Bronchial extracellular matrix from COPD patients induces altered gene expression in repopulated primary human bronchial epithelial cells

doi:10.1038/s41598-018-21727-w

.2018年2月22日；8(1):3502.

doi:10.1038/s41598-018-21727-w。

COPD患者支气管细胞外基质诱导人原代支气管上皮细胞基因表达改变

乌尔夫·赫德斯特伦^1 2, 奥斯卡·哈尔格伦^2 三, 丽莎·奥伯格⁴, 艾米·德米科¹, Outi Vaarala公司⁴, Gunilla Westergren-Thorsson公司², 周晓红⁵

附属公司

¹瑞典哥德堡阿斯利康IMED生物技术部门呼吸、炎症和自身免疫生物科学再生部。
²瑞典隆德大学实验医学系肺生物学系。
^三瑞典隆德大学临床科学系呼吸医学和变态反应科。
⁴瑞典哥德堡阿斯利康IMED生物技术部呼吸、炎症和自身免疫生物科学免疫部。
⁵瑞典哥德堡阿斯利康IMED生物技术部呼吸、炎症和自身免疫生物科学再生部。Xiao-Hong.Zhou@astrazeneca.com。

PMID： 29472603
预防性维修识别码：项目编号5823945
内政部： 10.1038/s41598-018-21727-w

COPD患者支气管细胞外基质诱导人原代支气管上皮细胞基因表达改变

乌尔夫·赫德斯特伦等。科学代表. 2018.

.2018年2月22日；8(1):3502.

doi:10.1038/s41598-018-21727-w。

作者

乌尔夫·赫德斯特伦^1 2, 奥斯卡·哈尔格伦^2 三, 丽莎·奥伯格⁴, 艾米·德米科¹, Outi Vaarala公司⁴, Gunilla Westergren-Thorsson公司², 周晓红⁵

附属公司

¹瑞典哥德堡阿斯利康IMED生物技术部呼吸、炎症和自身免疫生物科学再生部。
²瑞典隆德大学实验医学系肺生物学系。
^三瑞典隆德大学临床科学系呼吸医学和变态反应科。
⁴瑞典哥德堡阿斯利康IMED生物技术部呼吸、炎症和自身免疫生物科学免疫部。
⁵瑞典哥德堡阿斯利康IMED生物技术部呼吸、炎症和自身免疫生物科学再生部。Xiao-Hong.Zhou@astrazeneca.com。

PMID： 29472603
预防性维修识别码：第5823945页
内政部： 10.1038/s41598-018-21727-周

摘要

慢性阻塞性肺病（COPD）是一个严重的全球性健康问题，其特征是慢性气道炎症、进行性气流受限和肺实质破坏。COPD患者支气管气道的重塑包括支气管上皮和上皮下细胞外基质（ECM）的改变。为了探讨异常ECM对COPD患者上皮细胞表型的影响，我们建立了一种新的体外模型，在该模型中，正常人支气管上皮（NHBE）细胞在COPD患者和健康人的脱细胞人支气管支架上重新增殖和分化。通过转录组学，我们发现COPD患者支气管ECM与正常支气管ECM相比，在原代NHBE细胞中诱导差异基因表达。基因表达谱表明，与COPD病理生理学相关的上游介质的活性发生改变，包括肝细胞生长因子、转化生长因子β1和血小板衍生生长因子B，这表明COPD患者支气管ECM中与COPD相关的变化导致了气道再生能力的缺陷。

PubMed免责声明

利益冲突声明

U.H.、L.Ö。，阿斯利康聘用A.D.、O.V.和X.Z。

数字

图1
的实验设置体外该模型用于用原始正常人支气管上皮细胞重新填充支气管支架。(A类)脱细胞后，将支气管支架放置在无菌沃特曼过滤器上，过滤器漂浮在6孔板的培养基上。这种设置允许细胞在接近气液界面的地方分化。(B类)将第3代的原代正常人支气管上皮（NHBE）细胞接种在COPD患者和健康供体的脱细胞支气管支架上。四天后，用分化培养基替换播种期间使用的培养基，并清除支架上剩余的多余培养基，以最大限度地暴露于空气中。在第0天、第7天、第14天、第21天、第28天和第35天收集重组支架进行免疫组织化学或RNA测序。

图2
人类支气管气道的脱细胞有效地去除细胞，同时保留细胞外基质(A）500强的宏观结构脱细胞（DC）后保存µm厚的人支气管组织切片。**（B）**DC前后苏木精和伊红、马森三色（蓝色胶原）和碱性蓝-周期性酸希夫（AB-PAS）（品红/紫色多糖）染色以及针对基底膜蛋白IV型胶原、层粘连蛋白和珍珠糖的免疫组织化学染色。图像代表n = 三。**（C）**染色结合方法证实DC可有效降低DNA含量（**p = 0.002），同时在支气管支架中保存硫酸化糖胺聚糖（sGAG）和弹性蛋白（n = DNA为6，n = sGAG和弹性蛋白为3）。数据采用Mann-Whitney检验进行分析，图表显示平均值和标准偏差。比例尺：3 A和50毫米 B中的µm。

图3
原代正常人支气管上皮细胞在正常和COPD支气管支架上分化过程中形成纤毛并呈现假分层形态。苏木精伊红染色显示在正常或COPD支架上分化7、21和35天的原代正常人支气管上皮细胞的形态。插图以高倍显示相同的图像。图像代表n = 3.箭头：纤毛。比例尺：50 微米。

图4
原代正常人支气管上皮细胞在正常和COPD支气管支架上分化为气道上皮。(A类)在正常或COPD人支气管支架上分化35天后，对原代正常人支气管上皮细胞进行FoxJ1（纤毛细胞）、MUC5AC（粘蛋白5AC）（杯状细胞）、p63（基底细胞）和Ki-67（增殖标记物）免疫染色。图像代表n = 3. (B类)利用免疫组化结果的图像分析计算分化过程中每个标记物的阳性细胞百分比（n = 3）并用苏木精进行复染，以计数细胞总数。使用Sidak校正和图表显示平均值和标准偏差，对数据进行双向方差分析。黑色箭头：杯状细胞。蓝色箭头：基底细胞。白色箭头：Ki-67阳性细胞。比例尺：50 微米。

图5
COPD与正常支气管支架上分化的原代正常人支气管上皮细胞的差异基因表达。(A类)在分化过程中的每个时间点，COPD细胞与正常支气管支架细胞中差异表达基因的数量。(B类)第0天、第7天和第14天差异表达基因的数量和重叠。(C类)显示分层聚集日志的热图₂（比率）数据，其中比率定义为COPD细胞相对于正常支架的mRNA表达水平。数据显示了在前三个分化时间点中的一个或多个差异表达的所有基因。(D类)显示日志的热图₂14个基因在前三个时间点的差异表达（比率）数据。此图中的所有数据表示n = 三。

图6
与正常支架相比，慢性阻塞性肺病（COPD）患者原代正常人支气管上皮细胞中HGF和TGF-β1调节的基因表达存在差异。RNA-Seq数据显示受(A类)肝细胞生长因子（HGF）和(B类)在正常（方形）或COPD（圆形）支气管支架上分化期间，原代正常人支气管上皮细胞中的转化生长因子β1（TGF-β1） = 3). 遇见 = MET原癌基因、受体酪氨酸激酶（HGF受体）、FOS = Fos原癌基因（AP-1转录因子亚基），FOSL1 = Fos相关抗原1（AP-1转录因子亚单位），LDLR = 低密度脂蛋白受体PTGS2 = 前列腺素-环氧合酶2（环氧化酶2），NR4A1 = 核受体4A1，TGFBR1 = TGF-β受体1，SNAI2 = 蜗牛家族转录抑制因子2，SMAD7 = SMAD家族成员7，CTGF = 结缔组织生长因子 = 细胞因子信号传导抑制剂3，HES1 = Hes家族bHLH转录因子1。使用DESeq2（如材料和方法中所述）对数据进行分析，使用Benjamini-Hochberg方法进行多次测试校正*FDR（错误发现率） < 0.05，**FDR < 0.01，***FDR < 0.001.

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1. McDonough JE等，慢性阻塞性肺疾病中的小气道阻塞和肺气肿。新英格兰医学杂志。2011;365:1567–1575. doi:10.1056/NEJMoa1106955。-内政部-项目管理咨询公司-公共医学
1. Vestbo J等。慢性阻塞性肺病诊断、管理和预防的全球战略：GOLD执行摘要。美国呼吸与危重病医学杂志。2013;187:347–365. doi:10.1164/rccm.201204-0596PP。-内政部-公共医学
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1. Rigden HM等。慢性阻塞性肺病吸烟者支气管上皮鳞状上皮化生增加。请给我一个。2016;11:e0156009。doi:10.1371/journal.pone.0156009。-内政部-项目管理咨询公司-公共医学
1. Innes AL等人。在气流阻塞的吸烟者的大气道中，上皮粘蛋白储存增加。胸部。2006;130:1102–1108. doi:10.1378/chest.130.4.1102。-内政部-公共医学

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[1] McDonough JE等，慢性阻塞性肺疾病中的小气道阻塞和肺气肿。新英格兰医学杂志。2011;365:1567–1575. doi:10.1056/NEJMoa1106955。-内政部-项目管理咨询公司-公共医学

[2] McDonough JE等，慢性阻塞性肺疾病中的小气道阻塞和肺气肿。新英格兰医学杂志。2011;365:1567–1575. doi:10.1056/NEJMoa1106955。-内政部-项目管理咨询公司-公共医学

[3] Vestbo J等。慢性阻塞性肺病诊断、管理和预防的全球战略：GOLD执行摘要。美国呼吸与危重病医学杂志。2013;187:347–365. doi:10.1164/rccm.201204-0596PP。-内政部-公共医学

[4] Vestbo J等。慢性阻塞性肺病诊断、管理和预防的全球战略：GOLD执行摘要。美国呼吸与危重病医学杂志。2013;187:347–365. doi:10.1164/rccm.201204-0596PP。-内政部-公共医学

[5] Mathers CD，Loncar D.2002年至2030年全球死亡率和疾病负担预测。公共科学图书馆医学。2006;3:e442。doi:10.1371/journal.pmed.0030442。-内政部-项目管理咨询公司-公共医学

[6] Mathers CD，Loncar D.2002年至2030年全球死亡率和疾病负担预测。公共科学图书馆医学。2006;3:e442。doi:10.1371/journal.pmed.0030442。-内政部-项目管理咨询公司-公共医学

[7] Rigden HM等。慢性阻塞性肺病吸烟者支气管上皮鳞状上皮化生增加。请给我一个。2016;11:e0156009。doi:10.1371/journal.pone.0156009。-内政部-项目管理咨询公司-公共医学

[8] Rigden HM等。慢性阻塞性肺病吸烟者支气管上皮鳞状上皮化生增加。请给我一个。2016;11:e0156009。doi:10.1371/journal.pone.0156009。-内政部-项目管理咨询公司-公共医学

[9] Innes AL等人。在气流阻塞的吸烟者的大气道中，上皮粘蛋白储存增加。胸部。2006;130:1102–1108. doi:10.1378/chest.130.4.1102。-内政部-公共医学

[10] Innes AL等人。在气流阻塞的吸烟者的大气道中，上皮粘蛋白储存增加。胸部。2006;130:1102–1108. doi:10.1378/chest.130.4.1102。-内政部-公共医学

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