揭示博来霉素诱导的肺纤维化中miRNA介导的TGF-β/刺猬信号通路:利用坎地沙坦和绿原酸靶向炎症与纤维化之间的相互作用

《Bioorganic Chemistry》:Unraveling miRNA-mediated TGF-β/hedgehog Signaling in bleomycin-induced pulmonary fibrosis: targeting inflammation–fibrosis crosstalk with candesartan and chlorogenic acid

【字体: 时间:2026年02月17日 来源:Bioorganic Chemistry 4.7

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  Candesartan and chlorogenic acid modulate Hedgehog signaling and inhibit BLM-induced pulmonary fibrosis through anti-inflammatory and anti-fibrotic mechanisms.摘要

  
Aya Aly A. El-Shazly、Mai A. Abd-Elmawla、Yasmin S. Abulfadl、Nesreen Nabil Omar、Sherine M. Rizk
开罗大学药学院生物化学系,埃及开罗11562

摘要

特发性肺纤维化(IPF)是一种慢性进行性肺病,其特征是过度纤维化和发育信号通路的激活。坎地沙坦(CAN)是一种血管紧张素II类型1受体(AT1R)抑制剂,主要用于治疗高血压,但也具有抗氧化、抗炎和抗凋亡作用。AT1R信号通路通过上调转化生长因子-β(TGF-β)促进纤维化。绿原酸(CGA)是一种从咖啡酸和奎宁酸中提取的天然抗氧化剂,可通过糖原合成酶激酶-3β(GSK-3β)减轻氧化应激并抑制TGF-β诱导的细胞凋亡。本研究旨在评估CAN(10 mg/kg)、CGA(15 mg/kg)及其组合在博来霉素(BLM)诱导的肺纤维化大鼠模型中的效果,重点关注其对Hedgehog信号通路的影响。CAN、CGA及其组合治疗显著降低了BLM诱导的促炎细胞因子白细胞介素-1β(IL-1β)和白细胞介素-6(IL-6)的水平,恢复了肺泡和细支气管的结构,减少了胶原蛋白沉积,并下调了TGF-β的表达,表明其具有抗炎和抗纤维化作用。重要的是,所有治疗均通过下调Sonic hedgehog(Shh)和Patched 1(Ptch1)基因的表达以及降低胶质瘤相关癌基因Gli1和Gli3的表达来抑制Hedgehog通路的激活。Gli3抑制剂(Gli3-REP)水平的升高和GSK-3β磷酸化的降低进一步证实了Hedgehog通路的抑制作用。总之,本研究首次证明CAN、CGA及其组合可以调节Hedgehog通路,提示它们可能成为治疗IPF的新策略。

引言

肺纤维化(PF)是一种慢性进行性肺病,其特征是肺组织异常瘢痕形成,导致肺气体交换障碍,从而引起呼吸功能不全[1]。PF的病因可能是特发性的,也可能是由多种因素引起的,如环境因素、职业性毒素暴露、自身免疫疾病、药物(如博来霉素(BLM)和感染[2]。PF患者会出现多种症状,通常逐渐出现,如呼吸困难、长期干咳、疲劳和体重下降,以及胸痛[3]。
PF的发病机制始于肺上皮受损,由炎症、氧化应激和环境刺激等因素触发,导致纤维化过程的激活。活化的成纤维细胞通过积累细胞外基质(ECM),主要是胶原蛋白,导致肺间质增厚和硬化[4]。肺泡上皮的反复损伤会刺激转化生长因子-β(TGF-β)的产生,随着时间的推移,这会导致肺结构的扭曲和进行性呼吸衰竭[5][6]。TGF-β在PF中起着双重作用:它直接触发纤维化过程并刺激炎症。此外,炎症不仅由TGF-β引起,还由其他炎症介质引起,这些介质可以激活TGF-β,形成恶性循环。这种循环加剧了PF的病理特征并使疾病恶化。尽管对PF病理生理学的理解有所进展,但有效的治疗方法仍然有限,这强调了需要更好地了解驱动疾病进展的新分子机制[7]。
Hedgehog信号通路是一个重要的信号系统,由TGF-β激活,并与纤维化和组织修复有关[8]。Hedgehog通路最初被发现参与胚胎发育,但现已证明它影响许多生物功能,如组织稳态、分化和细胞增殖[9]。成纤维细胞的激活、过量的细胞外基质沉积和持续的组织重塑是Hedgehog信号失调的潜在后果,这已成为纤维化疾病的关键因素[10]。
TGF-β诱导产生Sonic Hedgehog(Shh),这是最广泛表达的Hedgehog配体,通过与细胞表面的Patched(Ptch1)受体结合来启动信号反应[11]。跨膜蛋白Smo从Ptch1释放出来,发生构象变化并激活Gli家族的锌指DNA结合蛋白(Gli1、Gli2、Gli3),这些蛋白是Hedgehog信号的下游效应器[12]。Gli1和Gli2通常是转录激活剂,促进基因表达,而在缺乏Hedgehog信号的情况下,Gli3通常作为转录抑制剂[13]。
在没有Shh配体的情况下,Ptch1阻止Smo定位到细胞膜上,从而抑制Gli转录因子的激活,进而抑制Hedgehog通路[14]。糖原合成酶激酶3β(GSK3β)参与Hedgehog信号的调节,特别是Gli转录因子的调节。在缺乏Hedgehog信号的情况下,GSK3β磷酸化Gli转录因子,导致其降解或转化为转录抑制剂[15]。重要的是,Hedgehog信号对于正常的组织修复和发育至关重要,而其失调会导致持续的纤维化和炎症,如PF。任何干预这一信号级联都可能是影响纤维化并可能减缓PF进展的新策略。
坎地沙坦(CAN)是一种血管紧张素II类型1受体(AT1R)拮抗剂,常用于治疗高血压。它具有强大的抗氧化、抗炎和抗凋亡作用,可能是通过抑制炎症细胞因子的释放和阻止凋亡信号通路来实现的。最新研究表明,肾素-血管紧张素系统(RAS)也参与器官纤维化,因为血管紧张素II(Ang II)通过AT1R发挥促纤维化和促炎作用[16]。此外,Ang II已被证明在原代成纤维细胞中上调TGF-β和胶原蛋白I基因的表达[17]。CAN通过阻断Ang II的作用来减轻肺部的炎症环境,可能减少纤维化疾病中的炎症细胞招募和细胞因子产生[18][19]。CAN抑制炎症的能力表明其有可能限制促纤维化信号通路(如TGF-β和Hedgehog通路)的激活,这些通路是纤维化的重要驱动因素。然而,其确切机制尚未阐明。
绿原酸(CGA)是一种具有强抗氧化特性的多酚,是咖啡酸和奎宁酸的酯类,在实验研究中因其多种药理作用而被广泛使用。由于其天然来源和低毒性,CGA最近因其对纤维化和癌症的有效和有益作用而受到研究人员的广泛关注。早期研究集中在CGA通过减少纤维化相关因子(包括胶原蛋白和TGF-β)的表达来抑制PF的作用[20]。然而,需要进一步研究以阐明CGA在PF中的其他作用机制及其与Hedgehog通路的联系。
在PF背景下,miRNA已成为通过影响成纤维细胞激活、ECM沉积和炎症来调节纤维化过程的重要因子[21][22][23]。生物信息学工具和数据库被用来预测与PF相关的miRNA-靶基因相互作用。miR-9a-5p和miR-143-3p分别通过靶向Ptch1和Gli3而被认为是PF的关键调节因子。有趣的是,miR-9a-5p和miR-143-3p在多种病理条件下表现出炎症和纤维化反应[24][25]。然而,它们在PF发病机制中的作用尚未得到探索。
BLM诱导的PF是最常用的实验模型之一,用于研究PF的多个方面,提示了一种研究疾病发病机制和测试新治疗方法的潜在方法[26]。总体而言,本研究旨在探讨Hedgehog通路激活对BLM诱导的PF的影响及其与炎症和纤维化标志物的关系,特别强调miR-9-5p和miR-143-3p作为上游调节因子的作用。此外,该研究还扩展到了评估CAN、CGA及其联合使用通过抑制Hedgehog信号及其相关的炎症和纤维化后果来缓解PF的效果。

药物和化学品

博来霉素盐酸盐(BLM)以BLEOCEL? 15 IU的形式购买,来自印度的Celon Labs Pharmaceutical Company。CAN从瑞典Sodertalje的AstraZeneca AB购买。CGA从Sigma-Aldrich(美国)购买。BLM、CAN和CGA用生理盐水配制。硫喷妥钠从E.I.P.I.CO(埃及)获得。

动物

从Theodor Bilharz研究所(埃及吉萨)获得了30只体重130-150克的雄性Wistar白化大鼠。大鼠在标准控制条件下饲养

CAN、CGA及其联合使用对BLM诱导的PF组织病理变化的影响

对照组的肺组织切片显示出正常的组织结构,包括完整的终末细支气管、明确的肺泡导管以及结构有序的肺泡囊和肺泡。终末细支气管具有健康的上皮层,没有炎症或纤维化的迹象,而肺泡结构保持其典型的薄壁形态,允许高效的气体交换,没有病理改变,如隔膜增厚

讨论

鉴于纤维化涉及多个分子通路,建议采用多靶点策略作为未来的治疗选择。TGF-β和Hedgehog相关的信号通路在多种疾病的纤维化发展和进展中起着重要作用。因此,人们越来越关注探索它们在BLM诱导的PF中的确切作用,以及开发针对这些通路的疗法,以实现更全面的治疗策略。

结论和未来展望

本研究揭示了Hedgehog通路激活在介导PF中的新作用及其与炎症和纤维化生物标志物的密切关联。现有发现表明,miR-9-5p和miR-143-3p分别通过靶向Ptch1和Gli3作为Hedgehog信号的上游调节因子。此外,研究表明,CAN和CGA的给药通过调节Hedgehog信号并减轻其效应而发挥抗纤维化和抗炎作用

CRediT作者贡献声明

Aya Aly A. El-Shazly:撰写——原始草稿、软件使用、方法学设计、资金获取、数据分析、数据管理、概念构思。Mai A. Abd-Elmawla:撰写——审阅与编辑、撰写——原始草稿、数据可视化、验证、监督、方法学设计、数据分析、数据管理、概念构思。Yasmin S. Abulfadl:方法学设计、数据收集、资金获取。Nesreen Nabil Omar:监督、方法学设计、数据收集、数据分析

伦理批准

本研究遵循开罗大学药学院动物护理伦理委员会的规定进行,实验获得了批准(BC 2969),并按照美国国立卫生研究院关于实验室动物护理和使用的指南(NIH出版物编号85–23,1996年修订版)进行,采取了必要的预防措施以防止大鼠遭受痛苦。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的竞争性财务利益或个人关系。
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