要点速览
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生物信息学分析和免疫组化染色显示,特应性皮炎(AD)皮损中CLDN1、CLDN4和OCLN的表达显著下调。
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体外实验表明,IL-4和IL-13通过Jak/STAT6信号通路下调人永生化角质细胞(HaCaT)和正常人表皮角质形成细胞(NHEKs)中的CLDN1、CLDN4和OCLN表达,并增加细胞旁葡聚糖的通透性。
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本维莫德通过激活芳基烃受体/芳烃受体核转位蛋白(AHR/ARNT)通路上调CLDN4和OCLN的表达,并诱导NRF2核转位减少角质形成细胞(KC)中的活性氧(ROS),从而抑制IL-4/IL-13诱导的CLDN1下调和STAT6磷酸化。
研究背景
AD是一种慢性炎症性皮肤病,病因涉及遗传易感性、皮肤屏障损伤和免疫失调。AD病变的特征包括表皮海绵状病变(细胞间隙增大)和T细胞浸润,特别是T辅助细胞2(Th2),Th1、Th17和Th22细胞也有参与。
紧密连接(TJ)封闭细胞间隙,是维持皮肤屏障功能稳定的重要结构。TJ蛋白包括claudins(CLDNs)、occludin(OCLN)、JAM-A、tricellulin、zonula occludens(ZO)和angulins等。既往研究发现,在AD中,这些TJ蛋白的表达往往下调,导致皮肤屏障功能受损,进而促进AD的发展和炎症反应的加剧。
AHR是一种细胞内转录因子,近年来其在AD发病机制和治疗中的作用引起了广泛关注。既往研究表明,AHR参与了TJ的调控。在AD病变中,AHR蛋白的表达增加。也有报道称,IL-4可以在信号转导子和转录激活子6 (STAT6) 依赖的方式下诱导和激活B细胞中的AHR。
我国自主研发的创新药物——本维莫德,已被证明对银屑病和AD有效。作为一种AHR激动剂,本维莫德可促进KC分化,并通过其内在特性和部分诱导NRF2通路基因来降低ROS水平,显示出抗氧化活性。北京大学人民医院张建中教授团队进一步分析了Th2细胞因子(IL-4/IL-13)和本维莫德对TJ调控的影响,为AD的治疗提供新的策略。该研究成果于2024年3月表于《Journal of Investigative Dermatology》杂志,(IF=5.7)[1]。
研究结果
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在AD皮损中,TJ蛋白的表达水平普遍下降
通过生物信息学分析,基于多个基因表达数据集(GSE130588、GSE133477、GSE32924和GSE133385)发现:在AD皮损中,CLDN1和CLDN4的mRNA水平显著低于非病变皮肤,而OCLN的mRNA水平在AD皮损和非皮损中均比正常皮肤显著降低,但在皮损和非皮损之间无显著差异(图1a,b,c)。免疫组化染色进一步证实,AD皮损中的CLDN1蛋白表达显著低于正常皮肤,而CLDN4和OCLN的蛋白表达虽有下降,但差异不显著(图1d)。
图1:生物信息学分析及免疫组化染色评估AD皮损中CLDN1、CLDN4和OCLN的表达水平;
注:*P < .05, **P < .01, ***P < .001, ****P < .0001
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IL-4、IL-13和IFN-γ能够单独下调TJ蛋白的表达
使用不同浓度的细胞因子(IL-4、IL-13、TNF-α、IFN-γ和IL-17A)处理HaCaT和NHEKs,结果显示,IL-4、IL-13和IFN-γ显著下调了HaCaT中TJ蛋白(CLDN1、CLDN4和OCLN)的mRNA和蛋白水平,而TNF-α和IL-17A则没有显著影响(图2a,b,c),且IL-4/IL-13之间没有协同效应。在NHEKs中,IL-4/IL-13处理显著降低了CLDN4和OCLN的蛋白水平,但对CLDN1的蛋白水平影响不显著(图2d,e)。
图2:IL-4/IL-13对HaCaT及NHEKs中TJ蛋白表达的影响;
注:*P < .05, **P < .01, ***P < .001, ****P < .0001
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IL-4/IL-13和IFN-γ诱导的HaCaT中TJ蛋白表达下调是通过Jak/STAT6信号通路介导的
使用Jak1/2抑制剂芦可替尼、STAT6抑制剂AS1517499和STAT1抑制剂氟达拉滨预处理HaCaT。结果显示,芦可替尼剂量依赖性地抑制了IL-4/IL-13和IFN-γ诱导对TJ蛋白(CLDN1、CLDN4和OCLN)mRNA表达的影响(图3a),而STAT6和STAT1抑制剂也有效抑制了以上细胞因子诱导的TJ蛋白下调(图3b)。
此外,单独使用IL-4、IL-13或IFN-γ处理KCs会增加细胞旁葡聚糖通量,而同时使用IL-4/IL-13处理则导致更显著的葡聚糖通量增加。用1 mM 芦可替尼预处理HaCaT,可以有效抑制由IL-4/IL-13或IFN-γ诱导增加的葡聚糖通量(图3c)。
图3:Jak/STAT通路参与IL-4/IL-13/IFN-γ诱导的HaCa中的TJ蛋白下调;
注:*P < .05, **P < .01, ***P < .001, ****P < .0001
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AHR通路和ROS在IL-4/IL-13诱导的TJ蛋白表达下调中起重要作用
IL-4/IL-13能够上调HaCaT和NHEKs中的AHR(图8a),使用Jak抑制剂芦可替尼、STAT6抑制剂AS1517499和ROS抑制剂二苯乙烯碘化物预处理后可以消除这种上调效应。IL-4/IL-13对典型的AHR通路产物CYP1A1或AHR抑制因子的表达没有影响(图4b)。沉默AHR mRNA的表达可以恢复IL-4/IL-13诱导下调的HaCaT中CLDN1的表达并减少CLDN4和OCLN的表达(图4c),同时增加了磷酸化的STAT6(图4d)。ROS抑制剂二苯乙烯碘化物抑制了IL-4/IL-13诱导的CLDN1下调,但不影响CLDN4或OCLN(图4e);同时抑制了IL-4/IL-13诱导的磷酸化的STAT6及AHR上调(图4f和g)。
图4:AHR通路和ROS参与IL-4/IL-13诱导CLDN1、CLDN4和OCLN表达下调;
注:*P < .05, **P < .01, ***P < .001, ****P < .0001
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本维莫德通过激活AHR/ARNT通路来上调CLDN4和OCLN表达,并阻断IL-4/IL-13或IFN-γ诱导的细胞旁葡聚糖通量增加
本维莫德依赖性地上调HaCaT和NHEKs中的CLDN4和OCLN表达,但不影响CLDN1的表达(图5a)。500 nM的本维莫德抑制了由IL-4/IL-13或IFN-γ诱导的跨细胞葡聚糖通量增加(图5b),且不影响细胞增殖(图5c)。本维莫德促进了AHR的核转位(图5d)并上调了CYP1A1和CYP1B1的表达(图5e),而敲除AHR或AHR核转位因子,或用AHR拮抗剂CH-223191预处理,可阻断本维莫德对HaCaT和NHEKs中CLDN4和OCLN表达的影响,同时,本维莫德处理后AHR蛋白水平也有所下降,但AHR mRNA的表达没有明显改变(图5f、g)。
图5:本维莫德通过AHR/ARNT通路上调CLDN4和OCLN的表达,并阻断IL-4/IL-13e或IFN基因诱导的细胞旁葡聚糖通量;
注:*P < .05, **P < .01, ***P < .001, ****P < .0001
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本维莫德可抑制IL-4/IL-13诱导的STAT6磷酸化、TJ蛋白表达下调
本维莫德促进NHEKs中NRF2的核转位(图6a),并上调NQO1的表达;并能抑制IL-4/IL-13诱导的NHEKs中ROS的产生(图6b)和HaCaT中STAT6的磷酸化(图6c)。本维莫德还抑制了IL-4/IL-13诱导的HaCaT和NHEKs中TJ蛋白表达下调(图6d,e)。另外,本维莫德对IFN-γ诱导的STAT1激活或CLDN1下调没有影响,可恢复CLDN4和OCLN的表达(图6f)。
图6:本维莫德抑制IL-4/IL-13诱导的STAT6磷酸化、TJ蛋白表达下调;
注:*P < .05, **P < .01, ***P < .001, ****P < .0001
研究结论
该研究证实,IL-4/IL-13通过Jak/STAT6信号通路下调TJ蛋白(CLDN1、CLDN4和OCLN)的表达,从而导致KCs中TJ功能损害,促进AD发展。而本维莫德可以激活AHR/ARNT通路,上调CLDN4和OCLN表达,并诱导NRF2核转位减少ROS产生,从而抑制IL-4/IL-13引起的TJ损伤和STAT6磷酸化(图6g)。研究结果显示,本维莫德在保护表皮屏障功能中有潜在作用,为其用于AD治疗提供了新的理论依据,并为开发AD治疗药物提供了重要方向。
更多精彩
参考文献:
[1]Wang X, Mao D, Jia J, Zhang J. Benvitimod Inhibits IL-4- and IL-13-Induced Tight Junction Impairment by Activating AHR/ARNT Pathway and Inhibiting STAT6 Phosphorylation in Human Keratinocytes. J Invest Dermatol. 2024 Mar;144(3):509-519.e7. doi: 10.1016/j.jid.2023.07.027. Epub 2023 Sep 20. PMID: 37734479.
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