《Biochemical Pharmacology》：IL-4 as a profibrotic mediator of cardiac fibroblast differentiation through ROS and TGF-β1 signaling
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M. Catalán | F. González-Herrera | C. Suárez-Rozas | J. Landaeta-Verdejo | J.N. Ponce | C. Carrasco-Aburto | V. De León-Aravena | U. Norambu
M. Catalán | F. González-Herrera | C. Suárez-Rozas | J. Landaeta-Verdejo | J.N. Ponce | C. Carrasco-Aburto | V. De León-Aravena | U. Norambuena | C. Quiroga | G. Mancilla | I. Oyarzún | M. Rodríguez | C. Rebolledo | R. Vivar
智利大学医学院生物医学科学研究所，智利圣地亚哥
摘要
心脏成纤维细胞（CF）的分化对于影响心脏的纤维化病理过程至关重要，它增强了CF的分泌能力以及收缩、迁移和增殖能力，这些能力促进了心脏的硬化和功能障碍。因此，识别这种病理过程背后的机制至关重要。在心脏疾病中，会发生急性炎症过程，其特征是炎症因子的分泌，随着时间的推移，这些炎症因子会发展成旨在恢复组织完整性和器官功能的修复过程。会释放出多种抗炎分子，包括白细胞介素-4（IL-4），它在纤维化过程中起着重要作用。然而，IL-4的作用及其对CF分化的影响机制仍然不明确。在这项研究中，我们用10 ng/mL的IL-4刺激了CF，这增加了CF分化标记物的表达，包括胶原蛋白I和α-平滑肌肌动蛋白。此外，IL-4促进了CF的增殖，但降低了其迁移能力。同时，IL-4下调了CF的抗氧化机制，减少了FoxO3a、过氧化氢酶和超氧化物歧化酶2（SOD2）的表达，增加了活性氧（ROS）的水平，从而促进了CF的分化。此外，IL-4还诱导了TGF-β1的合成和分泌，而抑制转化生长因子β1（TGF-β1）和SMAD3可以阻止IL-4诱导的CF分化。最后，IL-4减少了NF-κB的激活，表明其具有抗炎作用。相反，NF-κB的激活则减弱了IL-4对CF分化的效应。总之，我们的结果表明，IL-4是一种新的促纤维化因子，能够诱导CF分化，使其成为治疗涉及心脏纤维化的各种心脏疾病的潜在药物靶点。
引言
心血管疾病是全球导致死亡和发病率的主要原因，仅略低于恶性肿瘤 [1]、[2]。心血管疾病的一个常见后果是细胞外基质（ECM）在心脏组织中的积聚，从而导致心脏纤维化，最初会降低心脏的舒张功能和心肌的收缩能力。因此，研究心脏纤维化的病理生理机制对于发现新的药物靶点和治疗方法至关重要。
调节ECM稳态的主要细胞是心脏成纤维细胞（CF）。CF细胞是间充质细胞，它们的主要功能是分泌和降解ECM成分，从而支持心脏的正常功能，并主动调节心脏组织中的电传导和营养物质供应 [4]。在正常情况下，CF的合成和分泌活动较少；然而，在高葡萄糖浓度（HG）、缺氧或促纤维化细胞因子等病理条件下，CF会改变其表型，分化为合成和分泌大量ECM的细胞，即心脏肌成纤维细胞（CMF）[5]、[6]。这种CF分化是心脏疾病的共同特征，与心脏损伤的病因无关，并促进了胶原蛋白I和连接组织生长因子（CTGF）等ECM蛋白的积累。此外，CF的激活会改变某些细胞特性，如增殖和迁移能力，这些特性可能在CF分化过程中促进了纤维化的发生 [7]、[8]。因此，有证据表明，CF分化对于各种病理引起的纤维化和心脏功能障碍的发展至关重要，说明理解参与CF分化的分子机制对于寻找治疗心血管疾病的新靶点至关重要。
几种细胞因子对CF分化是必要的，包括转化生长因子β1（TGF-β1）[9] 和抗炎细胞因子，尤其是白细胞介素-4（IL-4），后者具有抗炎作用，并参与纤维化过程，主要在肺部引起肺纤维化 [10]，同时还能减轻肝纤维化 [11]。然而，IL-4在CF分化中的作用尚未得到充分研究。研究表明，IL-4通过激活经典的Janus激酶（JAK）- 信号转导子和转录激活剂（STAT）信号通路来诱导抗炎和纤维化过程 [12]。实际上，JAK的抑制可以减少由细胞因子引起的肺纤维化，包括IL-6、IL-13和IL-4 [13]。此外，IL-4还可以激活JAK信号通路以外的其他信号通路，尤其是蛋白激酶B（AKT）和丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）通路 [14]、[15]、[16]。然而，尚无研究证明这些由IL-4激活的通路参与了CF分化。
另一方面，多项研究表明，TGF-β1是CF分化过程的最终调节因子，如在高葡萄糖（HG）[17] 和血管紧张素II [18] 中观察到的那样；然而，尚不清楚IL-4是否通过TGF-β1发挥其促纤维化作用。此外，我们之前发表的结果表明，TGF-β1通过增加活性氧（ROS）和减少抗氧化蛋白的表达来诱导CF分化 [19]。因此，我们假设IL-4可能需要TGF-β1和促氧化效应来诱导CF分化。
本研究表明，IL-4通过激活非经典信号通路来诱导CF分化，促进TGF-β1的合成和分泌，并增加细胞内的氧化应激。我们的结果将IL-4定位为预防CF分化的新靶点，并提示其可能是治疗心脏纤维化的潜在治疗靶点。
章节摘要
材料
抗α-SMA、胶原蛋白I、p-AKT、AKT、p-JNK、JNK、p-p38、p38、p-ERK1/2、ERK1/2、p-FoxO3a、FoxO3a、过氧化氢酶、SOD2、p-NF-κB、NF-κB、p-SMAD3和SMAD3的一抗，以及LY294002（AKT抑制剂）和重组人IL-4抗体均来自Cell Signaling Technology（美国马萨诸塞州丹弗斯）。CTGF（CCN2）和GAPDH抗体、488 Alexa Fluor?标记的二抗、Bradford溶液、N-乙酰半胱氨酸、SIS3（SMAD3抑制剂）、SB203580（p38抑制剂）和SP600125（JNK抑制剂）也均已获得。
IL-4诱导心脏成纤维细胞分化
IL-4是一种具有纤维化特性的抗炎细胞因子；然而，目前尚无证据表明其在CF分化中的作用。我们的结果表明，IL-4以浓度依赖性和时间依赖性的方式增加了COL1A1和α-SMA蛋白的水平，这两种蛋白是CF分化和心脏纤维化的关键标志物（图1A和图1B）。这些结果通过分析纤维化标志物COL1A1、III型胶原蛋白α1链（COL3A1）、CTGF等的mRNA表达得到了证实。
讨论
本研究提供了新的证据，表明抗炎细胞因子IL-4作为一种强效的促纤维化因子，可直接诱导CF分化为CMF。我们的结果表明，IL-4在心脏纤维化的发展中起关键作用，可能是治疗心血管疾病的合适靶点。虽然IL-4在调节炎症和过敏反应方面已有明确的记录 [20]、[21]，但它直接参与心脏重塑，主要是心脏纤维化和CF分化的情况还不清楚。
作者贡献声明
M. Catalán： 撰写——原始稿件、研究、数据管理。F. González-Herrera： 撰写——审稿与编辑、研究、数据管理。C. Suárez-Rozas： 撰写——审稿与编辑、研究。J. Landaeta-Verdejo： 研究。J.N. Ponce： 研究。C. Carrasco-Aburto： 研究。V. De León-Aravena： 方法学、研究。U. Norambuena： 研究。C. Quiroga： 撰写——审稿与编辑、研究。G. Mancilla： 方法学、研究。I. Oyarzún：
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的会影响到本文所述工作的财务利益或个人关系。
