基本原理
肺内皮通透性导致高通透性肺水肿,这是急性呼吸窘迫综合征(ARDS)的特征。循环骨形态发生蛋白9(BMP9)是肺血管稳态的重要调节因子。
简介
年12月15日,来自英国剑桥大学医学系的NicholasWMorrell博士及其团队在AmJRespirCritCareMed(IF:17.)杂志上发表名为CirculatingBMP9ProtectsthePulmonaryEndotheliumDuringInflammation-inducedLungInjuryinMice的研究[1]。本研究旨在确定内源性BMP9是否在维持肺内皮完整性中发挥作用,以及内源性BMP9的丢失是否发生在脂多糖(LPS)攻击期间。
主要方法
健康成年小鼠腹腔注射BMP9中和抗体,检测肺血管结构。在人肺内皮细胞中通过转录物分析描述了潜在的机制。在吸入性LPS诱导的小鼠急性肺损伤模型中评估了BMP9给药的影响。在脓*症患者和内*素血症小鼠的血浆中测定了BMP9的水平。
主要结果
抑制内源性BMP9会增加肺血管通透性和中性粒细胞外渗
按照图1A所示的方案,用BMP9抗体治疗的小鼠,与用对照免疫球蛋白治疗的小鼠相比,其肺中显示出明显更高水平的EB染料(图1B),尽管EB泄漏仅在较高脂多糖剂量组中观察到(图1B,脂多糖2)。肺组织的组织学显示,暴露于BMP9或脂多糖的小鼠出现明显的血管周围水肿(图1C,黑色箭头)。与终末细支气管相关的动脉形态测量证实了外膜的非细胞性扩张,这与肺中EB染料积聚的量相关(图1D)。出乎意料的是,BMP9处理的小鼠在肺泡空间显示出明显的中性粒细胞积聚,类似于脂多糖处理的动物(图1E)。为了证实BMP9抗体抑制了BMP9的活性,我们通过监测血浆BMP9在人胚肺成纤维细胞中诱导ID1基因表达的能力来检测其活性。事实上,来自BMP9处理的动物的血浆显示出BMP活性降低,其证据是与来自IgG处理的对照的血浆相比,ID1基因诱导显著降低(图1F)。
图1.中和内源性BMP9导致肺血管渗漏和中性粒细胞外渗
BMP9信号通路调节内皮细胞膜完整性和通透性相关的关键通路
为了阐明BMP9可能作为内皮保护因子的潜在机制,我们对BMP9应答的hPAECs中的整体差异基因表达进行了微阵列分析。我们使用循环形式的前结构域结合形式BMP9(前BMP9),其浓度代表在健康人血浆中测得的浓度,并暴露于hPAECs五个小时。调整后的P值以0.05的阈值作为临界值,BMP9上调了30个基因的表达,下调了85个基因。然而,上调和下调基因的调整后P值的连续变化表明,与超过该阈值的转录物相比,更多的转录物可能受到调控(图2A)。通路分析表明,BMP9调控通路包括TGFβ信号通路、细胞因子-细胞因子受体相互作用通路和Rap1信号通路。细胞成分基因本体(GO)分析显示,BMP9调节基因高度富集于质膜和细胞外空间(图E2)。如预期,BMP9增加了BMPR2和ID1的表达(图2A)。在已知调节内皮通透性的基因中,BMP9前体治疗下调了AQP1(编码水通道蛋白-1)和KDR(编码VEGFR2),上调了TEK(编码Tie2)(图2A),并通过RT-qPCR分析进一步验证了这一点(图2B)。
接下来,本研究通过从含FBS的内皮生长介质中选择性中和血清中的BMP9进行了相反的实验。获得了基因表达的相互变化,即AQP1和KDR表达的显著增加和TEK表达的减少(图2C),证明内源性血清BMP9即使在存在其他血清因子的情况下也调节这些基因。免疫印迹证实,BMP9治疗降低了VEGFR2蛋白水平(图2D)。在培养的PAECs中AQP1表达过低,蛋白质印迹法检测不明显。
图2.BMP9信号通路调控内皮细胞完整性相关基因
外源性BMP9对小鼠免受吸入LPS引起的急性肺损伤
脂多糖(LPS)的急性吸入会引发上皮细胞损伤,并导致肺血管通透性增高和损伤。为了进一步探索BMP9的潜在治疗价值,我们质疑在此类小鼠模型中给予外源性BMP9是否可预防急性肺损伤(ALI)。如预期,吸入脂多糖导致肺部炎症和充血(图3A)以及通过EB染料外渗测量到肺血管通透性增加(图3B)。通过用BMP9预处理小鼠,所有这些特征均被完全阻止。根据美国胸科协会研讨会报告的建议对肺损伤程度进行评分(图3C),并计数渗出至肺泡的中性粒细胞数量(图3D)。补充BMP9可完全防止LPS诱导的肺损伤和中性粒细胞外渗。有趣的是,在该模型中,脂多糖治疗后中性粒细胞弹性蛋白酶的血浆水平也升高,这种升高在BMP9预处理动物中被阻止(图3E),表明BMP9具有抗炎作用。为了确认靶点的作用,我们测量了肺中BMP9调节基因的变化。如预期,BMP9给药导致BMP信号传导增强,BMP9靶基因Id1和Bmpr2的mRNA表达升高即是证明(图3FG)。值得注意的是,与体外研究的结果相一致(图2),在脂多糖攻击后,Tek(Tie2)的表达显著降低,并通过BMP9处理后恢复(图3H)。此外,脂多糖治疗导致Kdr(VEGFR2)表达增加2倍,BMP9预处理可完全阻止了这种增加(图3I)。
图3.BMP9可预防吸入性LPS攻击小鼠的血管渗漏和肺损伤,涉及TEK和KDR
内*素血症时血浆BMP9受到抑制
鉴于BMP9的耗竭或补充都会影响肺血管通透性,我们质疑在人和小鼠全身炎症的情况下,循环BMP9水平本身是否降低。腹腔内LPS给药18小时后,小鼠表现出全身炎性反应,表现为血小板数量减少和肺泡中性粒细胞计数增加(图E5AB)。血浆和支气管肺泡灌洗液中的中性粒细胞弹性蛋白酶浓度均显著性升高(BALF,图E5-CD)。如假设,在该小鼠模型中,循环中BMP9水平显著性降低(图4A)。
为了进一步描述炎症期间内源性BMP9的变化,我们进行了一项时间进程研究,以跟踪内*素血症发作后小鼠BMP9的mRNA和蛋白变化。血浆BMP9水平从LPS暴露后6小时开始下降,并在24小时时间点继续下降(图4B)。在LPS暴露后3小时,肝Bmp9mRNA水平被抑制约80%(图4C),但在18小时前恢复至对照值,尽管在这些时间点血浆Bmp9水平持续下降。作为对照,我们测量了IL-6和BMP6(另一种已知在肝脏中表达的BMP)的肝脏mRNA水平,以监测炎性反应。
图4.内*素血症小鼠和脓*症患者的内源性BMP9减少
BMP9是中性粒细胞弹性蛋白酶的底物
最后,我们试图确认BMP9是否可以被NE裂解。使用纯化的重组蛋白,前BMP9可被NE有效裂解,尽管其对胰蛋白酶消化具有高度抗性(图5A)。接下来,我们质疑血浆中的NE是否有助于BMP9裂解,因为在ARDS患者中发现了启动的循环中性粒细胞(具有增加的系统脱颗粒能力),活化的中性粒细胞在脱颗粒时释放大量蛋白酶,并且在内*素血症小鼠的血浆中发现了显著较高水平的NE(图4F)。如上文所述,体外激活纯化的人外周血中性粒细胞,使其脱颗粒并向培养上清液中释放蛋白酶(图5B)。在存在或不存在一组蛋白酶抑制剂(PI)的情况下,将前BMP9与来自活化中性粒细胞的上清液一起孵育。活化的中性粒细胞上清液有效裂解BMP9,该过程被AAT和选择性NE抑制剂西维来司他(图5,CD)阻断,但未被螯合剂EDTA阻断,表明金属蛋白酶未发挥作用。总之,这些发现表明NE有助于BMP9裂解,从而引发炎症。
图5.BMP9是中性粒细胞弹性蛋白酶的底物
结论及展望
内源性循环BMP9是一种肺内皮保护因子,在炎症过程中下调。外源性BMP9为预防肺损伤中肺内皮通透性增加提供了一种潜在的治疗方法。
参考文献
1.LiWei,LongLu,YangXudongetal.CirculatingBMP9ProtectsthePulmonaryEndotheliumDuringInflammation-inducedLungInjuryinMice.[J].AmJRespirCritCareMed,,undefined:undefined.
年国自然报喜!下面的医药加学员,刚获知自己已经命中基金后,就特地来向医药加金老师报喜!再次祝贺这些学员,也感谢医药加专家教授团队的辛苦辅导!
医药加科研培训优势与特色
为帮助医药加新老学员系统掌握生物信息,基础研究,临床研究思路与技能,从而能全面,系统,迅速提升学员的科研创新能力。我们设置了20门在线实操学习班都有录制好的视频,每个班的直播档期是1-2个月一期,支付学费后,可以提前拿到录制的视频先预习,然后一年内选择任意一次直播参加(一年内保留一次直播权益),互动体验效果好!(先获得全程视频预习,再带着问题来参加直播培训)如有需要,医药加专家教授还可以提供一对一的课题指导,授人以渔!
年医药加培训年卡方案需要参加医药加科研全程视频+网络直播培训模式的学员,先了解医药加有哪些常见VIP年卡:单人VIP年卡,国青/面上基金VIP年卡,VIP团队年卡。
生信篇---详细点击下面对应课程标题,扫码咨询直播档期,支付后先获得全程培训视频,可单独报一门,也可买年卡参加全年学习班
单细胞测序数据分析与课题设计研讨会-08-21RNA甲基化(m6A)数据分析与课题设计,中科院专家两天时间手把手教你!-08-12全转录组高通量数据挖掘与疾病表型关联分析-从入门到精通8晚训练营R语言数据分析实战技术网络学习班(理论+实操+视频回放),专家授课指导!-07-28TCGA,GEO生信高通量数据挖掘精讲班(三天zoom会议+视频回放),专家互动指导!-07-18中药网络药理学的研究策略与实用技能班(增加一晚的分子对接课程)-08-26多组学数据整合分析挖掘(网络精讲班),专家授课,互动指导!-08-24
基础篇---详细点击下面对应课程标题,扫码咨询直播档期,支付后先获得全程培训视频,可单独报一门,也可买年卡参加全年学习班
将召开第15期CRISPR基因编辑技术与动物建模学习班-10-12cell级别的机制图轻松搞定!让科研专家秦老师来教你-09-29国自然热点:肠道菌群与代谢组学课题设计网络精讲班,(网络会议+视频回放),四位专家来教你!-09-18国自然热点:非编码RNA与外泌体研究策略与课题设计网络班-09-国自然基金标书撰写课题构思辅导班-10-06
临床研究篇---详细点击下面对应课程标题,扫码咨询直播档期,支付后先获得全程培训视频,可单独报一门,也可买年卡参加全年学习班
临床科研方法与论文写作能力提升大师班训练营(整体训练+方案指导)-10-02临床预测模型构建与临床资料挖掘网络精讲班-08-24回顾性临床研究从入门到精通训练营全国实用医学统计与SCI作图(网络)精讲班预览时标签不可点收录于话题#个上一篇下一篇