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2020年4月24日;11(1):2012.
doi:10.1038/s41467-020-15743-6。

肺上皮细胞Nedd4-2的条件性缺失导致成年小鼠进行性肺纤维化

附属公司

肺上皮细胞Nedd4-2的条件性缺失导致成年小鼠进行性肺纤维化

朱莉娅·杜尔等。 国家公社

摘要

特发性肺纤维化(IPF)是一种慢性进行性间质性肺疾病,其特征是远端肺出现片状瘢痕,治疗选择有限,预后差。在这里,我们发现成年小鼠肺上皮细胞中泛素连接酶Nedd4-2(Nedd4l)的条件性缺失会产生与IPF具有共同关键特征的慢性肺病,包括进行性纤维化和细支气管化,外周气道中Muc5b的表达增加,肺蛋白质组的蜂窝状结构和特征性改变。NEDD4-2与上皮Na的调节有关+通道对正确的气道表面水合和粘液清除以及TGFβ信号的调节至关重要,TGFβ可以促进纤维化重塑。我们的数据支持黏液纤毛功能障碍和异常上皮原纤维反应在多因素疾病发病机制中的作用。此外,用抗纤维化药物吡非尼酮治疗可减少该模型的肺纤维化。因此,该模型可能有助于研究IPF的发病机制和治疗。

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数字

图1
图1。NEDD4-2公司IPF患者肺组织活检中的表达降低。
用抗NEDD4-2抗体染色的IPF患者和年龄匹配的对照组肺切片的显微照片(代表n个 = 9/组)。比例尺,100和10µm(插图)。b条,c(c)平行反应监测质谱法测定NEDD4-2蛋白水平(n个 = 11/组)(b条)和NEDD4-2公司mRNA(对照,n个 = 10; IPF、,n个 = 9) (c(c))IPF患者和对照组的肺活检*P(P) < 0.05, **P(P) < 与对照组相比为0.01。使用非配对双尾进行统计分析t吨测试。数据显示为平均值±S.E.M.源数据在源数据文件中提供。
图2
图2。有条件删除内德4-2成人肺上皮细胞引起肺纤维化。
条件生存曲线内德4-2−/−小鼠和窝友控制(n个 = 26/组)。b条,c(c)体重总结(n个 = 8/组)(b条)和氧饱和度(n个 = 10/组)(c(c))有条件的内德4-2−/−以及在终点研究当天记录的用强力霉素诱导3-4个月的对照小鼠。d日0.5(对照组,n个 = 6只小鼠;有条件的内德4-2−/−,n个 = 5只小鼠),2只(对照,n个 = 5只小鼠;有条件的内德4-2−/−,n个 = 7只小鼠),3只(对照组,n个 = 10只小鼠;有条件的荷兰4-2−/−,n个 = 13只小鼠)和4个月(对照组,n个 = 9只小鼠;有条件的内德4-2/−,n个 = 6只小鼠)。e(电子)在多西环素诱导平均4个月后,当条件内德4-2−/−小鼠出现临床症状(n个 = 7/组)。e(电子)典型的micro-CT图像显示胸膜下片状实变伴牵引性支气管扩张(白色箭头),胸膜下囊性蜂窝状破坏邻近实变的肺实质(黑色箭头),以及胸膜下网状结构伴实质线(黑色箭头内德4-2/−老鼠。比例尺,3毫米。(f),肺纤维化的量化((f))和蜂窝状囊肿()通过显微CT评分。小时临床症状性条件肺的组织形态学评价内德4-2/−多西环素诱导小鼠平均4个月后(n个 = 5个/组)。小时,代表性苏木精和伊红(H&E)染色肺切片的显微照片。比例尺,1mm(低倍概述)和200µm(高倍率)。H&E染色肺切片确定蜂窝状囊肿的定量。j个用H&E和抗α-平滑肌肌动蛋白(αSMA)抗体染色的代表性邻近肺切片的显微照片,描绘成纤维细胞病灶样改变(箭头)。比例尺,50微米。k个从H&E染色肺切片确定的成纤维细胞病灶样改变的量化。Masson–Goldner–肺切片三色染色显示,有条件的内德4-2/−老鼠。比例尺,200微米。条件性肺组织中的胶原蛋白含量(Sircol)内德4-2−/−小鼠和窝友控制(n个 = 5个/组)。n个条件下的平均隔壁厚度内德4-2−/−多西环素诱导0.5、2和3个月后的小鼠和室友对照组(n个 = 6/组)。o个透射电镜显示条件反射性肺泡2型细胞超微结构异常内德4-2−/−老鼠(n个 = 6/组)。比例尺,2微米*P(P) < 0.05, **P(P) < 0.01, ***P(P) < 0.001,与同龄的室友对照组相比。生存时间采用对数秩检验进行分析。使用非配对双尾进行统计分析t吨在中测试(b条,d日,n个)和双尾Mann–Whitney检验(c(c),(f),,,k个,). 数据显示为平均值±S.E.M.源数据在源数据文件中提供。
图3
图3。有条件删除内德4-2肺上皮细胞中Muc5b生成增加,导致外周气道重塑。
d日典型的显微照片和高倍插图,显示了条件下终末细支气管的气道细胞群内德4-2−/−小鼠和同窝对照在用阿尔西安蓝和碘酸希夫(AB-PAS)染色的多西环素诱导3个月后(对照,n个 = 5只小鼠;荷兰4-2−/−,n个 = 9只小鼠)()或与抗Muc5b和抗乙酰化α-微管蛋白抗体共同染色(对照,n个 = 5只小鼠;内德4-2−/−,n个 = 6) (b条,c(c))或抗Muc5ac和抗CCSP抗体(n个 = 4/组)(d日). 比例尺,60和15µm(插图)。e(电子)俱乐部细胞数值密度总结(n个 = 5只小鼠/组)(e(电子)),纤毛细胞(n个 = 6/组和近端,有条件内德4-2−/−,n个 = 5只小鼠)((f)),杯状细胞(近端,对照,n个 = 5只小鼠;有条件的内德4-2−/−,n个 = 6只小鼠;远端,对照,n个 = 5只小鼠;有条件的内德4-2−/−,n个 = 7只小鼠,末端,n个 = 9/组)(),Muc5b表达细胞(近端,n个 = 5/组;远端、控制,n个 = 5只小鼠;有条件的内德4-2−/−,n个 = 6只小鼠,末端,n个 = 6/组)(小时)和表达Muc5ac的细胞(n个 = 4/组)()在有条件的近端、远端和终末传导气道中内德4-2−/−小鼠和同窝对照在多西环素诱导3个月后(BM基底膜)。j个,k个mRNA表达水平淤泥5b(j个)和Muc5ac公司(控制,n个 = 15只小鼠;有条件的内德4-2−/−,n个 = 6只小鼠)(k个)在3个月诱导的条件荷兰4-2−/−和对照小鼠*P(P) < 0.05, **P(P) < 0.01, ***P(P) < 0.001. 中的统计分析e(电子),,小时,,k个用两个ta进行领导Mann–Whitney测试(f)、和j个带有未配对的双尾t吨测试。数据显示为平均值±S.E.M.源数据在源数据文件中提供。
图4
图4。有条件删除内德4-2气道上皮细胞导致ENaC活性增加,气道表面液(ASL)高度降低,粘液纤毛运输受损。
氨氯敏感短路电流(供应链)在新鲜切除的条件呼吸道组织中内德4-2−/−和对照小鼠(对照,n个 = 20只小鼠;有条件的荷兰4-2−/−,n个=27只小鼠)用强力霉素诱导2周。b条,c(c)ASL高度的共焦图像(b条)和测量总结(c(c))基线和2、4、8和24罗丹明葡聚糖应用于小鼠气道上皮细胞条件培养后h内德4-2−/−多西环素诱导小鼠和室友对照2周(n个 = 三次独立实验)。比例尺,15微米。d日,e(电子)根据添加在原代小鼠气道上皮细胞培养物表面的荧光珠的转运速率测定粘膜转运(MCT)速度。可视化MCT速度的代表性珠道(d日)和测量总结(e(电子))在条件培养基中内德4-2−/−小鼠和窝友控制(n个 = 3个独立实验)。比例尺,50微米**P(P) < 0.01, ***P(P) < 0.001. 中的统计分析进行了双尾Mann–Whitney检验c(c),e(电子)带有未配对的双尾t吨测试。数据显示为平均值±S.E.M.源数据在源数据文件中提供。
图5
图5。缺乏内德4-2导致肺泡2型(AT2)细胞中proSP-C的错误处理,但Sftpc的基因缺失不能预防条件性肺纤维化内德4-2−/−老鼠。
肺的典型免疫荧光图像内德4-2−/−用抗proSP-C抗体染色的小鼠和室友对照组。在对照肺中,proSP-C的亚细胞分布主要表现为与板层体(白色箭头)一致的大的亚质膜细胞器,而在条件内德4-2−/−肺也发生在较小的细胞溶质小泡中(n个 = 3/组)。比例尺,50和10µm(插图)。b条分离的AT2细胞的Western blot显示proSP-C处理谱在条件下发生畸变荷兰4-2/−与对照小鼠相比(n个 = 3/组)。c(c),d日代表性Western印迹(c(c))和密度分析(d日)支气管肺泡灌洗液中成熟SP-C内德4-2−/−小鼠和窝友控制(n个 = 3/组)。e(电子)代表性苏木精和伊红(H&E)染色肺切片的显微照片(比例尺,1毫米)(e(电子))以及压力-体积曲线的测量(n个 = 13/组)((f))和静态肺顺应性()从条件内德4-2−/−(n个 = 7只小鼠),有条件内德4-2−/−/瑞士船级社−/−(n个 = 10只老鼠),室友瑞士船级社−/−(n个 = 11只小鼠)和对照小鼠(n个 = 7只小鼠)用强力霉素诱导,平均4个月*P(P) < 0.05, **P(P)< 0.01, ***P(P) < 0.001. 使用非配对双尾进行统计分析t吨在中测试d日和方差分析,使用Tukey的事后检验数据显示为平均值±S.E.M.源数据在源数据文件中提供。
图6
图6。有条件删除内德4-2在肺上皮细胞中,TGFβ水平升高,Smad2/3信号放大。
条件性肺炎患者全肺TGFβ活性水平内德4-2−/−0.5后的小鼠和同窝对照(n个 = 4/组),2(n个 = 4/组),3(n个 = 5个/组)和4个月(n个 = 6个/组)。b条,c(c)间充质标志基因的mRNA表达水平维姆Fn1型(n个 = 9/组)(b条)和肺泡2型(AT2)细胞标记物瑞士船级社(n个 = 9/组)和Sftpd公司(n个 = 6/组)(c(c))条件下的全肺内德4-2/−并在多西环素诱导3个月后对小鼠进行对照。d日从条件内德4-2−/−用强力霉素诱导2周的对照小鼠用1ng/ml TGFβ,并分析磷酸化Smad2/3(pSmad2/3)和TGFβ诱导基因的转录水平。d日(f)代表性Western印迹(d日)pSmad2的密度分析(e(电子))和pSmad3((f))在基线和1-3之后TGFβ刺激h。mRNA水平丝氨酸1(),Smad7公司(小时)、和技术()在TGFβ刺激指定时间后。所有体外数据均来自3个独立实验*P(P) < 0.05, **P(P) < 0.01, ***P(P) < 与对照组相比为0.001。统计分析采用双尾Mann-Whitney检验,b条,双尾未配对t吨在中测试c(c),和双向方差分析wit吨h Sidac的后期测试e(电子)数据显示为平均值±S.E.M.源数据在源数据文件中提供。
图7
图7。条件型肺纤维化的蛋白质组特征比较内德4-2−/−IPF小鼠和患者。
,b条肺组织中差异调节基质体注释蛋白的条件热图内德4-2−/−老鼠(n个 = 11) 和对照小鼠(n个 = 13) 用强力霉素诱导3个月(),以及IPF患者和对照组的肺组织中(n个 = 11/组)(b条).c(c)显示条件肺中独特和常见差异调节蛋白比例的维恩图内德4-2/−小鼠和IPF患者。d日条件下发现的差异调节基质蛋白概述内德4-2/−小鼠和人类IPF样品。e(电子)条件下典型肺切片的显微照片内德4-2/−用抗Tnc、抗Col14a1和抗Serpinh1抗体染色的小鼠和室友对照(n个 = 6/组)。比例尺,100微米。
图8
图8。吡非尼酮治疗可减轻有条件肺纤维化和炎症内德4-2−/−老鼠。
3个月多西环素诱导条件肺石蜡包埋的典型显微CT图像内德4-2−/−对照组小鼠用吡非尼酮(pirf)或载体单独治疗一个月。纤维化区域显示组织密度增加的斑块(白色箭头)(对照,n个 = 8; 有条件的内德4-2−/−,n个 = 8; 有条件的内德4-2−/−+皮尔夫,n个 = 10) 。b条三个实验组(对照组、,n个 = 8; 有条件的内德4-2−/−,n个 = 8; 有条件的内德4-2−/−+皮尔夫,n个 = 10).c(c),d吡非尼酮治疗对静态顺应性的影响(对照,n个 = 30; 有条件的内德4-2−/−,n个 = 28; 有条件的内德4-2/负极+皮尔夫,n个 = 27)(c(c))以及肺匀浆中活性TGFβ的浓度(对照,n个 = 27;有条件的内德4-2−/−,n个 = 24; 有条件的内德4-2−/+皮尔夫,n个 = 24) (d日).e(电子)中性粒细胞数量(对照,n个 = 29; 有条件的内德4-2−/−,n个 = 25; 有条件的内德4-2−/−+皮尔夫,n个 = 25) (e(电子))支气管肺泡灌洗液中IL-13的浓度(对照组,n个 = 21; 有条件的荷兰4-2−/−,n个 = 24; 有条件的内德4-2−/−+皮尔夫,n个 = 22) ((f))以及肺匀浆中IL-1β的浓度(对照组,n个 = 15; 有条件的内德4-2−/−,n个 = 15; 有条件的内德4-2−/−+皮尔夫,n个 = 16) ()有条件的内德4-2−/−和用吡非尼酮或单用载体治疗的对照小鼠*P(P) < 0.05, **P(P) < 0.01, ***P(P) < 0.001.小时k个吡非尼酮对条件培养的肺泡2型细胞转化生长因子β信号传导的影响内德4-2−/−和用强力霉素诱导2周的对照小鼠,用1ng/ml TGFβ,并分析磷酸化Smad2(pSmad2)和TGFβ调节基因的转录水平。小时pSmad2基线和1-3后的密度分析TGFβ刺激h。k个mRNA水平丝氨酸1(),Smad7公司(j个)、和技术(k个)在ind在吡非尼酮存在或不存在的情况下,TGFβ刺激后的固定时间。(n个 = 3个独立实验)*P(P) < 0.05, **P(P) < 0.01, ***P(P) < 与对照组小鼠相比为0.001。#P(P) < 0.05时,##P(P) < 0.01,###P(P) < 0.001与吡非尼酮治疗的条件性内德4-2−/−老鼠。使用Kruskal-wallis检验和Mann-Whitney检验进行统计分析,修正了Bonferroni方法的多重比较事后(post-hoc)在中测试b条,d日,使用Tukey的事后检验进行单向方差分析c(c)和双向方差分析,使用Tukey的事后检验小时k个数据显示为平均值±S.E.M.源数据在源数据文件中提供。
图9
图9。吡非尼酮治疗逆转条件性肺纤维化相关的蛋白质组学变化内德4-2−/−老鼠。
多西环素诱导3个月大鼠肺中差异调节的基质注释蛋白的热图内德4-2−/−和用吡非尼酮(pirf)或单独给药的对照小鼠(n个 = 9/组和内德4-2−/−车辆,n个 = 8).b条所有显著调节蛋白质的主成分分析。c(c),d日四个实验组中显著调节的蛋白质的灵巧路径分析。顶级富集疾病和功能(c(c))和标准路径(d日)基于预测的激活z(z)-显示分数。

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引用人

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