本研究由Jing Mao、Jiexiong Liu、Mei Zhou、Guiqiang Wang、Xia Xiong和Yongqiong Deng等作者共同完成，分别来自西南医科大学附属医院皮肤科和北京大学第一医院感染科。研究论文于2022年3月1日发表在《PLOS ONE》期刊上，题为《Hypoxia-induced interstitial transformation of microvascular endothelial cells by mediating HIF-1α/VEGF signaling in systemic sclerosis》。

学术背景

系统性硬化症（Systemic Sclerosis, SSc）是一种罕见的结缔组织疾病，特征为自身免疫反应、广泛的微血管病变以及皮肤和内脏器官的纤维化。内皮-间质转化（Endothelial-to-Mesenchymal Transition, EndMT）在SSc的发病机制中扮演了重要角色，尤其是在组织纤维化和血管病变中。慢性缺氧被认为是SSc中血管病变和纤维化的关键因素之一。缺氧诱导因子-1α（Hypoxia-Inducible Factor-1α, HIF-1α）是缺氧环境中的主要调控因子，而血管内皮生长因子（Vascular Endothelial Growth Factor, VEGF）则是HIF-1α调控的主要促血管生成因子。尽管已有研究表明缺氧可以诱导EndMT，但缺氧在SSc中通过HIF-1α/VEGF信号通路诱导EndMT的具体机制仍不明确。本研究旨在系统探讨缺氧通过HIF-1α/VEGF信号通路诱导EndMT，进而影响SSc皮肤微血管重塑的机制。

研究流程

研究分为以下几个步骤：

1. 样本收集与处理：

   • 从8名弥漫性皮肤SSc患者和8名健康对照者中获取皮肤组织样本，进行同位素标记相对和绝对定量（iTRAQ）蛋白质组学分析和免疫组织化学检测。

2. 细胞培养与处理：

   • 使用人微血管内皮细胞系HMEC-1，分别在常氧和缺氧条件下培养，并分别用他莫昔芬（Tamoxifen，HIF-1α抑制剂）和贝伐单抗（Bevacizumab，VEGF-A抑制剂）处理。

3. 蛋白质组学分析：

   • 使用iTRAQ技术对SSc患者和对照组的皮肤组织进行蛋白质组学分析，鉴定差异表达蛋白，并通过KEGG数据库进行功能富集分析。

4. 免疫组织化学检测：

   • 对皮肤组织样本进行CD31、α-SMA、HIF-1α和VEGF-A的免疫组织化学染色，评估EndMT相关标志物的表达水平。

5. 分子生物学实验：

   • 通过定量逆转录聚合酶链反应（qRT-PCR）和Western blot检测HMEC-1细胞在不同处理条件下CD31、VE-cadherin、α-SMA、Fibronectin、HIF-1α和VEGF-A的mRNA和蛋白表达水平。

6. 免疫荧光检测：

   • 使用免疫荧光技术观察HMEC-1细胞在不同缺氧时间点的形态变化和EndMT相关标志物的表达。

主要结果

1. 蛋白质组学分析：

   • iTRAQ结果显示，SSc患者的皮肤组织中HIF-1信号通路显著上调，提示缺氧在SSc中的重要作用。

2. 免疫组织化学检测：

   • 与对照组相比，SSc患者的皮肤组织中CD31表达显著下调，而α-SMA、HIF-1α和VEGF-A的表达显著上调，表明EndMT在SSc患者皮肤微血管中的发生。

3. 细胞实验：

   • 缺氧条件下，HMEC-1细胞的CD31和VE-cadherin表达显著下降，而α-SMA和Fibronectin表达显著上升，同时HIF-1α和VEGF-A的表达也显著上调。
   • 他莫昔芬处理显著抑制了缺氧诱导的VEGF-A和α-SMA表达，并恢复了CD31的表达。贝伐单抗处理也显示出类似的效果，但不影响HIF-1α的表达。

4. 分子机制：

   • 缺氧通过激活HIF-1α/VEGF信号通路诱导EndMT，进而促进SSc皮肤微血管的重塑和纤维化。

结论

本研究揭示了缺氧通过HIF-1α/VEGF信号通路诱导EndMT，进而促进SSc皮肤微血管重塑和纤维化的机制。这一发现为SSc相关纤维增生性血管病变和纤维化的治疗提供了新的潜在靶点。

研究亮点

1. 重要发现：

   • 首次系统阐明了缺氧通过HIF-1α/VEGF信号通路诱导EndMT在SSc皮肤微血管重塑中的作用。

2. 方法创新：

   • 结合iTRAQ蛋白质组学、免疫组织化学、qRT-PCR、Western blot和免疫荧光等多种技术，全面揭示了缺氧诱导EndMT的分子机制。

3. 应用价值：

   • 研究结果为SSc相关血管病变和纤维化的治疗提供了新的理论依据和潜在治疗靶点。

其他有价值的内容

本研究还通过细胞实验验证了HIF-1α和VEGF-A在EndMT中的具体作用，为他莫昔芬和贝伐单抗等药物在SSc治疗中的应用提供了实验依据。