠GAPDH(登录号:X02231型)感觉,5′-tgggagagctggtcatcaac-3′、防感、,5′-catcacccattgatctga-3; 小鼠α-SMA(登录号:X13297型)感觉,5′-atgctctgggctctgtaag-3′、防感、,5′-tctggagacgtcccaggaga-3; 小鼠COL1A1(登录号:U38544型)感觉,5′-ctcatttgctctcc-3′、防感、,5′-ctccaaagactactcgg-3; 小鼠TGFβ1(登录号:M13177型)感觉,5′-tgcgctttgcagattaaaaa-3′、防感、,5′-ctgccgtacaactccagtga-3; 小鼠PPARγ(登录号:U01841号机组)感觉,5′-ccaagaataccaaagtgcga-3′、防感、,5′-tagaaggttcttcatgggcc-3′; 小鼠PDGF-A(登录号:NM_008808)感觉,5′-cgaagtcacagcat-3′、防感、,5′-gggctctcagacttgctcc-3′; 小鼠PDGF-B(登录号:NM_011057号)感觉,5′-gcaccgaaagtataagcaca-3′、防感、,5′-aaataaccctgcccacactc-3′; 小鼠PDGF-C(登录号:NM_019971号)感觉,5′-gaacagaacggagtgcaaga-3′、防感、,5′-atctcacacacacata-3′; 小鼠PDGF-D(登录号:NM_027924号)感觉,5′-aggagctgaagctgaaccaat-3′、防感、,5′-tcactgtcttccctgagctg-3′; 小鼠PDGFR-α(登录号:纳米_011058)感觉,5′-caaccctgagaccacaaatg-3′、防感、,5′-taatgggaagggagag-3′; 小鼠PDGFR-β(登录号:NM_008809)感觉,5′-agcgaagtaggagagc-3′、防感、,5′-ggcaggattccgtgatgatg-3′; 和小鼠GAPDH(登录号:NM_008084号)感觉,5′-aacactttggcatgtggaa-3′、防感、,5′-gggcagccccacgccatca-3.

蛋白质印迹分析

将细胞刮入含有20 mm HEPES(pH 7.4)、1%十二烷基硫酸钠、150 mm NaCl、1 mm EGTA、5 mmβ-甘油磷酸、10 mm焦磷酸钠、10 mm氟化钠、100µM原钒酸钠、10µg/mL亮氨酸肽和10µ/mL抑肽酶的裂解缓冲液(150µL/35-mm孔)中。裂解产物通过SDS-PAGE溶解,电转移到聚偏二氟乙烯膜(Millipore,Bedford,MA),并进行免疫印迹分析。免疫印迹研究中使用的抗体包括I型胶原1A1、α-SMA、细胞周期蛋白D1、ERK1/2、Akt、PPARγ、LRP6、磷酸-LRP6、β-连环蛋白、非磷酸(活性)β-连环蛋白、PDGFR-α和PDGFR-β(1∶1000稀释)、p-ERK1/1和p-Akt(1∶500稀释)以及β-肌动蛋白(1∶5000稀释)。使用适当的IgG-HRP二级抗体和ECL试剂检测感兴趣的蛋白质。X射线胶片在GS-700型成像密度计上进行扫描(加利福尼亚州Hercules的Bio-Rad实验室),并使用Labworks 4.0软件进行分析。为了定量,使用了至少三个独立实验的印迹。

PPARγ小干扰RNA(siRNA)治疗

大鼠LRP6 siRNA购自Cell Signaling Technology(#9834;SignalSilence®LRP6 siRNA I)。大鼠特异性β-catenin siRNA购自Santa Cruz Biotechnology(sc-270011)。从Dharmacon Research(科罗拉多州拉斐特)购买了四种大鼠PPARγsiRNA(SMART-pool)和一种物种特异性siCONTROL非靶向siRNA的混合物。在转染过程中,细胞生长到60%的汇合处,并根据制造商的说明,使用干扰素siRNA转染试剂(PolyPlus-transfection,San Marcos,CA)转染siRNA。siRNA的最终浓度为10 nM。siRNA转染后16小时,将细胞重新悬浮在新培养基中24小时恢复期。

统计

结果表示为平均值±标准误差(SEM)。方差分析用于统计比较。P(P)<0.05被认为是显著的。

结果

34-mer抑制CCl纤维化的发展4-处理过的小鼠肝脏

使用CCl4-在诱导肝纤维化小鼠模型中,我们研究了34mer是否能在体内减轻肝纤维化。给小鼠注射CCl4腹腔注射并用天狼星红染色定量肝纤维化面积(图1A). CCl公司4治疗3周可诱发轻微纤维化,而治疗7周可显著增加肝内胶原含量(6.0±1.1%21.4±2.4%;图1B). 此外,在CCl之后4用定量实时RT-PCR(qPCR)方法检测小鼠肝脏PDGF亚型和PDGFR-α/βmRNA的相对水平,结果表明,CCl和PDGFRα/β在小鼠肝脏中的相对水平分别为:4与未经治疗的对照组相比,治疗使这些mRNA水平增加了约2–4倍(图1C). 为了研究PEDF肽的治疗效果,动物在CCl后被随机分为两组4治疗3周,通过每周两次腹腔注射34-mer或对照肽(18-mer PEDF肽)治疗4周。此外,小鼠连续注射CCl4再坚持4周。实验结束时对动物实施安乐死,天狼星红染色显示,与对照肽治疗相比,34米治疗显著减少了纤维化面积(6.1±1.3%20.9±3.1%;图1B).

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CCl的抑制4-通过34-mer诱导肝纤维化。

腹腔注射CCl诱导肝纤维化4每周两次,共三周。然后,小鼠每周两次腹腔注射34-mer,并持续注射CCl4再坚持4周。(A类)天狼星红染色法检测肝脏中胶原的组织病理学。(原始放大倍数,×200)。展示了每个亚组中至少3个不同实验的代表性图片,每组6只小鼠。(B类)天狼星红染色法评估肝纤维化面积。数据通过使用计算机图像处理系统分析每只动物10个天狼星红染肝脏切片进行评估*P(P)<0.02CCl公司4-治疗3周组;** P(P)<0.001对照肽+CCl4-治疗组。(C类)CCl中PDGF亚型和受体的相对mRNA表达4-处理过的小鼠肝脏。CCl公司4如上所述进行治疗。周期阈值(计算机断层扫描)用PCR产物和对照mRNA(GAPDH)的值计算样本间mRNA的相对数量。数据表示每组6只动物的平均值±SD*P(P)与未治疗组相比,<0.05。(D) 用α-SMA对标本进行免疫组织学染色以观察活化的HSC(红色),并用Hoechst 33258复染以观察细胞核。原始放大倍数,×400。比例尺=20µM。α-SMA阳性细胞的数量表示为α-SMA阴性细胞/400×场。对每个肝脏标本的6个切片和每组6只小鼠的结果进行评估。** P(P)<0.005对照肽+CCl4-治疗组。(电子)qPCR分析。TGFβ1、CoL1A1和α-SMA的mRNA表达显著降低34-mer。周期阈值(计算机断层扫描)PCR产物和对照mRNA(GAPDH)的值用于计算样本间mRNA的相对数量。数据表示每组6只动物的平均值±SD**P(P)<0.05与对照肽+CCl4-治疗组。

接下来,对肝脏切片进行HSC活化标记物α-SMA(400×场;图1D). CCl中发现大量α-SMA阳性细胞,集中在门脉区周围4-治疗小鼠和CCl4加上对照肽处理的小鼠,而α-SMA阳性HSC的数量在34-mer存在时显著减少(26.3±3.6和26.2±4.5 vs.8.7±1.9)。qPCR检测编码α-SMA、COL1A1和TGFβ1的mRNA的表达,结果显示,CCl后第7周这些转录物显著增加4处理(图1E). 具体而言,与对照肽组的水平相比,34mer使α-SMA、COL1A1和TGFβ1mRNA水平分别降低了2.7倍、1.7倍和2.5倍。我们还评估了第7周收获的肝蛋白提取物中α-SMA和COL1A1的水平(图S1)其中,与对照肽组相比,34-mer使α-SMA和COL1A1水平分别降低了3.4倍和2.8倍。综上所述,这些数据表明34-mer抑制CCl小鼠模型中HSC的激活4-诱导肝纤维化。

34-me上调活化HSC中PPARγ的表达体内

为了探讨34-mer对肝纤维化的保护作用,我们研究了34-mer是否可以诱导活化的HSC中PPARγ的表达体内为了激活HSC,向小鼠注射CCl4每周两次,共三周。随后,每2天向小鼠腹腔注射一次PEDF肽(34-mer或18-mer),持续一周。肝脏切片采用双重免疫荧光染色检测PPARγ(红色)和HSC标志物结蛋白(绿色)。如所示图2A在未经治疗的对照组肝组织中的结蛋白阳性HSC中检测到PPARγ标记。CCl公司4治疗增加了HSC的数量,但只有少数HSC PPARγ染色阳性(淡红色)。34米处理部分恢复了这些结蛋白阳性HSC中PPARγ的表达。qPCR分析显示,与对照肽处理组相比,34米处理使PPARγmRNA水平增加了约2.8±0.6倍(图2B). Western blotting分析显示,服用CCl后,肝脏中PPARγ蛋白水平显著降低4持续3周(图2C). 34米治疗1周后,PPARγ蛋白水平的下降显著逆转(约80%)。相反,对照肽没有这种作用。

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34-mer诱导体内活化HSC中PPARγ的表达。

腹腔注射CCl诱导肝纤维化4每周两次,共三周。然后每两天向小鼠注射一次PEDF肽,持续一周。(A类)四个独立实验的代表性图片显示通过结蛋白(绿色标记)、PPARγ(红色标记)和融合蛋白对HSC进行双重免疫荧光染色(黄色的; PPARγ阳性HSC)。原始放大倍数,×400。(B类)qPCR检测肝脏提取物中PPARγmRNA。相对mRNA表达水平归一化为GAPDH mRNA含量。数据代表三个独立实验,每组六只小鼠*P(P)<0.001与对照肽+CCl4-治疗组。(C类)采集肝脏蛋白提取物,并用所示抗体进行western blot分析。显示了来自3个独立实验的代表性斑点和密度分析*P(P)<0.05与对照肽+CCl4-治疗组。

PEDF与PDGF诱导的34米反向HSC激活

为了研究PEDF衍生的短肽是否保留灭活HSC的全长PEDF效应,在体外使用永生化大鼠HSC(HSC-T6细胞)和原代大鼠HSCs进行研究。用PEDF或PEDF衍生肽(34-mer和44-mer)预处理HSC两天,然后刺激PDGF一天。如所示图3PDGF刺激诱导HSC激活,其中细胞增殖和成纤维反应增加。与UT细胞相比,HSC-T6细胞暴露于PDGF后,α-SMA和COL1A1蛋白的诱导率分别为3.5±0.24倍和2.6±0.18倍(图3A和3B). 同样,与UT细胞相比,原代大鼠HSC暴露于PDGF后,α-SMA和COL1A1蛋白分别增加10.1±1.0倍和11.1±0.91倍(图3C和3D). 重要的是,PDGF诱导的α-SMA和COL1A1表达通过PEDF或34-me预处理显著降低;而44-mer预处理对原代大鼠HSC或HSC-T6细胞并没有这种作用。

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PEDF和34-mer抑制PDGF诱导的HSC激活。

HSC-T6细胞(A和B)和原代大鼠HSC(C和D)未经处理或用PEDF或34-me预处理2天,然后用PDGF(20 ng/ml)刺激24小时。典型的western blot(A和C)和SD密度计分析(B和D)从3~4个单独的实验被显示*P(P)与UT细胞相比,<0.05(第1列)**P(P)与对照肽/PDGF处理的细胞相比,<0.05(第5列)。(电子)免疫荧光分析。F-肌动蛋白(红色)和α-SMA(绿色)在原代大鼠中,分别用罗丹明结合的卵磷脂和抗α-SMA抗体对HSC进行染色。用Hoechst 33258染色观察DNA。比例尺:20µM。原始放大倍数×400。来自三个独立实验的代表性图像。(F类)BrdU标记分析。BrdU阳性细胞(红色)免疫荧光显微镜(原始放大倍数×400)检测。所示变化代表三个独立实验的SD*P(P)与UT细胞相比<0.01**P(P)与对照肽/PDGF处理的细胞相比,<0.05。

我们进一步研究了HSC内的应力纤维结构,这是PDGF诱导HSC活化的特征[4]丝状肌动蛋白罗丹明-球蛋白染色和α-SMA免疫荧光染色。如中所示图3E与未经处理的细胞相比,PDGF处理的原代大鼠HSC细胞质中观察到丰富的F-actin和α-SMA染色。相反,PDGF对34-mer预处理的细胞没有这种作用,表明PDGF激活HSC被34-mer阻断。

PDGF还可以诱导HSC增殖,这从细胞周期中从G1期向S期过渡的关键调节因子cyclin D1的增加可以看出。PEDF和34-me也降低PDGF诱导的细胞周期蛋白D1蛋白水平(图3A–3D). 这一发现表明,PEDF和34-mer均可抑制PDGF诱导的HSC增殖。HSC增殖也通过BrdU脉冲标记法的DNA合成进行研究。在未经处理的(UT)细胞中发现约3%的BrdU阳性原代大鼠HSC。UT细胞暴露于PDGF后,BrdU阳性率增加了4.6±1.2倍(UT/PDGF;图3F). 然而,PEDF和34-me处理的细胞暴露于PDGF后,BrdU阳性细胞分别增加了1.8±0.19倍和0.88±0.17倍。这表明PDGF的有丝分裂活性受到PEDF或34-mer预处理的抑制。另一方面,用44米对照肽预处理未能抑制PDGF诱导的细胞增殖。采用台盼蓝排除试验排除PEDF/34-mer对原代大鼠HSC的细胞毒性作用导致细胞增殖减少的可能性(数据未显示)。总的来说,PEDF及其34米肽可以阻止PDGF诱导的原代大鼠HSC和HSC-T6细胞的活化和增殖。

34-mer上调HSC-T6细胞PPARγ表达并降低β-catenin蛋白

研究了34-mer诱导HSC-T6细胞PPARγ基因表达的能力。在用50–200 nM的34聚体刺激24小时后,qPCR分析显示PPARγmRNA水平以剂量依赖性的方式增加(1.6±0.19倍至2.3±0.49倍;图4A). 此外,放线菌素D预处理完全阻断了34-me介导的转录诱导,表明mRNA浓度的增加依赖于转录。刺激48小时后,34-me也以剂量依赖性的方式增加PPARγ蛋白水平,通过western blotting检测(1.6±0.37倍至2.8±0.30倍;图4B).

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34-mer通过抑制Wnt信号传导诱导PPARγ表达。

(A类)qPCR检测。用不同剂量的34-mer处理细胞24小时,或用5 ng/ml放线菌素D(Act D)预处理细胞1小时,然后用34-mer再培养24小时。显示了三次重复实验中PPARγmRNA的平均水平*P(P)与UT细胞相比<0.005**P(P)<0.005对100 nM 34米处理细胞。(B) 将HSC-T6细胞在指定浓度下用34-mer处理48 h,并用所示抗体通过western blot分析检测蛋白质。图中显示了三个独立实验的代表性斑点(面板下方)和SD密度分析(上图)*P(P)与UT细胞相比<0.05。34-mer抑制β-catenin蛋白的表达。将HSC-T6细胞暴露于34-mer或IWR-1中48小时,然后使用所示抗体制备总细胞裂解物进行免疫印迹。代表性斑点(C类)用SD进行密度分析()从四个单独的实验中显示*P(P)与未经处理的细胞相比,<0.01**P(P)与未经处理的细胞相比,<0.05;(电子)将HSC-T6细胞暴露于34-mer或IWR-1中48 h,然后制备核提取物,并进行核β-catenin和PPARγ的western blot分析。相对核蛋白表达水平归一化为组蛋白H1。来自两个独立实验的代表性印迹。(F和G)β-catenin siRNA或LRP6 siRNA抑制Wnt信号上调HSC-T6细胞中PPARγ的表达。用β-catenin、LRP6 siRNA或对照siRNA转染细胞16 h,使其在完全培养基中再恢复48 h,然后收获用于western blot分析。“Mock”表示细胞仅用转染试剂处理。来自三个独立实验的代表性斑点。(H(H))用指定浓度的Wnt3a处理HSC-T6细胞1h,并用LRP6活性磷酸化形式和活性β-连环蛋白抗体通过western blot分析检测蛋白质。通过用抗LRP6或β-肌动蛋白抗体重制膜,证实了蛋白质负载量相等。显示了三个独立实验的代表性斑点。()34-mer抑制Wnt3a诱导的LRP6磷酸化和活性β-catenin的形成。用Wnt3a处理HSC-T6细胞,或在指定浓度下与Wnt3a和34-mer/44-mer共同处理1 h,然后用所示抗体通过western blot分析检测蛋白质。图中显示了三个独立实验的代表性斑点(左面板)和密度分析(右图)。*P(P)与Wnt3a处理的细胞相比,<0.005;**P(P)与Wnt3a处理的细胞相比,<0.01。

Wnt/β-catenin信号通路通过下调PPARγ表达的机制与维持HSC激活相关[15],[16]34mer诱导PPARγ表达的一种可能的机制可能是通过抑制Wnt/β-catenin。Western blot分析显示,34-mer治疗显著降低HSC-T6细胞中总β-连环蛋白和活性β-连环素蛋白的表达,而PPARγ蛋白水平增加约2.3倍(图4C和4D). Wnt拮抗剂IWR-1也有类似的效果(图4C和4D). 34mer或IWR-1处理后α-SMA蛋白水平的降低支持了HSC-T6细胞活化被抑制的结论。如免疫印迹所示图4E34-mer或IWR-1治疗导致核β-catenin水平下降,表明β-catentin介导的转录受到抑制。为了研究β-连环蛋白对PPARγ表达的特异性影响,用β-连环素特异性siRNA转染HSC-T6细胞。Western blotting证实了siRNA的功能,β-连链蛋白的蛋白水平显著降低(图4F,印记1)。重要的是,与模拟或对照siRNA转染相比,β-catenin siRNA处理显著增加了PPARγ蛋白的表达(blot 2)。这些结果证实了β-catenin在抑制HSC PPARγ表达中的重要性。

Wnt诱导的LRP6-Frizzle受体二聚化是典型Wnt信号传导的关键步骤,促进LRP6磷酸化以启动β-catenin介导的信号传导[17]这增加了LRP6在抑制HSC中PPARγ表达中发挥作用的可能性。为了解决这个问题,我们分析了LRP6 siRNA对HSC-T6细胞PPARγ去表达的影响。如所示图4G与模拟或对照siRNA转染相比,siRNA转导导致LPR6蛋白表达显著降低,PPARγ表达增加。这表明LRP6参与了Wnt介导的HSC PPARγ抑制。综上所述,这些结果表明Wnt信号通路的阻断可能是HSC PPARγ诱导过程中的一个重要分子事件。我们使用针对活性磷酸化形式LRP6(p-LRP6)和活性β-catenin的抗体,通过western blot分析,研究Wnt3a是否影响HSC-T6细胞中的Wnt信号传导。在用0.8-5 nM的Wnt3a刺激1小时后,p-LRP6水平以剂量依赖的方式增加(1.5±0.14倍至3.6±0.31倍;图4H). 同时,Wnt3a还以剂量依赖性的方式增加活性β-连环蛋白水平,通过western blotting检测(1.7±0.26倍至2.4±0.27倍)。接下来我们分析了34-mer能否阻止Wnt3a诱导的LRP6磷酸化。HSC-T6细胞与34-mer(50nM或200nM)和Wnt3a(2.5nM)共培养1h,western blot分析显示,34-mer几乎完全消除了Wnt3a-诱导的LRP6磷酸化和活性β-catenin形成。44米对照肽没有这种作用。总之,这些结果表明,34-mer通过干扰Wnt诱导的LRP6磷酸化的机制抑制Wnt/β-catenin信号。

PEDF与HSC-T6细胞中34-mer下调PDGFR表达

肝损伤引起的HSC激活是一个渐进过程,HSC中PDGF受体的表达是HSC扩张所需的早期事件之一[18]。如所示图5AqPCR分析显示,HSC-T6细胞表达PDGFR-α和–βmRNA的基本水平(设为100%),与对照组相比,暴露于PEDF和34-mer 48h后,PDGFRαmRNA的水平分别显著降低至55.5±4.94%和18.0±5.49%。同样,PEDF和34-mer分别将PDGFR-βmRNA水平抑制至59.0±7.47%和13.3±2.66%。相反,44米对照肽没有这种作用。Western blotting结果显示,HSC-T6细胞暴露于50–200 nM 34-mer的环境中48小时,PDGFR-α和–β蛋白水平呈剂量依赖性降低(图5B),100 nM 34-mer是抑制PDGFR-α和–β蛋白表达的有效剂量。

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PEDF和34-mer抑制HSC-T6细胞中PDGFR的表达。

(A类)qPCR检测。在提取RNA之前,HSC-T6细胞在1%FBS培养基中培养2天(UT)或添加PEDF、34-mer或44-mer的1%FBS介质中培养2天后。周期阈值(计算机断层扫描)使用PDGFR-α和–βmRNA的值和对照GAPDH mRNA计算样本间mRNA的相对数量。显示了三次重复实验的PDGFR-α和–βmRNA的平均水平**P(P)与44米对照肽处理细胞相比,<0.002。(B类)将HSC-T6细胞在指定浓度下用34-mer处理48 h,并用所示抗体通过western blot分析检测蛋白质。显示了三个独立实验的代表性斑点。

PEDF抑制PDGF诱导的ERK和Akt磷酸化

PDGF诱导的ERK和Akt磷酸化被认为是导致HSC有丝分裂的重要步骤[6],[19]。如所示图6A用PDGF处理HSC-T6细胞5~40分钟后,磷酸化ERK2(p-ERK2;MW 42 kDa)和p-Akt出现5分钟。ERK2和Akt的磷酸化峰值出现在5~10分钟之间。总ERK1/2或Akt没有明显变化。

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PEDF和34米预处理抑制PDGF信号。

(A类)PDGF诱导HSC-T6细胞ERK和Akt磷酸化。细胞在1%FBS培养基中培养2天,然后暴露于含有PDGF的新鲜无血清培养基中,持续指定的时间。Western blotting用于检测ERK(p-ERK)和Akt(p-Akt)的活性磷酸化形式,如上图所示。通过用总ERK和Akt抗体重制膜以作为负荷控制,证实了蛋白质负荷相等。显示了三个独立实验的代表性斑点。(B类)用PEDF或34-mer处理HSC-T6细胞可防止PDGF诱导的ERK和Akt磷酸化。HSC-T6细胞未经处理或用PEDF或34-mer预处理2天,然后用PDGF刺激指定的时间段。收获细胞并用针对ERK1/2和Akt的磷酸特异性抗体进行蛋白质印迹分析。(C和D)对三份印迹进行密度扫描后,p-ERK2和p-Akt的值分别归一化为总ERK2与Akt**P(P)与对照肽→PDGF处理的细胞相比,<0.05。

通过western blotting检测PDGF诱导的PEDF和34m处理细胞中p-ERK和p-Akt的水平(图6B). PEDF或34米预处理显著阻止p-ERK2和p-Akt的诱导。在所研究的任何时间段内,44-mer预处理对PDGF诱导的p-ERK2和p-Akt水平均无显著影响。与对照细胞(设为100%;图6C). 与对照细胞相比,PEDF和34-mer部分阻断PDGF诱导的Akt磷酸化5分钟(32.0±3.4%和15.5±1.9%)或10分钟(35.8±2.6%和13.3±1.9%(图6D).

PPARγ介导PEDF对HSC PDGFR表达的抑制作用

如所示图7A和7BPEDF抑制PDGFR-α和–β蛋白表达,分别为47.5±5.07%和48.0±6.39%。此外,100 nM 34-mer可有效抑制PDGFR-α和–β蛋白的表达,分别为22.5±3.12%和17.8±3.64%。PPARγ是一种由多种内源性配体激活的转录因子,包括脂肪酸和二十烷酸[20]我们研究了PPARγ拮抗剂GW9662或G3335是否可以抑制PEDF或34-mer对PDGFR下调的作用。Western blot分析显示,PEDF/34-mer和PPARγ拮抗剂(10µM,48 h)联合治疗可阻断PEDF和34-mer抑制HSC-T6细胞PDGFR-α和–β蛋白积累的能力(图7A和4B)。4B类). 此外,34-mer对PDGF诱导的ERK和Akt磷酸化的抑制作用通过与PPARγ拮抗剂共同处理而被消除(图S2). 这些结果表明,PEDF/34mer通过内源性配体依赖性PPARγ激活来下调HSC-T6细胞中PDGFR的表达。

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PEDF通过PPARγ抑制PDGFR的表达。

(A类B类)PPARγ拮抗剂抑制PEDF对PDGFR-α和–β表达的抑制作用。用PEDF或34-mer与10µM GW9662或10µM G3335联合处理HSCT-6细胞48小时。收集细胞进行western blot分析。用抗β-肌动蛋白的抗体证实了相同的负载。图中显示了三个独立实验的代表性斑点(面板下方)和SD密度分析(上图)**P(P)<0.0001与未经处理的细胞相比。(C类)合成PPARγ配体CGZ和RGZ对PDGFR-α/β表达的影响。用34-mer、5µM PPARγ配体或34-mer与CGZ或RGZ联合处理HSCT-6细胞48小时。收集细胞进行western blot分析。抗β-肌动蛋白抗体证实了等负荷。显示了三个独立实验的代表性斑点(C)和用SD(D)进行的密度分析*P(P)与34米处理的细胞相比,<0.05**P(P)与34米处理的细胞相比,<0.02。(电子)PPARγsiRNA消除34-mer诱导的PDGFR下调。用PPARγsiRNA或对照siRNA转染HSC-T6细胞16小时,并在完全培养基中再恢复24小时。“模拟”表明细胞仅用转染试剂处理。治疗后,将HSC-T6和siRNA-转染的HSC-T4细胞暴露于34-mer中48h,然后收获用于western blot分析。(F类)BrdU脉冲标记分析。如上所述进行GW9662和siRNA预处理,然后PDGF(P)处理额外24小时,BrdU脉冲标记2小时。显示的变化代表三个独立实验(n=3个培养皿)的SD。

接下来,我们测试了合成的PPARγ配体(西格列酮、CGZ和罗格列酮,RGZ)是否可以抑制HSC-T6细胞中PDGFR的表达。如所示图7C如前所述,34-mer有效抑制PDGFR-α和–β蛋白的表达。有趣的是,当细胞与CGZ或RGZ共同处理时,34mer对PDGFR-α表达的抑制作用显著增强(7.0±1.6%和6.8±1.4%对22.5±3.1%)。同样,CGZ和RGZ可以显著增强34-mer诱导的PDGFR-β的抑制作用(5.6±1.0%和5.8±0.9%对17.8.5±3.6%)。另一方面,CGZ和RGZ对HSC-T6细胞中34-mer介导的PPARγ上调或PPARγ基础水平表达无影响(图7C,印记3)。值得注意的是,western blot分析表明,与未经处理的对照细胞相比,CGZ和RGZ单独处理导致PDGFR的轻微下调,但没有太大意义(图7D). 这些结果表明,需要一个临界水平的PPARγ来阻止PDGFR的表达。

然后我们研究了34-me诱导的PPARγ对PDGFR下调的可能影响。与转染对照siRNA的细胞相比,将PPARγsiRNA转染HSC-T6细胞显著降低了34-mer诱导产生PPARγ蛋白和抑制PDGFR-α和–β蛋白在HSC-T4细胞中积累的能力(图7E). 这些发现表明,34-mer通过PPARγ降低了HSC-T6细胞中PDGFR的表达。

还评估了PPARγ在PEDF/34-m介导的抑制PDGF诱导的细胞增殖作用中的信号作用。BrdU脉冲标记分析显示,与转染对照siRNA的HSC-T6细胞相比,经PPARγ特异性siRNA预处理的HSC-T细胞中,34-mer抑制PDGF诱导的细胞增殖的能力显著受阻(图7F). 此外,PDGF的有丝分裂活性在HSC-T6细胞中没有受到抑制PEDF-或34米-存在GW9662( 图7F ).

总的来说,数据显示PEDF通过其34米基序诱导PPARγ。PEDF诱导的PPARγ反过来导致PDGFR下调,从而阻断PDGF-PDGFR信号诱导的HSC激活。

讨论

此前,我们报道了CCl诱导的肝纤维化中PEDF的合成显著减少4而通过病毒载体过度表达PEDF阻止了实验动物肝纤维化的进展[11]这些发现支持PEDF作为肝硬化内在保护因子的观点。虽然这一概念已被证明,但通过以下途径预防肝硬化就地通过病毒载体表达PEDF似乎不切实际。因此,我们使用另一种方法解决了这个问题,通过测试较小片段的PEDF活性,而不是全长蛋白。因此,已鉴定出一种短的PEDF肽,其长度为34个氨基酸,具有全长PEDF的活性。34米PEDF可直接注入腹腔,有效改善CCl4-诱导小鼠肝纤维化,并诱导活化HSC中PPARγ表达。通过鉴定这种短的可注射肽,我们已经推进了PEDF在肝硬化治疗中的潜在应用。此外,本研究还确定了PEDF的新分子靶点。具体地说,我们发现PEDF/34-mer治疗启动了一个先前未知的途径来抑制HSC激活。这包括抑制Wnt/β-catenin信号和PDGF受体-α/β的下调。对肝脏PEDF(一种内在抗纤维化因子)调节HSC中PDGF受体信号的分子机制的阐明,极大地扩展了我们对肝纤维化发展的理解。

PPARγ在正常肝脏的静止HSC中高表达,在活化的HSC中表达显著降低在体外 [21],[22]体内 [22],[23]在培养激活的HSC中,通过腺病毒载体表达PPARγ抑制细胞增殖和纤维生成基因的表达,如1型胶原、α-SMA和TGFβ1[21]因此,PPARγ可能能够将激活的HSC恢复到不太活跃的状态。我们之前的体外研究表明,PEDF可诱导HSC-T6细胞和培养激活的大鼠HSC中PPARγ的表达[11]在本研究中,我们发现34-mer可以恢复HSC-T6细胞中PPARγ蛋白的表达并激活HSC体内此外,PPARγ显然是34-mer诱导HSC失活的主要介质。这是基于我们的观察,通过用PPARγ拮抗剂或特异性siRNA预处理细胞,34-mer对PDGFR表达和PDGF诱导的HSC-T6增殖的抑制作用显著减弱。这项研究的结果不仅与我们之前的发现一致,而且还支持PEDF可以通过维持HSC中PPARγ水平来保护个体免受肝硬化的说法。

激活的HSC中与PPARγ下调相关的分子事件大多尚不清楚。最近的一项研究表明,Wnt途径的元件,包括Wnt配体、Frizzled受体和LRP6共受体,在激活培养的HSC的过程中逐渐增加[15]此外,Wnt自分泌的形成触发了培养激活的HSC中β-catenin的核积累,这与PPARγ抑制有关[15],[16]这些先前的发现表明PPARγ与Wnt信号负相关。在这项研究中,我们还发现在HSC-T6细胞中PPARγ水平开始升高之前,核β-catenin水平降低。这表明Wnt信号可能受到抑制,从而实现PPARγ诱导。有趣的是,已经证明PEDF可以有效地阻断Wnt诱导的ARPE-19细胞中β-catenin的核移位[24]此外,通过共沉淀实验证明PEDF与重组LRP6结合,从而阻断Wnt诱导的LRP6-Frizzled受体二聚化,这是典型Wnt信号传导的关键步骤[24]我们的发现表明,34米肽也可能与LRP6发生这种物理相互作用。

通过PDGF受体传递PDGF信号(pdgfr-α和-β)在通过HSC生产ECM和在CCl早期扩展激活的HSC方面具有重要意义4-诱导性肝纤维化[18],[25]我们的研究表明,34-mer抑制HSC-T6细胞中PDGF受体的表达。此外,用PPARγsiRNA预处理细胞可消除抑制作用。这些结果共同表明,PEDF/34-mer上调PPARγ对于阻断HSC中PDGF受体的表达和PDGF介导的受体后信号传导至关重要。由于HSC被PDGF激活,PDGF受体下调的偶联和PDGF诱导的HSC激活的预防有力地支持了PEDF通过减弱其受体来消除PDGF效应的观点。此外,需要用PEDF/34-mer预处理48小时,以显著降低脉冲多普勒频率基因表达。可以合理假设,时间需求与PPARγ的积累和先前存在的PDGFR的周转有关。据报道,PPARγ对谷胱甘肽-半胱氨酸连接酶(GCL)的诱导表达也至关重要,GCL可导致抗氧化剂谷胱甘苷(GSH)的积累增加和抑制pdgfr-β活化HSC中氧化应激介导的表达[26]虽然PPARγ活化和pdgfr-α/βPEDF导致HSC失活,GCL和GSH在PEDF诱导HSC失活性中的作用尚不清楚,有待进一步研究。

为了全面了解34-mer的抗纤维化功能体内在体外需要对肝细胞以外的肝细胞进行研究,如肝细胞、枯否细胞和窦状内皮细胞(SEC)。先前的研究表明,34-mer结构域发挥PEDF的抗血管生成活性[10],[27]抑制脉络膜新生血管动物的血管生成[27]或PC-3前列腺腺癌[10]SEC与肝窦HSC在解剖学上共定位[28]在长期肝纤维化形成过程中,SECs的血管生成可提高癌前肝细胞和活化HSC的存活率[28],[29]这表明,消除增殖的SEC和活化的HSC可能会导致更有效地阻断肝纤维化。我们目前的数据不能排除34米的间接影响,即通过消除过多激活的SEC来减少HSC激活。

总之,肝脏PEDF是一种内在的抗纤维化因子;然而,在纤维化肝脏中,其数量显著减少。在这里,我们提供了支持PEDF的抗纤维化活性保留在其34mer基序中的假设的证据。34米的抗纤维化作用在体内CCl小鼠模型4-诱导的肝纤维化以及34-mer对活化的HSC的抗增殖和抗纤维化作用在在体外研究。这项研究的结果表明,PEDF衍生的短肽可能被用作治疗肝纤维化的抗纤维化药物。

支持信息

图S1

34-mer可防止α-SMA和COL1A1蛋白在CCl中的积累4-治疗小鼠。CCl后第7周的全肝蛋白裂解物4提取处理液,用所示抗体进行westernblot分析。显示了来自三个独立实验的代表性斑点(A)和密度分析(B)*P(P)<0.001对照肽+CCl4-治疗组。

(畅通节能法)

图S2

PPARγ拮抗剂消除34-mer对PDGF信号的抑制作用。HSC-T6细胞要么未经处理,要么用34-mer处理,要么与34-mer和PPARγ拮抗剂(GW9662和G3335)联合处理2天,然后用PDGF刺激5和10分钟。收集细胞并用ERK1/2和Akt的磷酸特异性抗体进行western blot分析。通过用总ERK和Akt抗体重制膜来证实相同的蛋白质负载。显示了三个独立实验的代表性斑点。

(畅通节能法)

致谢

我们感谢蒂姆·J·哈里森博士的亲切阅读。我们感谢Chu Ping Ho和Chin Min Wang在蛋白质印迹和qPCR实验方面的支持。

资金筹措表

这项工作得到了三军总医院(TSGH-C101-083,TSGH-C101-084)、台湾国家科学委员会(NSC 101-2314-B-195-006-MY3)和麦凯纪念医院(MMH-E-101-006)的资助。资助者在研究设计、数据收集和分析、决定出版或编写手稿方面没有任何作用。

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文章来自PLOS ONE系列由以下人员提供多环芳烃