瓜氨酸化和丙二醛-乙醛修饰的纤维蛋白原激活巨噬细胞并促进类风湿关节炎患者侵袭性滑膜成纤维细胞表型

Citrullinated and malondialdehyde-acetaldehyde modified fibrinogen activates macrophages and promotes an aggressive synovial fibroblast phenotype in patients with rheumatoid arthritis.

作者信息Nozima Aripova, Michael J Duryee, Bryant R England, Carlos D Hunter, Jack E Mordeson, Evan M Ryan, Eric C Daubach, Debra J Romberger, Geoffrey M Thiele, Ted R Mikuls
PMID37654483
发布时间2023-08-16
DOI10.3389/fimmu.2023.1203548

实验完整度

包含细胞系(U-937来源巨噬细胞)、原代细胞(PBMC来源巨噬细胞)、多种HFLS细胞(RA、OA、正常)刺激实验,以及功能验证(迁移、ECM沉积)和机制验证(信号通路、PDGF-BB)等至少两个独立证据层级。

主要模型

PMA处理的U-937巨噬细胞(Mϕ) PBMC来源巨噬细胞(MP) HFLS-RA(类风湿关节炎滑膜成纤维细胞) HFLS-OA(骨关节炎滑膜成纤维细胞)

重点核对

U-937细胞经100 ng/mL PMA分化24小时 巨噬细胞刺激浓度:25 μg/mL FIB蛋白 HFLS刺激条件:Mϕ-SN或MP-SN占总体积25% PDGF-BB处理浓度:10 ng/mL和5 pg/mL 信号通路检测时间点:1小时和4小时

摘要

目的:翻译后蛋白修饰丙二醛-乙醛(MAA)和瓜氨酸(CIT)与类风湿关节炎(RA)的发病机制有关。尽管确切机制尚未阐明,但巨噬细胞-成纤维细胞相互作用被认为在RA的发生和发展中起核心作用。本研究的目的是评估巨噬细胞在经纤维蛋白原(FIB)修饰抗原刺激后释放的可溶性介质对人成纤维样滑膜细胞(HFLS)的下游效应。方法:用PMA处理的U-937单核细胞(Mϕ)和巨噬细胞分化的外周血单个核细胞(MP)分别用FIB、FIB-MAA、FIB-CIT或FIB-MAA-CIT刺激。HFLS-RA细胞直接用FIB抗原或经FIB抗原刺激的巨噬细胞上清(Mϕ-SN或MP-SN)刺激。评估了与侵袭性HFLS表型、细胞外基质蛋白和激活的信号通路相关的基因。结果:与直接用相同抗原刺激相比,用Mϕ-SNFIB-CIT和Mϕ-SNFIB-MAA-CIT处理的HFLS-RA细胞在24小时时与侵袭性表型相关基因的mRNA表达显著增加。使用MP-SN获得相似结果。用任何经修饰抗原刺激后产生的Mϕ-SN处理的HFLS-RA细胞,细胞形态改变,且波形蛋白(p<0.0001 vs. Mϕ-SNFIB)和II型胶原(p<0.0001)的蛋白表达显著增加。在用Mϕ-SNFIB-MAA-CIT处理的HFLS-RA中,JNK、Erk1/2和Akt的磷酸化增加最为显著(p<0.05 vs Mϕ-SNFIB)。这些和其他数据提示Mϕ-SN中存在PDGF-BB。Mϕ-SNFIB-MAA-CIT含有最高浓度的PDGF-BB(p<0.0001 vs. Mϕ-SNFIB),其次是Mϕ-SNFIB-CIT,然后是Mϕ-SNFIB-MAA。用PDGF-BB处理的HFLS-RA细胞显示出与经修饰FIB刺激后产生的Mϕ-SN相似细胞形态,以及波形蛋白、II型胶原表达增加和JNK、Erk1/2和Akt信号分子磷酸化。结论:总之,这些发现支持假说:响应MAA修饰和/或瓜氨酸化纤维蛋白原,巨噬细胞释放包括PDGF-BB在内的可溶性因子,诱导成纤维细胞活化并促进侵袭性成纤维细胞表型。与单一修饰相比,双重修饰的纤维蛋白原激活巨噬细胞后细胞反应最强,为多种翻译后修饰在RA发展中的联合作用提供了新见解。

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
巨噬细胞在响应瓜氨酸化和/或MAA修饰的纤维蛋白原后释放的可溶性因子是否通过激活成纤维细胞来促进RA相关的侵袭性表型?
核心机制
巨噬细胞响应MAA和瓜氨酸双重修饰的纤维蛋白原释放PDGF-BB,通过激活Erk1/2、JNK和Akt信号通路促进HFLS-RA细胞的侵袭性表型。
主要证据
Mϕ-SN刺激HFLS-RA导致促炎、促纤维化、促侵袭和促软骨形成基因上调(如IL-1β、IL-6、MMP-9、MMP-10、MMP-12、TGF-β、VIM、COL2A1),诱导波形蛋白和II型胶原沉积增加、细胞形态改变和迁移增强;Mϕ-SN中检测到PDGF-BB,且直接PDGF-BB刺激可模拟类似效应。
研究意义
该研究首次建立巨噬细胞与成纤维细胞通过MAA和瓜氨酸修饰纤维蛋白原相互作用的细胞机制,提示多种翻译后修饰在RA早期滑膜炎症中的协同作用,为靶向PDGF受体以减弱HFLS-RA细胞生物学反应的后续研究提供依据。

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

制备修饰纤维蛋白原

生成未修饰和MAA、瓜氨酸单修饰及双重修饰的FIB抗原以刺激细胞。

将天然FIB与丙二醛和乙醛孵育进行MAA修饰;将天然或MAA修饰的FIB与PAD2孵育进行瓜氨酸化;依次进行MAA和瓜氨酸修饰生成双重修饰。最终经无菌过滤并检测内毒素。

2

巨噬细胞分化和刺激

产生经修饰FIB激活的巨噬细胞,收集其条件培养基(Mϕ-SN/MP-SN)。

U-937细胞用PMA分化为M0巨噬细胞,PBMCs用M-CSF分化为巨噬细胞,然后用未修饰或修饰FIB刺激,收集上清。

3

HFLS细胞刺激

评估巨噬细胞上清或直接抗原刺激对HFLS细胞表型的影响。

将HFLS-RA、HFLS-OA和HFLS-对照细胞用Mϕ-SN、MP-SN(25%体积)或直接FIB抗原刺激,不同时间点进行后续分析。

4

基因表达分析

筛选和验证与侵袭性表型相关的基因表达变化。

首先使用Nanostring纤维化panel筛选763个基因,选择上调最高的8个基因用RT-PCR验证。

5

ECM蛋白沉积和细胞形态检测

评估修饰FIB或其巨噬细胞上清对HFLS细胞ECM蛋白沉积和形态的影响。

通过荧光免疫组化和Western blot检测波形蛋白和II型胶原沉积,并通过显微镜观察细胞形态。

6

细胞迁移实验

评估巨噬细胞上清和直接抗原对HFLS-RA细胞迁移的影响。

通过划痕实验测量24小时伤口愈合面积。

7

信号通路激活检测

鉴定巨噬细胞上清激活HFLS-RA细胞的关键信号通路。

通过Western blot检测JNK、Erk1/2、Akt、p38、paxillin和FAK的磷酸化水平。

8

PDGF-BB检测和功能验证

定量巨噬细胞上清中PDGF-BB浓度,并验证其对HFLS-RA细胞表型的影响。

使用Meso Scale Discovery平台检测PDGF-BB浓度,并用重组PDGF-BB刺激HFLS-RA细胞检测ECM沉积和信号通路。

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
纤维蛋白原(天然)Cayman Chemical--
肽基精氨酸脱亚氨酶2Sigma Aldrich--
大豆胰蛋白酶抑制剂Thermo Fisher--
佛波酯Sigma Aldrich--
巨噬细胞集落刺激因子Thermo Fisher--
SepMate PBMC分离管StemCell Technologies--
RNeasy小型试剂盒Qiagen--
高效率RNA逆转录试剂盒Applied Biosystems--
TaqMan基因表达预混液Applied Biosystems--
7500 Fast实时荧光定量PCR系统Applied Biosystems--
Alexa Fluor 594标记的II型胶原抗体Bioss--
Cy5标记的波形蛋白抗体Bioss--
DAPI----
Fluoromount-G封片剂SouthernBiotech--
Zeiss 710 Meta共聚焦激光扫描显微镜Zeiss--
RIPA裂解液Thermo Fisher--
蛋白酶抑制剂混合物Roche--
BCA蛋白定量试剂盒Thermo Fisher--
PVDF膜EMD Millipore Corp--
酪蛋白(2%)Sigma Aldrich--
抗波形蛋白抗体(V9)Abcam--
抗II型胶原抗体(5B2.5)Novus Biologicals--
抗II型胶原抗体(多克隆)EMD Millipore Corp--
抗β-肌动蛋白抗体Novus Biologicals--
HRP标记的山羊抗小鼠IgGJackson ImmunoResearch--
HRP标记的山羊抗兔IgGJackson ImmunoResearch--
化学发光试剂Thermo Fisher--
KwikQuant成像仪Kindle Biosciences LLC--
抗SAPK/JNK抗体(#9252)Cell Signaling Technology9252
抗磷酸化SAPK/JNK (Thr183/Tyr185)抗体(#9251)Cell Signaling Technology9251
抗Erk1/2 (p44/42 MAPK)抗体(#9102)Cell Signaling Technology9102
抗磷酸化Erk1/2 (p44/42 MAPK; Thr202/Tyr204)抗体(#9101)Cell Signaling Technology9101
抗Akt抗体(#9272)Cell Signaling Technology9272
抗磷酸化Akt (Ser473)抗体(#9271)Cell Signaling Technology9271
抗p38 MAPK抗体(#9212)Cell Signaling Technology9212
抗磷酸化p38 MAPK (Thr180/Tyr182)抗体(#4511)Cell Signaling Technology4511
抗桩蛋白抗体(#2542)Cell Signaling Technology2542
抗磷酸化桩蛋白 (Tyr118)抗体(#2541)Cell Signaling Technology2541
抗FAK抗体(#3285)Cell Signaling Technology3285
抗磷酸化FAK (Tyr397)抗体(#3283)Cell Signaling Technology3283
Meso Scale Discovery免疫分析平台Meso Scale Discovery--
Meso QuickPlex SQ 120成像仪Meso Scale Discovery--
血小板衍生生长因子-BBThermo Fisher--

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
制备修饰纤维蛋白原
MAA修饰浓度(2 mM丙二醛、1 mM乙醛)、孵育时间(3天)、温度(37°C);瓜氨酸化使用PAD2酶及孵育条件
阅读提示:Methods 2.1
巨噬细胞分化与刺激
U-937细胞PMA浓度(100 ng/mL)和时间;PBMCs M-CSF浓度(100 ng/mL)和时间(7天);刺激浓度(25 μg/mL FIB)和时间(24、48小时)
阅读提示:Methods 2.2和2.3
HFLS刺激
使用的Mϕ-SN/MP-SN体积比(25%)、刺激时间(8、24、48小时)、HFLS细胞类型(RA、OA、对照)
阅读提示:Methods 2.4
信号通路检测
刺激时间点(15分钟、30分钟、1小时、4小时)、抗体稀释度(文中未明确说明)、检测蛋白(JNK、Erk1/2、Akt、p38、paxillin、FAK)
阅读提示:Methods 2.8.2
PDGF-BB功能验证
PDGF-BB浓度(10 ng/mL和5 pg/mL)、刺激时间(1小时和48小时)
阅读提示:Methods 2.10