通过Adropin减弱系统性硬化症中的成纤维细胞激活和纤维化

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通过Adropin减弱系统性硬化症中的成纤维细胞激活和纤维化

皮肤和其它器官的纤维化性疾病在现代社会中已成为重大的社会经济挑战，并且现有的治疗选择有限。本文的研究背景为了解决系统性硬化症（Systemic Sclerosis, SSc）中的纤维化问题，研究团队主要探讨了一种名为隐N末肽（adropin）的肽激素的作用。隐N末肽由能量稳态相关基因（ENHO）编码，早期研究显示其在代谢和血管稳态中起重要作用，但其在纤维化病理过程中的作用尚不明确。

本文由来自德国杜塞尔多夫大学医院、埃朗根-纽伦堡大学、福州华山医院等机构的研究人员Minrui Liang、Nicholas Dickel、Andrea-Hermina Györfi等人撰写，于2024年3月27日发表在《Science Translational Medicine》杂志上。

研究工作流程

研究流程及步骤

研究包括多步骤实验，通过机器学习技术结合体内和体外功能性实验，探讨隐N末肽对系统性硬化症纤维化的调节作用。具体如下： 1. 机器学习模型的筛选（Identification via Machine Learning）： - 分析公开可用的前瞻性早期系统性硬化症登记数据，通过弹性网（Elastic Net, EN）正则化、支持向量机（Support Vector Machine, SVM）和梯度提升机器（Gradient Boosting Machine, GBM）模型筛选疾病分类标志基因。结果表明ENHO基因在多个模型中排名较高，验证了其作为潜在调节因子的可能性。

  1. 功能性验证实验：

    • 从体外实验中使用RNA测序（RNA-seq）技术筛选早期弥漫性皮肤系统性硬化症（Diffuse Cutaneous Systemic Sclerosis, dcSSc）患者的基因表达数据，ENHO基因在不同患者队列皮肤中均表现出显著下调。
    • 使用健康志愿者和系统性硬化症患者的皮肤样本，通过免疫荧光染色进一步验证ENHO蛋白表达水平，结果表明系统性硬化症患者的皮肤中ENHO的表达显著减少。

  2. 探索信号通路：

    • 以健康志愿者的皮肤成纤维细胞为对象，研究多种致纤维化介质对ENHO表达的影响，发现转化生长因子-β（Transforming Growth Factor-β, TGFβ）通过JNK依赖途径下调ENHO表达。

  3. 体内外实验验证隐N末肽的抗纤维化作用：

    • 通过给予隐N末肽肽段（Adropin34–76）处理，研究其对TGFβ诱导的成纤维细胞激活以及纤维化组织重塑的影响。
    • 鼠模型实验（如博莱霉素诱导的肺纤维化和慢性移植物抗宿主病模型）以及精准切割人皮肤片段实验显示，Adropin34–76肽段在缓解纤维化方面具有显著效果。

主要结果

  1. 基因表达分析：

    • 通过多种机器学习模型和RNA-seq分析，系统性硬化症患者皮肤中ENHO基因和蛋白表达水平显著下调。
    • RNA-seq数据与正常对照比较，SSC患者皮肤中ENHO mRNA的丰度显著降低，并与I型胶原蛋白（COL1A1）的mRNA表达呈负相关。

  2. 功能性验证：

    • 体外实验显示，Adropin34–76肽段干预可以显著降低TGFβ诱导的成纤维细胞激活和ECM释放，包括减少ACTA2, COL1A1，连接组织生长因子（CTGF）和纤溶酶原激活物抑制剂1（PAI1）的mRNA丰度，以及减少α-SMA和I型胶原蛋白的蛋白丰度。
    • 三维全厚度皮肤等效模型和小鼠纤维化模型显示，Adropin34–76可以有效缓解纤维化病变，减少皮肤厚度和胶原沉积。

  3. 信号通路研究：

    • 研究证实，TGFβ通过JNK依赖途径下调ENHO的表达，JNK1对这一过程影响较小，而JNK2特异性敲低可以预防TGFβ诱导的ENHO表达下调。
    • RNA-seq和后续的GSEA分析显示，Adropin34–76通过抑制Hedgehog/Gli信号传导，阻断Gli1和Gli2的上调，最终阻止纤维细胞转变为肌成纤维细胞。

结论与研究意义

研究结果证明了Adropin作为一种潜在抗纤维化调节因子，其恢复可减少TGFβ诱导的成纤维细胞激活和纤维化组织重塑。此发现在临床上或许能开辟一种新的治疗途径来应对系统性硬化症及其它纤维化性疾病。研究对发展新的治疗策略提供了重要的理论依据，具有潜在的应用价值。

研究亮点

  1. 机器学习结合功能性验证：首次通过机器学习和实验验证相结合的方法有效筛选并验证潜在的抗纤维化因子。
  2. 多模型验证：利用多种模型和独立的患者队列验证ENHO基因在系统性硬化症中的重要性。
  3. 机制探索：揭示ENHO基因表达受TGFβ/JNK2通路调控及其在抗纤维化中的作用机制。
  4. 潜在的临床应用：Adropin34–76肽段展现出的抗纤维化效果为新的治疗方法提供了科学依据。

这些发现为进一步研究与开发Adropin作为纤维化治疗提供了重要的基础，对科学理解与临床应用有重要的贡献价值。