成纤维细胞依赖的TGF-β1/sFRP2非经典Wnt信号轴促进特发性肺纤维化中的上皮化生

A fibroblast-dependent TGF-β1/sFRP2 noncanonical Wnt signaling axis promotes epithelial metaplasia in idiopathic pulmonary fibrosis

作者信息Max L Cohen, Alexis N Brumwell, Tsung Che Ho, Kiana Garakani, Genevieve Montas, Darren Leong, Vivianne W Ding, Jeffrey A Golden, Binh N Trinh, David M Jablons, Michael A Matthay, Kirk D Jones, Paul J Wolters, Ying Wei, Harold A Chapman, Claude Jourdan Le Saux
PMID38980870
发布时间2024-07-09
DOI10.1172/JCI174598

实验完整度

包含患者样本单细胞测序、类器官共培养、PCLS体外模型、基因敲低和抑制剂干预等多层级功能与机制验证。

主要模型

患者诊断性肺活检组织 AEC2-成纤维细胞共培养类器官 精确切割肺切片(PCLS) 原代人肺泡上皮细胞(AEC2)

重点核对

EGCG给药方案:600 mg口服,每日一次,持续2周 sFRP2处理浓度:10、30、60 ng/ml TGF-β1处理浓度:1、2、4 ng/ml Fzd5和Fzd6在AEC2中的敲低效率 KN93和tacrolimus的抑制浓度

摘要

肺泡成纤维细胞与上皮细胞之间的相互作用对肺稳态、损伤修复和纤维化至关重要,但潜在机制尚不明确。为研究这一问题,我们对接受诊断性肺活检的间质性肺病(ILD)患者给予成纤维细胞选择性TGF-β1信号抑制剂表没食子儿茶素没食子酸酯(EGCG),并对备用组织进行单细胞RNA测序。未接受治疗患者的活检组织显示,与非疾病供体或终末期ILD组织相比,成纤维细胞TGF-β1信号更高。在体内,EGCG下调了活检样本中的TGF-β1信号以及多个促炎和应激通路。值得注意的是,EGCG减少了成纤维细胞分泌的frizzled相关蛋白2(sFRP2),这是TGF-β1在成纤维细胞中的一个未被识别的靶基因,在体内II型肺泡上皮细胞(AEC2s)附近被诱导。使用来自非疾病供体的AEC2-成纤维细胞共培养类器官和精确切割肺切片(PCLSs),我们发现TGF-β1信号促进扩散的AEC2 KRT17+基底样状态,随后sFRP2激活成熟的细胞角蛋白5+(Krt5+)基底细胞程序。Wnt受体Frizzled 5(Fzd5)的表达和下游钙调磷酸酶信号是sFRP2诱导的核NFATc3积累和KRT5表达所必需的。这些发现强调了ILD中阶段特异性的TGF-β1信号,以及EGCG在减少特发性肺纤维化相关(IPF相关)转录变化方面的治疗潜力,并确定了通过sFRP2的TGF-β1/非经典Wnt通路串扰作为IPF/ILD中功能障碍性上皮信号传导的机制。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
TGF-β1信号如何通过成纤维细胞与肺泡上皮细胞的相互作用促进特发性肺纤维化中的上皮化生?
核心机制
TGF-β1诱导成纤维细胞分泌sFRP2,sFRP2与AEC2上的Fzd5受体结合,激活钙调磷酸酶/NFATc3非经典Wnt信号通路,促进AEC2向KRT5+基底细胞转分化。
主要证据
患者活检单细胞测序、AEC2-成纤维细胞类器官共培养、PCLS培养、siRNA敲低和药理学抑制实验证明该机制。
研究意义
揭示IPF/ILD中TGF-β1与非经典Wnt通路通过sFRP2的串扰机制,支持EGCG作为IPF潜在治疗药物的应用前景。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

患者样本收集与单细胞分析

比较不同疾病阶段ILD患者与正常供体肺组织中成纤维细胞和上皮细胞的转录组差异。

收集接受EGCG或未接受治疗的ILD患者活检组织,以及正常供体和终末期ILD explant肺组织,进行scRNA-Seq分析。

2

EGCG处理对TGF-β1信号和下游靶基因的抑制

验证EGCG在体内和体外抑制成纤维细胞TGF-β1信号及其靶基因表达的效果。

对比EGCG处理和未处理活检组织中的基因表达,并通过Western blot和定量PCR验证蛋白和mRNA变化。

3

sFRP2对AEC2命运的影响

探究成纤维细胞来源的sFRP2对AEC2细胞分化的影响。

在AEC2-MRC5类器官共培养和PCLS中加入重组sFRP2,观察KRT5和SFTPC表达变化。

4

sFRP2敲低验证其必要性

确认成纤维细胞中sFRP2表达对AEC2转分化的必要性。

用siRNA沉默原代成纤维细胞中的sFRP2,与AEC2共培养类器官,检测SFTPC和KRT5表达。

5

sFRP2受体鉴定及信号通路研究

确定sFRP2作用的受体及下游信号通路。

在AEC2细胞中敲低Fzd5和Fzd6,检测sFRP2诱导的KRT5表达;使用KN93和tacrolimus抑制钙信号通路;在HEK293细胞中验证Fzd5介导的NFATc3核转位。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
DMEM培养基Thermo Fisher11965092
胎牛血清Fisher ScientificSH883IH2540
GlutaMax添加剂Gibco35050-61
HEPES缓冲液Gibco5630-080
青霉素/链霉素Gibco10378016
Opti-DMEM培养基Fisher Scientific31985062
Matrigel基质胶Thermo FisherCB-40230A
小气道上皮基础培养基LonzaCC-3118
SAGM添加剂盒LonzaCC-3118
霍乱毒素MilliporeSigmaC8052
ROCK抑制剂STEMCELL Technologies72252
TrypLE消化液Thermo Fisher12563011
生物素标记抗CD326抗体BioLegend324216
链霉亲和素磁珠STEMCELL Technologies17663
分散酶----
胶原酶----
转化生长因子-β1Peprotech100-21
SB431542Tocris1614/1
分泌型卷曲相关蛋白2R&D Systems6838-FR
他克莫司Thermo FisherAAJ6357AMF
Wnt3a蛋白R&D5036-WN-010
KN93MilliporeSigma422711-1MG
Lipofectamine RNAiMAX转染试剂Invitrogen13778
TurboFect转染试剂Thermo FisherR0531
低生长因子Matrigel基质胶Thermo FisherCB-40230A
低熔点琼脂糖Thermo Fisher16550100
Compresstome组织切片机Precisionary Instrument LLC.VF-310-0Z
制霉菌素Thermo FisherN186
ProLong Gold封片剂Thermo Fisher Scientific--
抗原修复液BiocareDV2004MX
RNAscope荧光多重检测试剂盒ACDBio323110
SFTPC探针ACDBio452561
COL1A2探针ACDBio432721
KRT17探针ACDBio463661
SFRP2探针ACDBio476341
ReliaPrep RNA细胞小提试剂盒PromegaZ6011
iScript RT预混液Bio-Rad1708841
SsoAdvanced通用SYBR Green预混液Bio-Rad1725271
抗NFAT3抗体Santa Cruz Biotechnology Inc.sc8405
抗FZD5抗体Thermo FisherMA5-17080
抗GAPDH抗体Santa Cruz Biotechnology Inc.sc-47724
抗NUP62抗体Thermo Fisher13916-AP
角质形成细胞生长因子R&D251KG01050
炭处理胎牛血清Thermo Fisher12676011
ImageJ软件NIH--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
患者样本收集与单细胞分析
患者数量、疾病阶段、EGCG给药剂量和持续时间、正常供体来源、explant组织来源、已发表数据集(GSE135893、GSE132771)
阅读提示:Methods: Human lung tissue, 补充表1和2
EGCG处理与TGF-β1信号抑制
EGCG浓度(体内600 mg/天,体外1 μM)、处理时间(体内2周,体外7天)、原代成纤维细胞培养条件(TGF-β1浓度、SB4331542浓度)
阅读提示:Figure 2 legend, Figure 4 legend, Methods: In vitro and ex vivo models
sFRP2对AEC2命运的影响
sFRP2浓度(10、30、60 ng/ml)、处理时间(类器官14天,PCLS 7天)、AEC2与MRC5共培养比例(5,000:30,000)、Matrigel类型
阅读提示:Figure 5 legend, Methods: Organoid assay, PCLS
sFRP2敲低实验
siRNA靶向序列、转染效率、AHLM细胞来源、共培养时间(7天)
阅读提示:Figure 5C and 5D legend, Methods: siRNA
受体鉴定与信号通路研究
Fzd5和Fzd6敲低效率、抑制剂浓度(KN93 1 μg/ml, tacrolimus 1 μM)、处理时间(48小时)、HEK293转染条件(FZD5质粒, TurboFect试剂)、sFRP2刺激条件(30 ng/ml, 1小时)
阅读提示:Figure 6 legend, Methods: 293 Cell culture and transfection, Isolation of nuclei
PCLS培养与治疗
PCLS厚度(400 μm)、培养基(serum-free DMEM)、处理条件(TGF-β1 2 ng/ml, sFRP2 60 ng/ml, EGCG 1 μM)、培养时长(5-7天)
阅读提示:Methods: PCLS, Figure 4F and 5G and 5H legend