FGF2在哮喘中过表达并通过气道上皮细胞中的FGFR/MAPK/NF-κB通路促进气道炎症

FGF2 is overexpressed in asthma and promotes airway inflammation through the FGFR/MAPK/NF-κB pathway in airway epithelial cells

作者信息Yuan-Yang Tan, Hui-Qin Zhou, Yu-Jing Lin, Liu-Tong Yi, Zhuang-Gui Chen, Qing-Dong Cao, Yan-Rong Guo, Zhao-Ni Wang, Shou-Deng Chen, Yang Li, De-Yun Wang, Yong-Kang Qiao, Yan Yan
PMID35093168
发布时间2022-01-29
DOI10.1186/s40779-022-00366-3

实验完整度

包含临床样本分析、HDM慢性哮喘小鼠模型、细胞实验,并涵盖表达、功能验证和机制通路验证。

主要模型

临床哮喘患者肺组织 HDM诱导的慢性哮喘小鼠模型 A549气道上皮细胞系

重点核对

FGF2在哮喘患者及模型中的表达定位 rm-FGF2鼻内给药对炎症细胞浸润的影响 rh-FGF2对IL-1β诱导的IL-6/IL-8分泌的增强作用 FGFR抑制剂PD173074对信号通路和细胞因子的阻断

摘要

背景 气道炎症是哮喘的核心病理过程,关键炎症调节因子尚未完全明确。近期有报道称成纤维细胞生长因子2(FGF2)是一种炎症调节因子;然而,其在哮喘中的作用仍不清楚。本研究旨在探讨FGF2在哮喘中的免疫调节作用。 方法 首先,在临床哮喘样本和屋尘螨(HDM)诱导的慢性小鼠哮喘模型中表征FGF2的表达。其次,通过鼻内给予重组小鼠FGF2(rm-FGF2)蛋白,以确定FGF2对气道炎症细胞浸润的影响。第三,用人气道上皮来源的A549细胞,分别用HDM或重组人白细胞介素-1β(IL-1β)蛋白联合或不联合重组人FGF2刺激。使用酶联免疫吸附测定法检测IL-1β诱导的IL-6或IL-8释放水平,并通过Western blotting探索涉及的信号转导。 结果 与对照组相比,临床哮喘样本的支气管上皮和肺泡区域中FGF2蛋白水平显著上调(6.70 ± 1.79 vs. 16.32 ± 2.40, P = 0.0184;11.20 ± 2.11 vs. 21.00 ± 3.00, P = 0.033,分别)和HDM诱导的哮喘小鼠肺匀浆中(1.00 ± 0.15 vs. 5.14 ± 0.42, P < 0.001)。此外,在HDM诱导的慢性哮喘模型中,FGF2蛋白丰度与血清总IgE和抗HDM IgE水平呈正相关(R2 = 0.857和0.783,P = 0.0008和0.0043)。升高的FGF2蛋白主要表达在哮喘支气管上皮和肺泡区域,部分与HDM诱导的哮喘小鼠中浸润的炎症细胞群共定位。更重要的是,鼻内滴注rm-FGF2加重了气道炎症细胞浸润(2.45 ± 0.09 vs. 2.88 ± 0.14, P = 0.0288),并在HDM攻击后募集更多上皮下中性粒细胞[(110.20 ± 29.43) cells/mm2 vs. (238.10 ± 42.77) cells/mm2, P = 0.0392],但未影响血清IgE水平和Th2细胞因子转录。在A549细胞中,FGF2通过HDM刺激上调,并促进IL-1β诱导的IL-6或IL-8释放水平(分别与单独IL-1β组相比,最大1.41 ± 0.12倍或1.44 ± 0.14倍,P = 0.001或0.0344)。FGF2的促炎作用可能通过成纤维细胞生长因子受体(FGFR)/丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)/核因子κB(NF-κB)通路介导。 结论 我们的发现表明,FGF2是哮喘中一种潜在的炎症调节因子,可被HDM诱导,并通过气道上皮细胞中的FGFR/MAPK/NF-κB通路发挥作用。

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
FGF2在哮喘中的表达模式和免疫调节作用是什么?
核心机制
FGF2通过FGFR/MAPK/NF-κB通路增强IL-1β诱导的气道上皮细胞炎症反应,促进炎症细胞浸润和中性粒细胞招募。
主要证据
临床样本和HDM小鼠模型中FGF2过表达;rm-FGF2加重HDM小鼠气道炎症并招募上皮下中性粒细胞;rh-FGF2增强A549细胞IL-6/IL-8分泌,且被FGFR抑制剂阻断。
研究意义
FGF2可能是哮喘的炎症调节因子,为哮喘的替代或补充治疗提供潜在靶点。

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

临床样本中FGF2表达分析

比较哮喘患者和正常人肺组织中FGF2的表达水平和定位。

收集哮喘和非哮喘患者的肺组织样本,通过免疫荧光染色检测FGF2在支气管上皮和肺泡区域的表达。

2

HDM诱导的慢性哮喘模型建立及表型验证

建立慢性哮喘小鼠模型,并验证其气道炎症和免疫特征。

用HDM致敏并慢性激发BALB/c小鼠,通过H&E染色评估炎症浸润,ELISA检测IgE,RT-qPCR检测细胞因子转录。

3

HDM模型与临床样本中FGF2表达及相关性分析

验证FGF2表达上调及其与IgE的相关性,并确定细胞来源。

Western blot检测FGF2蛋白,RT-qPCR检测mRNA,免疫荧光共染确定表达细胞类型和位置。

4

激素治疗对FGF2表达的影响

检测布地奈德是否抑制HDM诱导的急性模型中FGF2的上调。

在急性哮喘模型中,用布地奈德处理,Western blot检测FGF2蛋白丰度。

5

rm-FGF2体内给药的功能验证

确定FGF2对气道炎症和中性粒细胞招募的影响。

在慢性模型中,每次HDM激发前30分钟鼻内给予rm-FGF2,通过H&E和Ly-6G/C免疫荧光评估炎症浸润和中性粒细胞数量。

6

A549细胞中FGF2的诱导表达

探讨过敏原HDM是否上调气道上皮细胞中FGF2的表达。

A549细胞经HDM刺激,在不同时间点用Western blot检测FGF2蛋白丰度。

7

rh-FGF2对IL-1β诱导的细胞因子分泌的影响

确定FGF2是否增强IL-1β诱导的A549细胞中IL-6和IL-8的产生。

A549细胞用rh-FGF2预处理,随后与IL-1β共刺激,收集上清用ELISA检测IL-6/IL-8,并用RT-qPCR检测mRNA。

8

信号通路机制探索

确定FGF2增强炎症细胞因子产生的信号通路依赖。

在平行实验中,用PD173074抑制FGFR,然后进行rh-FGF2和IL-1β刺激,用Western blot检测MAPK和NF-κB磷酸化。

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
屋尘螨提取物Greer LaboratoriesXPB820D3A25
氢氧化铝Sigma AldrichA1577
重组小鼠FGF2NovoProteinC044
布地奈德MedChemExpressHy-13580
三溴乙醇Sigma AldrichT48402
RNA保存液Sigma AldrichR0901
杜氏改良Eagle培养基Gibco, Thermo Fisher Scientific--
重组人FGF2PeproTechAF-100-18B
人白细胞介素-1βPeproTech200-01B
PD173074SelleckchemS1264
RNeasy RNA提取试剂盒Qiagen74106
TRIzol试剂Thermo Fisher Scientific15596018
逆转录试剂盒NovoProteinE047-01A
SYBR Green荧光定量PCR试剂盒NovoProteinE096-01B
CFX实时PCR检测系统Bio-RadCFX96
BD OptEIA™ ELISA试剂盒(小鼠总IgE)BD Biosciences555248
小鼠抗HDM IgE ELISA试剂盒Chondrex3037
人IL-6 ELISA试剂盒R&D Systems--
人IL-8 ELISA试剂盒R&D Systems--
Image iT-FX信号增强剂Thermo Fisher ScientificI36933
山羊血清PhygenePH0424
牛血清白蛋白NeobioscienceNBS-BSA
抗FGF2抗体(人)AbmartTD6038
抗pro-SPC抗体Santa Cruzsc-518029
抗FGF2抗体(小鼠)Santa Cruzsc-74412
抗Clara细胞分泌蛋白抗体Sigma07623
抗pro-SPC抗体(小鼠)Millipore3537117
抗Ly-6G/C抗体Santa Cruzsc-59338
Prolong Gold抗淬灭封片剂PhygenePH0429
激光共聚焦显微镜Zeiss--
荧光显微镜Olympus--
RIPA裂解液Thermo Fisher Scientific89900
蛋白酶抑制剂和磷酸酶抑制剂BeyotimeP1045
BCA蛋白浓度测定试剂盒PhygenePH0326
抗FGF2抗体(小鼠)Santa Cruzsc-74412
抗GAPDH抗体Cell Signaling Technology5174
抗FGF2抗体(人)Cell Signaling Technology20102
抗磷酸化p38MAPK抗体Cell Signaling Technology4511
抗磷酸化ERK1/2抗体Cell Signaling Technology4370
抗p38MAPK抗体Cell Signaling Technology8690
抗ERK1/2抗体Cell Signaling Technology4695
抗磷酸化NF-κB p65抗体Cell Signaling Technology3033
抗磷酸化IκBα抗体Cell Signaling Technology2859
抗NF-κB p65抗体Cell Signaling Technology8242
HRP标记二抗----
增强化学发光试剂Bio-Rad1705060
ImageJNIH--
SPSS软件SPSS, Inc.17.0
GraphPad PrismGraphPad Software Inc.9.2.0

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
临床样本FGF2表达分析
样本量(n=5)、样本来源(肺叶切除或活检)、非肿瘤区域距离肿瘤至少5cm;FGF2抗体浓度与品牌
阅读提示:Methods: Subjects; 图2图注
HDM慢性哮喘模型
小鼠品系、性别、周龄、各组数量;HDM剂量和给药途径(20μg i.p.致敏,10μg i.n.激发);氢氧化铝剂量;激发频率和持续时间;采样时间点
阅读提示:Methods: HDM-induced mouse asthma model; 图1
rm-FGF2给药
rm-FGF2剂量(100 ng/30μl)、给药途径(i.n.)、给药时间(HDM前30分钟)、频率(每周3次)
阅读提示:Methods: HDM-induced mouse asthma model; 图5
A549细胞实验
细胞系来源(ATCC)、培养条件(DMEM+10%FBS);HDM浓度(10 μg/ml)、刺激时间点;rh-FGF2浓度(5或100 ng/ml)、预处理时间(1小时);IL-1β浓度(1 ng/ml);检测时间点(48小时收集上清)
阅读提示:Methods: Cell culture; 图6
信号通路机制验证
PD173074浓度(50 nM)、预处理时间(1小时);rh-FGF2浓度(5 ng/ml);IL-1β浓度(1 ng/ml);检测时间点(15分钟)
阅读提示:Methods: Cell culture; 图6d