PIEZO1介导periostin+肌成纤维细胞活化与小鼠肺纤维化

PIEZO1 mediates periostin+ myofibroblast activation and pulmonary fibrosis in mice

作者信息Liran Xu, Ting Li, Yapeng Cao, Yu He, Zehua Shao, Siyu Liu, Bianbian Wang, Ailing Su, Huijing Tian, Yongxin Li, Guozheng Liang, Changhe Wang, John Shyy, Ying Xiong, Fangyuan Chen, Jason Xj Yuan, Junjun Liu, Bin Zhou, Nina Wettschureck, Stefan Offermanns, Yang Yan, Zuyi Yuan, Shengpeng Wang
PMID40454481
发布时间2025-06
DOI10.1172/JCI184158

实验完整度

高

包含细胞系实验(NIH3T3、MRC5)、小鼠遗传模型(Postn-CreERT2、Piezo1fl/fl等)、体内干预(GsMTx4)、患者样本及单细胞转录组分析,进行功能与机制验证。

主要模型

小鼠博来霉素诱导肺纤维化模型 Postn-CreERT2谱系示踪小鼠 Piezo1-CreER谱系示踪小鼠 NIH3T3和MRC5细胞系来源的肌成纤维细胞

重点核对

博来霉素剂量1 U/kg单次气管内给药 他莫昔芬剂量75 mg/kg连续5天腹腔注射 GsMTx4剂量0.5 mg/kg于1、7、14 d.p.i.气管内给药 TGF-β1浓度5 ng/mL处理72小时诱导肌成纤维细胞分化 细胞拉伸条件:10%拉伸,1 Hz,12小时

摘要

特发性肺纤维化(IPF)是一种破坏性的间质性肺病,其特征是活化的肌成纤维细胞过度积聚,这些细胞沉积细胞外基质(ECM)蛋白,导致进行性瘢痕形成和机械应力。然而,肌成纤维细胞的细胞起源和命运仍存在争议,且肌成纤维细胞在肺中感知机械信号的机制尚不清楚。在此,我们报道periostin(Postn)是肺肌成纤维细胞的可靠且独特的标志物,而损伤后消融Postn+肌成纤维细胞可减轻肺纤维化。PIEZO1在Postn+肌成纤维细胞中高表达,并在Postn+肌成纤维细胞的机械激活和肺纤维化的发展中起重要作用。在Postn+肌成纤维细胞中条件性敲除Piezo1通过抑制肌成纤维细胞活化和增殖显著抑制肺纤维化。Piezo1缺失导致肌动蛋白组织破坏和Yap/Taz核定位受阻,从而使肌成纤维细胞从增殖状态转变为应激和凋亡状态。此外,肌成纤维细胞特异性Yap/Taz缺失完全重现了肌成纤维细胞Piezo1敲除小鼠的保护表型。这些发现表明,periostin标记肺肌成纤维细胞,且PIEZO1介导的机械感觉对肺肌成纤维细胞活化至关重要。靶向periostin表达细胞中的PIEZO1是干预IPF等纤维化疾病的新治疗选择。

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
肌成纤维细胞在肺中如何感知机械信号,以及PIEZO1在肌成纤维细胞活化和肺纤维化发展中的作用是什么?
核心机制
PIEZO1通过介导机械感觉,促进肌动蛋白组织、YAP/TAZ核定位和肌成纤维细胞增殖,从而驱动肺纤维化。
主要证据
Postn-CreERT2谱系示踪显示Postn标记肺肌成纤维细胞;Postn+细胞消融减轻纤维化;Piezo1条件敲除抑制肌成纤维细胞活化和增殖,减少YAP/TAZ核定位;Yap/Taz双敲除重现Piezo1敲除的保护表型;体外拉伸实验证实PIEZO1依赖的机械反应和YAP/TAZ核定位。
研究意义
研究表明靶向Postn表达细胞中的PIEZO1是干预IPF等纤维化疾病的新治疗策略。

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

Postn+细胞谱系示踪与鉴定

验证Postn是否标记损伤肺中的肌成纤维细胞。

使用Postn-CreERT2;mT/mG小鼠,在博来霉素损伤后注射他莫昔芬,追踪GFP+细胞,通过免疫荧光共染色检测肌成纤维细胞标志物。

2

Postn+细胞消融实验

评估Postn+细胞对肺纤维化的贡献。

使用Postn-CreERT2;iDTR小鼠,在博来霉素损伤后注射他莫昔芬和白喉毒素消融Postn+细胞,评估纤维化程度。

3

PIEZO1表达与功能表征

评估PIEZO1在肌成纤维细胞中的表达及其机械敏感功能。

通过Piezo1-CreER;R26-GFP小鼠追踪PIEZO1表达,在体外用TGF-β分化肌成纤维细胞,进行膜片钳记录和钙成像检测PIEZO1功能。

4

体内Piezo1敲除或抑制实验

验证PIEZO1在肺纤维化发展中的功能。

Postn-CreERT2;Piezo1fl/fl小鼠或GsMTx4处理,评估纤维化程度和相关基因表达。

5

机制研究:YAP/TAZ通路

探究PIEZO1下游机制是否涉及YAP/TAZ。

检测Piezo1敲除后YAP/TAZ核定位和靶基因表达;生成Postn-CreERT2;Yapfl/fl;Tazfl/fl小鼠进行功能验证。

6

细胞状态分析

研究Piezo1或Yap/Taz缺失对肌成纤维细胞增殖、凋亡和应激的影响。

通过免疫荧光检测Ki67、P21、γ-H2A.X和TUNEL标记。

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
他莫昔芬MCEHY-13757A
白喉毒素List Labs150
博来霉素Yuanye Bio-Technology7763-87-5
GsMTx4MCEHY-P1410A
DMEM培养基Gibco--
转化生长因子β1MCEHY-P70648
RhosinMCEHY-12646
Y27632MCEHY-10071
嘌呤霉素Solarbio--
Lipofectamine RNAiMAXInvitrogen--
Opti-MEM培养基Thermo Fisher Scientific--
细胞收缩检测试剂盒Cell Biolabs Inc.CBA-021
Trizol试剂Invitrogen15596018
cDNA合成试剂盒BioRad170-8891
SYBR绿色荧光染料混合物BioRad172-5122
StepOne Plus实时荧光定量PCR仪Applied Biosystems--
Fluo-4 AM钙离子指示剂AAT Bioquest20551
氯化钆Sigma-Aldrich10138-52-0
Masson三色染色试剂盒Absinabs9348
天狼星红Leagene biotechDC0041
DAPI染色液Thermo Fisher Scientific--
鬼笔环肽-594CST8953S
抗α-SMA抗体Sigma-AldrichC6198
抗PIEZO1抗体ProteinTech15939-1-AP
抗Ki67抗体Abcamab16667
抗P21抗体ProteinTech10355-1-AP
抗γH2AX抗体Abcamab81299
抗YAP/TAZ抗体CST8418S
抗Postn抗体R&D SystemsAF2955
抗Pdgfr-α抗体R&DAF1062
抗Pdgfr-β抗体Invitrogen14-1402-82
抗Desmin抗体CST5332S
抗Collagen1抗体AffinityAF7001
抗CD31抗体Thermo Fisher ScientificMA513188
抗Rage抗体Abcamab216329
TUNEL检测试剂BeyotimeC1086
RIPA裂解液Cell Signaling9806
蛋白酶和磷酸酶抑制剂Roche04906837001
抗Fibronectin1抗体Sigma-AldrichF3648
抗α-SMA抗体AffinityAF1032
抗GFP抗体ProteinTech66002-1-IG
抗磷酸化YAP抗体CST13008S
ECL检测系统BioRad--
II型胶原酶Worthington--
红细胞裂解液Biosharp--
Fc受体阻断剂BD Bioscience--
BD FACSCelesta流式细胞仪BD Bioscience--
细胞拉伸系统Cell & Force--
EPC10/2放大器HEKA--
LEAD-2微灌流系统LONGER--
IGOR Pro软件WaveMetrics--
IX81显微镜Olympus--
FlexStation 3酶标仪Molecular Devices--
Flipper-TR膜张力探针Tebu-bioSC020
Image-Pro Plus 6.0软件Media Cybernetics--
Leica SP8 FLIM显微镜Leica Microsystems--
Leica TCS SP5共聚焦显微镜Leica Microsystems--

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
小鼠模型
博来霉素剂量1 U/kg气管内给药;他莫昔芬剂量75 mg/kg连续5天腹腔注射;白喉毒素剂量100 ng/天连续7天;GsMTx4剂量0.5 mg/kg于1、7、14 d.p.i.气管内给药
阅读提示:Methods: Bleomycin induction of pulmonary fibrosis in mice
细胞培养
NIH3T3和MRC5细胞系;DMEM含10% FBS和1%青霉素/链霉素;TGF-β1浓度5 ng/mL处理72小时
阅读提示:Methods: Cell culture and treatment
拉伸实验
10%拉伸,1 Hz,12小时;使用Cell Tank系统
阅读提示:Methods: Cell culture and treatment; Figure 7 legend
膜片钳记录
钳制电压-70 mV;负压阶梯10 mm Hg递增;GdCl3浓度3 μM
阅读提示:Methods: Electrophysiology; Figure 3 legend
钙成像
Fluo-4 AM浓度5 μM负载30分钟;Yoda1浓度1 μM刺激
阅读提示:Methods: Determination of [Ca2+]i; Figure 3 legend