Ac-SDKP的一个新的抗纤维化靶点:抑制大鼠矽肺中肌成纤维细胞分化

A new antifibrotic target of Ac-SDKP: inhibition of myofibroblast differentiation in rat lung with silicosis.

作者信息Hong Xu, Fang Yang, Ying Sun, Yuan Yuan, Hua Cheng, Zhongqiu Wei, Shuyu Li, Tan Cheng, Darrell Brann, Ruimin Wang
PMID22802960
期刊PLoS One
发布时间2012
DOI10.1371/journal.pone.0040301

实验完整度

包含体外细胞实验(TGF-β1诱导、Ac-SDKP和LY364947干预)和体内大鼠矽肺模型(Ac-SDKP前、后处理),并进行了Western blot、免疫组化、ELISA、RT-qPCR、羟脯氨酸测定等多层面的分子和病理学验证。

主要模型

大鼠肺成纤维细胞 大鼠矽肺模型(SiO2气管灌注)

重点核对

体外细胞分组:对照、TGF-β1 (5 µg/ml)、TGF-β1+LY364947 (59 nM)、TGF-β1+Ac-SDKP (10^-8 M),处理48小时 体内模型:SD大鼠气管灌注50 mg/rat SiO2(5 µm粒径)或0.9%盐水 Ac-SDKP给药剂量:800 µg/(kg·d),经腹部植入微型渗透泵持续给药;分为4周、8周模型,以及前、后处理方案 样本量:每组10只大鼠 检测指标:α-SMA、SRF、TGF-β1及受体、胶原I/III、ACE、Ang II、AT1的表达(Western blot、RT-qPCR、免疫组化、ELISA、羟脯氨酸)

摘要

背景:肌成纤维细胞分化,以α-平滑肌肌动蛋白(α-SMA)表达为特征,是器官纤维化的关键过程,由TGF-β诱导。在此,我们检测了抗纤维化药物N-乙酰基-丝氨酰-天冬氨酰-赖氨酰脯氨酸(Ac-SDKP)是否能够调节TGF-β信号传导的诱导和肌成纤维细胞分化,作为其在体内和体外抗纤维化机制的潜在关键成分。方法/主要发现:大鼠肺成纤维细胞在体外培养,并分为4组:1)对照组;2) TGF-β1组;3) TGF-β1+LY364947组;4) TGF-β1+Ac-SDKP组。体内研究使用六组动物:1)对照4周;2)矽肺4周;3)对照8周;4)矽肺8周;5)Ac-SDKP后处理;6)Ac-SDKP前处理。通过气管灌注SiO2粉末制备大鼠矽肺模型。通过检测α-SMA的表达以及肌成纤维细胞分化的关键调节因子血清反应因子(SRF)的表达来测量肌成纤维细胞分化。还评估了胶原蛋白、TGF-β1和RAS信号传导的表达。结果显示,TGF-β1在体外强烈诱导肌成纤维细胞分化和胶原合成,而Ac-SDKP预处理显著减弱了肌成纤维细胞活化以及TGF-β1及其受体的诱导。在病理相关的大鼠矽肺模型中,体内观察到相似结果。Ac-SDKP体内治疗显著减弱:1)矽肺诱导的TGF-β1和RAS信号传导表达增加;2)肌成纤维细胞分化,以肺矽结节中SRF和α-SMA阳性肌成纤维细胞定位的显著减少为指标;3)胶原沉积。结论/意义:本研究结果为Ac-SDKP在矽肺中的有益作用提出了一种新的作用机制,该机制涉及减弱TGF-β1及其受体、SRF和Ang II 1型受体(AT1)的表达、胶原沉积和肌成纤维细胞分化。结果进一步表明,靶向肌成纤维细胞分化的疗法可能在治疗肺矽肺方面具有治疗功效。

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
Ac-SDKP是否通过调节TGF-β信号传导和肌成纤维细胞分化(SRF和α-SMA表达)发挥抗矽肺纤维化作用?
核心机制
Ac-SDKP通过下调TGF-β1及其受体(I型和II型)表达,抑制SRF介导的肌成纤维细胞分化(减少α-SMA表达),同时减弱AT1受体表达,从而减少胶原沉积和肺纤维化。
主要证据
体外实验中,Ac-SDKP预处理显著抑制TGF-β1诱导的成纤维细胞中α-SMA、SRF、胶原I/III表达和形态改变;体内矽肺模型中,Ac-SDKP前、后处理均显著降低矽肺引起的TGF-β1及受体、SRF、α-SMA、AT1表达升高和胶原沉积,并通过羟脯氨酸测定和Western blot验证。
研究意义
研究提出Ac-SDKP抑制肌成纤维细胞分化是其抗纤维化作用的新机制,并提示靶向肌成纤维细胞分化的疗法可能对矽肺具有治疗潜力。

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

体外细胞实验:TGF-β1诱导成纤维细胞肌成纤维细胞分化模型

验证TGF-β1诱导成纤维细胞向肌成纤维细胞分化(以α-SMA和SRF表达为标志),并检测胶原合成情况。

分离培养大鼠肺成纤维细胞,分为4组:对照组、TGF-β1组、TGF-β1+LY364947组、TGF-β1+Ac-SDKP组。TGF-β1诱导,LY364947和Ac-SDKP预处理1小时。通过免疫细胞化学、Western blot和RT-qPCR检测α-SMA、SRF、胶原I/III表达。

2

体内矽肺模型建立及Ac-SDKP干预

在病理相关的大鼠矽肺模型中验证Ac-SDKP对TGF-β信号、RAS信号、肌成纤维细胞分化和胶原沉积的影响。

雄性Wistar大鼠经气管灌注SiO2建立矽肺模型,并通过植入微型渗透泵给予Ac-SDKP。分为6组:对照4周、矽肺4周、对照8周、矽肺8周、Ac-SDKP后处理(矽肺4周后开始给予Ac-SDKP持续4周)、Ac-SDKP前处理(矽肺造模前48小时开始给予并持续8周)。通过羟脯氨酸测定、Western blot、免疫组化、ELISA检测相关指标。

3

肌成纤维细胞分化蛋白和mRNA表达验证

验证Ac-SDKP对肌成纤维细胞分化标志物α-SMA及其调节因子SRF表达的影响。

在体外细胞和体内肺组织中,使用Western blot和RT-qPCR检测α-SMA和SRF的蛋白和mRNA表达;免疫组织化学染色观察α-SMA和SRF在肺组织中的分布。

4

胶原沉积和羟脯氨酸含量测定

评估Ac-SDKP对矽肺模型和体外TGF-β1诱导的胶原合成和沉积的影响。

使用羟脯氨酸测定法评估肺组织总胶原含量,并通过Western blot检测胶原I型和III型蛋白表达,RT-qPCR检测mRNA表达。

5

TGF-β1和RAS信号通路蛋白表达分析

探索Ac-SDKP对矽肺模型中TGF-β1及其受体、ACE、Ang II和AT1表达的影响。

通过ELISA检测血浆TGF-β1和Ang II浓度,以及肺组织Ac-SDKP水平;通过Western blot检测肺组织TGF-β1、TGF-β受体I/II、ACE、Ang II和AT1蛋白表达。

6

统计分析

评估各组间差异的统计学显著性。

数据以均值±SEM表示,采用单因素方差分析(one-way ANOVA)和Bonferroni事后检验进行多重比较,p<0.05视为显著。

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
Dulbecco改良Eagle培养基GIBCO--
胎牛血清PAA--
青霉素/链霉素----
胰蛋白酶----
转化生长因子-β1Peprotech--
LY364947Cayman--
N-乙酰基-丝氨酰-天冬氨酰-赖氨酰脯氨酸Bachem AG company, USA--
二氧化硅颗粒Sigma--
微型渗透泵DURECT Co. Ltd, USAModel
抗α-SMA抗体EPIT MICs Biotechnology, USA1184-s
抗SRF抗体Santa Cruz Biotechnology, USAsc-335
生物素化二抗----
ABC试剂Wuhan Boshide Biological Engineering Co. Ltd, China--
TGF-β1 ELISA试剂盒CusaBio BiotechCSB-E04494r
血管紧张素II ELISA试剂盒CusaBio BiotechCSB-E04494r
Ac-SDKP ELISA试剂盒CusaBio BiotechCSB-E009265r
RIPA裂解液AidlabZO2338A
蛋白定量试剂SolarbioPC0020
硝酸纤维素膜Amervehicle Biosciences--
抗I型胶原抗体SigmaC2456
抗III型胶原抗体SigmaC7805
抗TGF-β1及其受体抗体Wuhan Boshide Biological Engineering Co. Ltd, China--
抗ACE抗体EPIT MICS, USA2504-1
抗AT1抗体EPIT MICS, USA5172-1
抗血管紧张素II抗体Beijing Boisynthesis Biotechnology co. LTD, Chinabs-0578R
抗β-肌动蛋白抗体Santa Cruz Biotechnologysc-47778
抗GAPDH抗体Santa Cruz Biotechnologysc-25778
碱性磷酸酶偶联二抗EarchOxE030220,
BCIP/NET显色底物AmrescoE116
Trizol试剂Invitrogen--
M-MLV第一链合成试剂盒Invitrogenc28025-032
SYBR green PCR核心试剂盒Invitrogenc11733-038

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
体外细胞实验
细胞来源、代数、培养条件;分组处理(TGF-β1、LY364947、Ac-SDKP的浓度和孵育时间),检测指标(α-SMA、SRF、胶原I/III表达)
阅读提示:Materials and Methods: Preparation and Culture of Fibroblasts; 图1和图2图注
动物模型建立
大鼠品系、性别、体重;SiO2剂量、粒径、处理方法;造模方式(气管灌注);对照组设置
阅读提示:Materials and Methods: In vivo Experimental Protocol and Disease Model; 图3图注
Ac-SDKP干预方案
Ac-SDKP剂量、给药途径(微型渗透泵)、前处理(造模前48小时)和后处理(矽肺4周后)的时间安排
阅读提示:Materials and Methods: In vivo Experimental Protocol and Disease Model
分子检测
Western blot的抗体和来源;RT-qPCR的引物序列;ELISA的检测试剂盒型号;羟脯氨酸测定方法
阅读提示:Materials and Methods: Western Blot Analysis, Quantitative Real Time PCR, ELISAs, Statistical Analysis