血管周围纤维化由CD4+ T细胞中的KLF10-IL-9信号轴介导

Perivascular Fibrosis Is Mediated by a KLF10-IL-9 Signaling Axis in CD4+ T Cells

作者信息Rulin Zhuang, Jingshu Chen, Henry S Cheng, Carmel Assa, Anurag Jamaiyar, Arvind K Pandey, Daniel Pérez-Cremades, Bofang Zhang, Aspasia Tzani, Akm Khyrul Wara, Jorge Plutzky, Victor Barrera, Preetida Bhetariya, Richard N Mitchell, Zhongmin Liu, Mark W Feinberg
PMID35440172
期刊Circ Res
发布时间2022-05-27
DOI10.1161/CIRCRESAHA.121.320420

实验完整度

高

包含在体动物模型(TKO与Cre小鼠Ang II输注)、离体细胞实验(原代成纤维细胞、T细胞)、转录组学(bulk RNA-seq、scRNA-seq)及机制验证(ChIP、报告基因、IP)等多个独立证据层级。

主要模型

Klf10fl/flCD4Cre+(TKO)小鼠 CD4-Cre(Cre)对照小鼠 C57BL/6小鼠 原代主动脉成纤维细胞 HEK293T细胞

重点核对

Ang II输注剂量及持续时间(28天或42天) CD4+ T细胞中Klf10缺失的确认 血浆IL-9水平及CD4+IL9+细胞比例 抗IL-9中和抗体给药方案 主动脉成纤维细胞分离及培养条件

摘要

背景:血管周围纤维化以血管周围结缔组织增多为特征,是血管疾病的标志。血管紧张素II(Ang II)通过促进T细胞活化导致血管疾病和终末器官损伤。尽管近期数据提示T细胞在血管周围纤维化进展中的作用,但其潜在机制尚不清楚。方法:对高血压患者外周血单个核细胞进行转录因子谱分析。将CD4靶向KLF10缺陷(Klf10fl/flCD4Cre+;TKO)和CD4-Cre(Klf10+/+CD4Cre+;Cre)对照小鼠给予Ang II输注。终点表征包括心脏超声、主动脉成像、多器官组织学、流式细胞术、细胞因子分析、主动脉和成纤维细胞转录组学分析以及主动脉单细胞RNA测序(scRNA-seq)。结果:转录因子谱分析发现高血压患者和Ang II处理小鼠的CD4+ T细胞中KLF10表达增加。与Cre对照小鼠相比,TKO小鼠在Ang II刺激下主动脉、心脏和肾脏的血管周围纤维化增强,但间质纤维化未见增加,同时伴有整体纵向应变、动脉僵硬度及肾功能的改变。然而,两组之间的血压无差异。机制上,KLF10与IL-9启动子结合并与HDAC1相互作用抑制IL-9转录。TKO小鼠中IL-9的增加诱导成纤维细胞胞内钙动员、成纤维细胞活化和分化,增加胶原和细胞外基质的产生,从而促进血管周围纤维化的进展并损害靶器官功能。值得注意的是,注射抗IL-9抗体可逆转Ang II输注的TKO小鼠和C57BL/6小鼠的血管周围纤维化。scRNA-seq揭示了成纤维细胞异质性,其激活特征与Ang II处理的TKO小鼠中强烈的ECM和血管周围纤维化相关。结论:CD4+ T细胞中Klf10缺陷通过上调IL-9加重Ang II诱导的血管周围纤维化和多器官功能障碍。T细胞中的Klf10或IL-9可能代表治疗血管或纤维化疾病的新靶点。

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
CD4+ T细胞中的KLF10是否通过调控IL-9表达影响Ang II诱导的血管周围纤维化及靶器官损伤?
核心机制
KLF10与IL-9启动子结合并招募HDAC1抑制IL-9转录;KLF10缺失导致IL-9上调,进而激活成纤维细胞钙信号,促进成纤维细胞活化和分化,增加胶原和ECM产生,驱动血管周围纤维化。
主要证据
TKO小鼠在Ang II输注后主动脉、心脏和肾脏出现血管周围纤维化,血浆IL-9升高,CD4+IL9+细胞增加;重组IL-9给药模拟表型,抗IL-9抗体逆转;ChIP和报告基因实验证实KLF10结合IL-9启动子,IP实验显示KLF10与HDAC1相互作用。
研究意义
KLF10-IL-9信号轴是Ang II诱导的血管周围纤维化和终末器官损伤的关键调控机制,为高血压相关血管和纤维化疾病提供新的治疗靶点。

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

KLF10表达分析

确定KLF10在高血压患者及Ang II处理小鼠CD4+ T细胞中的表达变化。

分析高血压患者PBMC转录因子谱及Ang II处理小鼠脾脏CD3+ T细胞RNA-seq,通过RT-qPCR和免疫荧光验证KLF10表达。

2

体内功能表型分析

评估CD4+ T细胞KLF10缺失对Ang II诱导的血管周围纤维化和多器官功能的影响。

对TKO和Cre小鼠进行Ang II或PBS输注,检测血压、心脏功能(GLS)、主动脉僵硬度(PWV、Circ Strain)、肾功能(尿白蛋白/肌酐、KIM-1)、组织学纤维化分析。

3

细胞因子及免疫细胞分析

鉴定介导血管周围纤维化的关键细胞因子及产生细胞。

血浆细胞因子谱分析,流式细胞术检测主动脉和脾脏中CD4+IL9+等细胞比例,离体CD4+ T细胞培养检测Il9表达和IL-9分泌。

4

机制验证:KLF10调控IL-9转录

阐明KLF10调控IL-9表达的分子机制。

ChIP检测KLF10与IL-9启动子结合,报告基因检测KLF10对IL-9启动子活性的影响,免疫共沉淀验证KLF10-HDAC1相互作用,siRNA敲低HDAC1验证其作用。

5

成纤维细胞活化与钙信号分析

验证IL-9对成纤维细胞活化和钙信号的影响。

分离并培养主动脉成纤维细胞,用重组IL-9和Ang II处理,检测纤维化基因表达(Col1a1, Acta2等),钙流实验检测胞内钙水平。

6

转录组学及单细胞分析

揭示血管周围纤维化相关的全转录组变化及成纤维细胞异质性。

对剥离和未剥离主动脉进行bulk RNA-seq,对主动脉进行scRNA-seq,分析成纤维细胞亚群及其激活特征。

7

体内拯救实验

验证中和IL-9能否逆转Ang II诱导的血管周围纤维化和器官损伤。

在Ang II处理的TKO和C57BL/6小鼠中给予抗IL-9中和抗体或IgG对照,评估心脏功能、主动脉僵硬度和组织学纤维化。

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
血管紧张素IISigma-AldrichA9525
渗透微泵ALZETModel
抗小鼠IL-9抗体Bio X CellBE0181
小鼠IgG2a同型对照Bio X CellBE0085
抗KLF10抗体InvitrogenPA5-19845
抗IL-9抗体AbcamAb227037
抗KLF10抗体AbcamAb73537
抗KLF10抗体Santa Cruz Biotechnologysc-130408
抗HDAC1抗体GeneTexGtx100513
抗CD4抗体AbcamAb183685
抗Col8a1抗体AbcamAb236653
抗PDGFRa抗体Thermo ScientificMA541209
抗Col1a1抗体Novus BiologicalsNBP1-30054
抗aSMA抗体Sigma-AldrichA5228
Cy3标记驴抗大鼠二抗Jackson ImmunoResearch Lab712-165153
Alexa 647标记驴抗兔二抗Jackson ImmunoResearch Lab711-605152
Alexa 488标记驴抗兔二抗Jackson ImmunoResearch Lab711-545152
DAPIBioLegend422801
PE标记大鼠抗小鼠CD90.2抗体BD Biosciences553006
BUV563标记大鼠抗小鼠CD45抗体BD Biosciences612924
Pacific Blue标记大鼠抗小鼠CD3抗体BioLegend155612
PE标记大鼠抗小鼠F480抗体BioLegend123109
PE Cyanine7标记大鼠抗小鼠CD4抗体BioLegend100422
PerCP-Cy5.5标记大鼠抗小鼠CD8抗体BioLegend100734
FITC标记大鼠抗小鼠IFNγ抗体eBioscience11-7311-82
PE标记大鼠抗小鼠IL4抗体eBioscience12-7041-82
APC标记大鼠抗小鼠IL9抗体BioLegend514106
FITC标记大鼠抗小鼠IL17抗体BioLegend506908
Alexa Fluor 488标记大鼠抗小鼠FoxP3抗体eBioscience53-5773-82
HEK293T细胞ATCCCRL-3216
重组小鼠IL-9R&D System409-ML
小鼠T细胞活化剂CD3/CD28Gibco11452D
小鼠白蛋白ELISA试剂盒Abcamab207620
肌酐检测试剂盒Abcamab65340
小鼠KIM-1 ELISA试剂盒Abcamab213477
Von Kossa染色试剂盒Abcamab150687
Alexa Fluor 488标记麦胚凝集素InvitrogenW11261
佛波醇12-十四酸酯13-乙酸酯SigmaP1585
离子霉素Sigma AldrichI0634
布雷菲德菌素ASigma AldrichB5936
Cytofix/Cytoperm试剂盒BD Biosciences554714
小鼠CD4+ T细胞分离试剂盒Miltenyi Biotec130-104-454
小鼠CD3IFNε微珠试剂盒Miltenyi Biotec130-094-973
CD45微珠试剂盒Miltenyi Biotec130-052-301
抗PE微珠Miltenyi Biotec130-048-801
Lipofectamine 2000Invitrogen11668019
Il9启动子报告基因GeneCopoeiaMPRM39766-PG04
HDAC1 siRNAThermofishers119558
非特异性siRNAThermofisher4390843
Secrete-Pair双荧光素酶检测GeneCopoeiaLF032
染色质免疫沉淀试剂盒Cell Signal9003
SYBR Green预混液PromegaM7122
Pierce蛋白G磁珠Thermo Scientific88847
Fluo-8免洗钙检测试剂盒Abcamab112129

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
动物模型
小鼠品系、性别、周龄、Ang II输注剂量及持续时间(28天或42天)
阅读提示:Methods: Animals; Figure 2A
细胞分离与培养
主动脉成纤维细胞和CD4+ T细胞的分离方法、培养条件、刺激物浓度及时间
阅读提示:Methods: Cell isolation and culture; Figure 6A, D
免疫分析
流式细胞术的抗体克隆、稀释度、细胞制备步骤;血浆细胞因子检测试剂盒
阅读提示:Methods: Flow cytometry; Major Resources Table
分子机制实验
ChIP实验的抗体、引物、剪切条件;报告基因实验的质粒构建、转染试剂和检测方法
阅读提示:Methods: ChIP, luciferase assay; Figure 4
转录组学
RNA提取方法、文库制备、测序平台、生物信息学分析流程(如Seurat版本、参数)
阅读提示:Methods: RNA-seq, scRNA-seq; Supplemental Methods
功能和组织学评估
超声心动图、PWV测量、组织染色(Masson、Sirius Red、Von Kossa)的具体操作和定量方法
阅读提示:Methods: Echocardiography, histology; Figure 2