A1型肉毒杆菌神经毒素通过抑制PI3K-Akt通路以及相关的细胞周期和增殖作用,缓解博来霉素引起的皮肤纤维化

《Journal of Investigative Dermatology》:Botulinum Neurotoxin Type A1 Alleviates Bleomycin-induced Skin Fibrosis by Inhibiting PI3K-Akt Pathway and Associated Cell Cycle and Proliferation

【字体: 时间:2026年01月25日 来源:Journal of Investigative Dermatology 5.7

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  Botulinum neurotoxin type A1 (BoNT/A1) alleviates bleomycin-induced skin fibrosis in mice and inhibits human dermal fibroblast (HDF) proliferation via PI3K-Akt signaling pathway suppression.摘要:

  
方洲谢|云谢|贾刘
上海交通大学医学院附属上海第九人民医院整形外科,中国上海志造居路639号,200011

摘要

局限性硬皮病(LoS)是一种慢性皮肤病,其特征是皮肤和皮下组织纤维化。由于其发病机制尚未完全明确,目前尚无针对LoS的特异性治疗方法。最近的研究人员发起的试验揭示了肉毒杆菌神经毒素A1型(BoNT/A1)在治疗LoS方面的临床疗效。然而,基于BoNT/A1的LoS干预机制尚未得到充分阐明。在本研究中,我们使用博莱霉素诱导的皮肤纤维化小鼠模型来评估BoNT/A1对LoS的治疗效果及其作用机制。研究发现,BoNT/A1治疗能够以剂量依赖的方式缓解小鼠的病理变化。进一步分析表明,BoNT/A1通过抑制细胞周期的G0/G1期来抑制原代人真皮成纤维细胞(HDFs)的增殖。RNA-Seq和随后的Western blot分析显示,PI3K-Akt信号通路是BoNT/A1处理组中受影响最显著的通路之一。使用PI3K-Akt激动剂740Y-P进行的实验表明,BoNT/A1通过抑制PI3K-Akt信号通路来抑制皮肤纤维化。总体而言,我们的研究在动物、细胞和分子水平上为BoNT/A1用于治疗LoS提供了实验证据。

引言

局限性硬皮病(LoS)是一种罕见的慢性自身免疫性疾病,其特征是皮肤和皮下组织的原发性纤维化(Kreuter, 2012)。流行病学研究表明,不同人群中LoS的发病率存在显著差异,大约为每10万人中有0.4至2.7例。该病以女性患者为主,男女比例约为2.6:1。LoS的发病年龄范围较广,不同亚型的发病高峰也有所不同。最常见的亚型——硬斑病通常发生在40至50岁的成人中,而线性硬皮病主要见于2至14岁的儿童和青少年(Fett和Werth, 2011)。
LoS的发病显著影响患者的生存率和生活质量。LoS的一个显著临床表现为受影响区域的皮肤增厚和紧绷,这不仅改变了患者的外貌,还限制了肢体活动,导致功能障碍和日常活动困难(Snarskaya和Vasileva, 2022)。疾病进展可能累及肺、心脏和肾脏等内脏器官,从而增加死亡风险和相关并发症(Papara等人, 2023)。此外,LoS的慢性性质和长期治疗的必要性给患者带来了巨大的心理压力,进一步降低了他们的生活质量。
LoS的发病机制复杂,涉及多个层面,包括免疫失衡、细胞因子网络失调、纤维化和组织重塑障碍。LoS的早期炎症阶段伴随着血管内皮损伤和黏附分子(如VCAM-1)的上调,这促进了免疫细胞的募集(Harjunp??等人, 2019)。这些免疫细胞分泌促纤维化细胞因子,包括白细胞介素-4(IL-4)、IL-6和转化生长因子-β(TGF-β),导致肌成纤维细胞激活和胶原蛋白过度沉积,最终导致皮肤硬化(Torok等人, 2019)。在分子水平上,TGF-β通过诱导基质金属蛋白酶-3和血小板衍生生长因子的产生来加剧纤维化过程,从而促进细胞外基质的合成(Badea等人, 2009)。
尽管传统治疗方法(如药物治疗和物理治疗)在缓解LoS症状方面显示出一定效果,但这些方法存在显著局限性。使用免疫抑制剂(如环磷酰胺)虽然可以有效减缓LoS的进展,但长期使用可能会增加感染和肝肾功能障碍的风险(Tehlirian等人, 2008)。此外,激光治疗等物理疗法可以在短期内改善LoS引起的关节活动度,但其在逆转皮肤纤维化方面的效果有限,导致患者依从性较低(Cassalia等人, 2024)。最近,自体脂肪移植在治疗LoS的皮下组织缺损方面显示出潜在的治疗效果,但仍存在脂肪存活率低和需要多次手术等挑战(Ma等人, 2025)。
肉毒杆菌神经毒素(BoNTs)是由肉毒梭菌及其近缘菌产生的具有神经毒性的蛋白质(Rossetto等人, 2014)。其中,肉毒杆菌神经毒素A型(BoNT/A1)是最有效的血清型,广泛应用于医疗和美容领域(Dressler, 2012)。研究表明,BoNT/A1作用于突触前神经元并抑制乙酰胆碱的释放,从而实现化学去神经化(Lim和Seet, 2010)。近年来,BoNT/A1对非神经细胞的影响越来越受到关注(Pinho-Ribeiro等人, 2018)。临床研究表明,BoNT/A1可以抑制皮肤成纤维细胞的生物活性。研究报道,BoNT/A1可以抑制病理性瘢痕中的纤维化(Li等人, 2021)。此外,BoNT/A1多年来一直用于治疗硬皮病患者的雷诺现象(Hughes和Herrick, 2016;Seyedmardani等人, 2022)。在研究人员发起的试验中,BoNT/A1已被用于治疗与局限性硬皮病相关的并发症(Danisi和Guidi, 2018;Kim等人, 2000;Mousty等人, 2011)。重要的是,重复注射BoNT/A1已被证明可以有效减少线性硬皮病患者的肌肉痉挛并改善运动障碍(Ca?as等人, 2012)。此外,BoNT/A1治疗还发现可以改善皮肤质量,包括减少皮肤萎缩和色素沉着(Rimoin和Arbiser, 2016)。然而,BoNT/A1在治疗LoS相关纤维化中的作用及其分子机制尚未得到系统研究。
在本研究中,我们检测了BoNT/A1在博莱霉素诱导的小鼠模型中对皮肤纤维化的疗效。然后我们使用RNA测序(RNA-Seq)来研究BoNT/A1对人类真皮成纤维细胞基因表达谱的影响。我们发现PI3K-Akt信号通路参与了BoNT/A1的抗纤维化作用。因此,我们的研究为基于BoNT/A1的LoS治疗提供了实验证据和可能的机制。

部分摘录

BoNT/A1在C57BL/6J小鼠模型的LoS中减少皮肤纤维化

为了研究BoNT/A1对LoS的影响,我们在C57BL/6J小鼠的基础上构建了博莱霉素诱导的皮肤纤维化模型(图1A)。结果表明,该小鼠模型建立成功,表现为皮肤厚度增加、胶原沉积增强以及皮肤纤维化加剧(图1B)。重要的是,BoNT/A1治疗以剂量依赖的方式缓解了博莱霉素引起的病理变化(图1B-C)。值得注意的是,2.0 U剂量的组别能够逆转这些变化

讨论

LoS的发病机制复杂,涉及多个生理过程的功能障碍,这些过程尚未完全阐明。这限制了针对LoS的特异性和高效治疗方法的开发。在本研究中,我们使用皮下注射博莱霉素来诱导小鼠的皮肤纤维化,以了解BoNT/A1治疗LoS的临床效果和作用机制。尽管该模型可能导致全身性并发症(Jeong等人, 2024),但它已被广泛用于相关研究

动物实验

从上海模式生物中心(中国上海)购买了6周大的雄性C57/BL6小鼠,并随机分配到各组。在博莱霉素诱导的皮肤纤维化模型中,每天皮下注射博莱霉素(商品编号R25001,Thermo,美国马萨诸塞州沃尔瑟姆),连续4周。纤维化建立后,将肉毒杆菌神经毒素A型(BOTOX,C7566C3,商品编号93094CH,Allergan,美国加利福尼亚州欧文)稀释至5 U/mL、10 U/mL和20 U/mL浓度

伦理声明

本人体研究遵循《赫尔辛基宣言》进行。本研究使用的人源原代细胞系已获得所有参与者的书面知情同意。该人体研究获得了上海交通大学医学院附属第九人民医院医学伦理委员会的批准——批准编号:No.SH9H-2020-T138-2。
动物研究获得了第九人民医院动物伦理委员会的批准

数据可用性声明

与本文相关的数据集可以在https://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/query/acc.cgi?acc=找到
GSE295291,存储在Gene Expression Omnibus中,访问编号为GSE295291。

利益冲突

贾刘是苏州RuoYi生物技术的创始人及股东。其余作者声明没有利益冲突。

作者贡献

概念构思、形式分析:F.X.、Y.X.、J.L.;数据管理、调查和方法学:F.X.;资金获取和监督:Y.X.和J.L.;撰写初稿:F.X.;撰写和审稿编辑:F.X.、Y.X.、J.L.

补充图1:BoNT/A1对HDFs影响的RNA-Seq分析。a,分析样本的皮尔逊相关性。b,DEGs的热图。

补充图2:740Y-P和BoNT/A1对小鼠LoS影响的组织学分析代表图像

致谢

本研究得到了“二百人才计划”(20191916)、上海临床研究中心(由上海市科学技术委员会资助,项目编号22MC1940300,资助对象为Y.X.)以及上海科技大学创业基金(资助对象为J.L.)的支持。
作者感谢苏州RuoYi生物技术的Lu Li和Liangliang Jiang博士对实验的支持。
本研究的负责人是贾刘。
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