《Inflammation》：FNDC5/Irisin Attenuates TGF-β-induced Fibroblast Differentiation Via AMPK/Nrf2 Signaling and Mitochondrial Stabilization in Subepithelial Fibrosis
编辑推荐：
为应对严重哮喘伴随的气道下基底膜纤维化与成纤维细胞线粒体功能障碍问题，本研究聚焦FNDC5/鸢尾素（irisin）在调控成纤维细胞分化中的作用。研究揭示irisin通过激活AMPK/Nrf2抗氧化信号通路、改善线粒体功能，从而抑制TGF-β诱导的纤维化蛋白表达与Smad3磷酸化，最终减轻气道重塑。该发现为哮喘气道纤维化提供了新的干预策略和治疗靶点。
哮喘，作为一种常见的慢性气道炎症性疾病，严重影响着全球数亿人的健康。在众多临床表现中，严重哮喘患者常伴有气道结构的持久性改变，即气道重塑，其中气道下基底膜区域的纤维化是核心特征之一。这种纤维化过程由多种细胞因子驱动，特别是转化生长因子-β（TGF-β），它能促使气道中的成纤维细胞分化为更具分泌和收缩功能的肌成纤维细胞，过量分泌细胞外基质蛋白，导致气道壁增厚、僵硬。更棘手的是，研究发现这些病态的成纤维细胞往往伴随着线粒体功能的紊乱。线粒体作为细胞的“能量工厂”，其功能失调不仅影响细胞能量代谢，还与氧化应激、炎症及纤维化进程密切相关。然而，目前针对这一复杂病理环节的有效干预手段仍很有限。
在此背景下，一个名为纤维连接蛋白III型结构域包含蛋白5（Fibronectin type III domain-containing 5, FNDC5）及其剪切后释放入血的活性形式——鸢尾素（irisin），进入了研究者的视野。鸢尾素最初因其在运动诱导的白色脂肪“棕色化”中的作用而被发现，后续研究提示它在调节代谢、抗炎和保护线粒体方面具有潜力。但一个关键的科学问题悬而未决：在哮喘的气道纤维化场景中，FNDC5/鸢尾素扮演着什么角色？它能否抵抗TGF-β的强大促纤维化作用，改善成纤维细胞的线粒体功能，从而成为对抗气道重塑的新武器？为了回答这些问题，研究人员开展了一项系统性的研究，相关成果发表在了《Inflammation》期刊上。
研究者们运用了多种关键技术来探索这一问题。他们首先通过免疫组化分析了屋尘螨（HDM）诱导的哮喘小鼠模型以及对照小鼠支气管组织中FNDC5蛋白的表达情况。利用蛋白质免疫印迹（Western blotting）技术检测了纤维化相关蛋白（如α-SMA）的表达水平。为了从全局角度探寻irisin作用的分子机制，他们对处理过的细胞进行了RNA测序（RNA sequencing），以鉴定与抗氧化通路相关的基因变化。细胞线粒体膜电位的评估则使用了JC-1荧光染色法。此外，为了评估整体肺功能，他们使用FlexiVent系统测量了小鼠的气道高反应性（AHR）。
研究结果层层递进，揭示了FNDC5/鸢尾素在哮喘纤维化中的保护作用及其机制。
FNDC5表达在哮喘中降低
研究发现，与对照组相比，无论是从哮喘患者分离的肺成纤维细胞，还是HDM诱导的哮喘小鼠的肺组织中，FNDC5的表达水平均显著降低。这提示FNDC5/鸢尾素系统的减弱可能与哮喘的纤维化病理过程相关。
Irisin抑制TGF-β诱导的人肺成纤维细胞纤维化
在细胞实验中，用外源性irisin处理人肺成纤维细胞，能够有效降低由TGF-β诱导的α-平滑肌肌动蛋白（α-SMA）的表达——这是肌成纤维细胞分化的关键标志物。同时，irisin处理还改善了细胞的线粒体功能，并抑制了TGF-β诱导的其他纤维化蛋白表达以及Smad3的磷酸化（Smad3是TGF-β信号下游的关键转录调节因子）。
Irisin通过激活AMPK/Nrf2通路发挥保护作用
RNA测序结果进一步证实，irisin处理增强了细胞中与抗氧化反应相关基因的表达，并激活了AMP激活的蛋白激酶（AMP-activated protein kinase, AMPK）信号通路。机制研究表明，irisin激活的AMPK通路进而减少了TGF-β诱导的Smad3磷酸化和纤维连接蛋白（fibronectin）表达。更重要的是，irisin还能诱导核因子E2相关因子2（Nuclear factor erythroid 2–related factor 2, Nrf2）发生磷酸化。当研究人员使用基因敲低技术抑制Nrf2的表达时，irisin对纤维化标志物的保护作用则被显著削弱。这表明，Nrf2的激活是irisin发挥抗纤维化效应的必要环节。
Irisin在体内减轻哮喘模型的气道纤维化和功能障碍
最后，在HDM诱导的哮喘小鼠模型中进行体内实验发现，给予irisin治疗可以有效减轻气道纤维化程度、缓解气道炎症，并改善由HDM引起的肺功能损伤。
综上所述，本研究得出明确结论：FNDC5/鸢尾素在哮喘的气道纤维化中扮演着保护性角色。其水平在哮喘状态下降低，而补充irisin能够通过激活AMPK和Nrf2信号通路，改善线粒体功能，从而抑制TGF-β诱导的成纤维细胞向肌成纤维细胞分化，最终减轻气道下基底膜的纤维化进程。这一发现不仅深化了我们对哮喘气道重塑机制的理解，揭示了代谢调节因子（irisin）与纤维化信号（TGF-β）之间的新颖对话，更重要的是，它明确地将FNDC5/鸢尾素系统定位为一个潜在的治疗靶点。针对该通路的干预，例如开发irisin类似物或激活剂，有望为临床上治疗严重哮喘伴随的气道重塑提供全新的策略，具有重要的转化医学价值。
