论著
NOG通过Wnt/β-catenin信号通路抑制Ⅱ型肺泡上皮细胞衰老在肺纤维化中的机制研究
国际呼吸杂志, 2022,42(21) : 1617-1626. DOI: 10.3760/cma.j.cn131368-20220414-00294
摘要
目的

结合生物信息学分析结果研究头蛋白基因(NOG)在博来霉素诱导的A549细胞衰老模型中的作用及分子机制。

方法

从GEO数据库下载IPF数据集GSE28042和GSE135893。在GSE28042中,运用R软件进行衰老相关基因的差异表达分析,通过单因素Cox回归初步筛选出与预后相关的基因,利用随机森林和LASSO回归2种算法,筛选出关键基因。采用Kaplan-Meier法绘制NOG高、低表达组患者的生存曲线。应用统一流形逼近与投影算法对GSE135893数据集中的单细胞测序数据降维,分析NOG在Ⅱ型肺泡上皮细胞的差异表达。采用随机数字表法将12只6~8周龄的C57BL/6小鼠随机分为对照组和实验组,每组6只,实验组小鼠气管内滴注博来霉素构建肺纤维化模型,取小鼠肺组织进行免疫组织化学染色和实时荧光定量聚合酶链式反应(RT-qPCR)检测NOG的蛋白和mRNA表达水平。将A549细胞分为空白对照组、博来霉素组(5 mg/L)、阴性对照组(博来霉素5 mg/L+空载体慢病毒)以及NOG过表达组(博来霉素5 mg/L+NOG过表达慢病毒),应用蛋白质印迹法检测各组衰老相关蛋白P16、P21,Wnt/β-catenin信号通路相关蛋白以及Ⅰα型胶原蛋白和α-平滑肌肌动蛋白的表达,并应用SA-β-Gal染色检测各组细胞衰老细胞所占的比例。

结果

GSE28042数据集中筛选出95个差异表达的衰老相关基因,其中35个上调,60个下调。结合单因素Cox回归、LASSO回归和随机森林算法,筛选出关键衰老相关基因NOG。高表达NOG的IPF患者总体生存时间较低表达NOG的IPF患者更长(P<0.05)。单细胞测序显示NOG在IPF患者Ⅱ型肺泡上皮细胞的表达量低于正常肺组织(P<0.05)。RT-qPCR及免疫组织化学染色结果提示NOG在博来霉素诱导的小鼠肺纤维化组织中为低表达(P值均<0.05)。博来霉素组A549细胞中的NOG蛋白表达低于空白对照组和NOG过表达组(P值均<0.05)。博来霉素组A549细胞的衰老相关蛋白、Wnt/β-catenin信号通路相关蛋白以及Ⅰα型胶原蛋白和α-平滑肌肌动蛋白表达水平高于空白对照组和NOG过表达组(P值均<0.05)。SA-β-Gal染色结果提示博来霉素组A549细胞株中衰老细胞的比例明显高于空白对照组和NOG过表达组(P值均<0.05)。

结论

NOG在博来霉素诱导的小鼠肺纤维化组织内呈低表达,过表达NOG可以通过Wnt/β-catenin信号通路减轻博来霉素诱导的A549细胞衰老,从而抑制肺纤维化的进展。

引用本文: 钟洋丽, 黄媛媛, 何杰. NOG通过Wnt/β-catenin信号通路抑制Ⅱ型肺泡上皮细胞衰老在肺纤维化中的机制研究 [J] . 国际呼吸杂志, 2022, 42(21) : 1617-1626. DOI: 10.3760/cma.j.cn131368-20220414-00294.
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特发性肺纤维化(idiopathic pulmonary fibrosis,IPF)是一种与衰老相关的慢性疾病[1]。该疾病主要发生于中老年人中,多数患者在最初诊断时年龄都超过60岁,并且发病率和病死率随着年龄的增长而增加[2,3]。目前,多数研究认为,IPF起源于Ⅱ型肺泡上皮细胞(typeⅡalveolarepithelialcells,AT Ⅱ)反复轻微损伤后的异常修复[4]。细胞衰老是AT Ⅱ细胞受损后的一种常见异常反应,AT Ⅱ细胞的加速衰老是导致AT Ⅱ细胞异常激活的重要机制[5]。异常激活的AT Ⅱ细胞可诱导成纤维细胞和肌成纤维细胞分泌更多的细胞外基质,导致胶原蛋白沉积和肺的结构破坏[6]。研究报道IPF肺组织中的AT Ⅱ细胞的衰老相关标志物(如P16 INK4a和SA-β-Gal)的水平明显高于正常肺组织,选择性地诱导组织中积累的衰老细胞的凋亡,能够部分逆转包括肺纤维化在内的衰老相关慢性疾病[7,8]。然而,IPF涉及衰老的发病机制目前尚不清楚。头蛋白基因(noggin,NOG)是在多种细胞中表达的一种多功能分子,它通过负向调控多种信号转导途径(如TGF-β通路和Wnt/β-catenin信号通路)来发挥其功能,从而调节细胞生长、增殖、凋亡和黏附[9]。研究表明Wnt/β-catenin信号通路在正常小鼠肺的发育和维持支气管肺泡干细胞稳态发挥着关键作用,并且调控肺纤维化中的成纤维细胞的分化以及诱导肺上皮细胞的衰老[10,11]。NOG作为衰老相关基因之一,也可能参与了IPF衰老相关分子机制。然而,NOG是否调控AT Ⅱ细胞衰老过程中的Wnt/β-catenin信号通路,以及NOG如何参与肺纤维化的发病机制尚不清楚。本研究通过生物信息学分析联合基础实验的方法,探究NOG基因是否通过Wnt/β-catenin信号通路调控AT Ⅱ细胞衰老,从而影响胶原蛋白沉积,以期为IPF治疗的新靶点提供一定的理论依据。

 
 
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