《Nature Communications》：Conditional BCL-2 Expression in Fibroblasts Promotes Persistent Pulmonary Fibrosis which is Reversible by Therapeutic BCL-2 Inhibition
編輯推薦：
特發(fā)性肺纖維化(IPF)是進(jìn)行性、致命性的肺部疾病。本研究旨在探索成纖維細(xì)胞凋亡抵抗導(dǎo)致纖維化持續(xù)的內(nèi)在機(jī)制。研究人員通過誘導(dǎo)成纖維細(xì)胞條件性表達(dá)抗凋亡蛋白BCL-2，成功構(gòu)建了持續(xù)性肺纖維化模型，并發(fā)現(xiàn)特異性BCL-2抑制劑ABT-199可重新啟動(dòng)成纖維細(xì)胞凋亡，促進(jìn)纖維化消退與肺修復(fù)。該研究為逆轉(zhuǎn)持續(xù)性肺纖維化提供了新的治療靶點(diǎn)。
健康的肺組織擁有強(qiáng)大的自我修復(fù)能力，當(dāng)遭遇損傷時(shí)，一系列細(xì)胞會(huì)被激活來清理“廢墟”并重建“家園”。在這個(gè)過程中，一種叫做成纖維細(xì)胞的“修復(fù)工人”會(huì)被募集到損傷部位，分泌細(xì)胞外基質(zhì)來填補(bǔ)缺口。一旦修復(fù)任務(wù)完成，這些成纖維細(xì)胞便會(huì)通過程序性死亡（細(xì)胞凋亡）的方式被及時(shí)清除，以免“過度建設(shè)”。然而，在某些慢性肺部疾病中，這個(gè)精妙的平衡被打破了。特發(fā)性肺纖維化(IPF)就是一種典型的、進(jìn)行性加重的致命性肺病，其核心特征就是在反復(fù)的肺泡上皮損傷后，肺內(nèi)積累了越來越多拒絕“下班”的成纖維細(xì)胞。這些細(xì)胞不僅頑固存活，還持續(xù)分泌大量瘢痕樣的細(xì)胞外基質(zhì)，導(dǎo)致肺部逐漸被無功能的“疤痕”組織侵占，呼吸功能不可逆地喪失。為什么這些成纖維細(xì)胞在IPF患者的肺中變得如此“長(zhǎng)壽”且“頑固”？阻止它們凋亡的關(guān)鍵分子開關(guān)是什么？如果關(guān)掉這個(gè)開關(guān)，能否讓已經(jīng)形成的頑固“疤痕”軟化甚至消失？這正是本研究試圖回答的核心問題。
研究人員為開展此項(xiàng)研究，主要運(yùn)用了以下關(guān)鍵技術(shù)方法：首先，他們構(gòu)建了在PDGFRα+成纖維細(xì)胞中條件性過表達(dá)人類BCL-2蛋白的轉(zhuǎn)基因小鼠模型，用以模擬成纖維細(xì)胞的凋亡抵抗?fàn)顟B(tài)。其次，通過對(duì)人類IPF患者和對(duì)照者的肺組織樣本進(jìn)行空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析，在病理區(qū)域內(nèi)定位了特定細(xì)胞類型的基因表達(dá)特征。最后，在動(dòng)物模型中，使用選擇性BCL-2抑制劑ABT-199進(jìn)行體內(nèi)治療，并綜合運(yùn)用組織學(xué)、分子生物學(xué)及細(xì)胞功能學(xué)等多種技術(shù)評(píng)估纖維化程度和細(xì)胞表型的變化。
Conditional BCL-2 expression in fibroblasts leads to persistent pulmonary fibrosis
為了回答成纖維細(xì)胞凋亡抵抗是否足以驅(qū)動(dòng)持續(xù)性纖維化，研究人員構(gòu)建了在PDGFRα+成纖維細(xì)胞中特異性表達(dá)人BCL-2蛋白的小鼠模型。在誘導(dǎo)肺損傷后，與對(duì)照組小鼠的纖維化能夠自發(fā)消退不同，BCL-2過表達(dá)小鼠的肺纖維化持續(xù)存在。組織學(xué)分析顯示，這些小鼠的肺部存在大量活化的α-平滑肌肌動(dòng)蛋白(α-SMA)+的肌成纖維細(xì)胞和細(xì)胞外基質(zhì)過度沉積。這表明，特異性阻止成纖維細(xì)胞凋亡足以破壞損傷后的組織穩(wěn)態(tài)修復(fù)程序，導(dǎo)致病理性纖維化的持續(xù)存在。
BCL-2-expressing fibroblasts in fibrosis exhibit a senescent and pro-fibrotic phenotype
那么，這些因BCL-2過表達(dá)而“長(zhǎng)生不老”的成纖維細(xì)胞具有何種特性？深入分析顯示，在纖維化持續(xù)存在的肺組織中，這些成纖維細(xì)胞高表達(dá)細(xì)胞衰老相關(guān)標(biāo)志物（如p16Ink4a、p19Arf和衰老相關(guān)分泌表型SASP因子）。同時(shí)，它們表現(xiàn)出更強(qiáng)的促纖維化基因表達(dá)特征。這表明，BCL-2介導(dǎo)的凋亡抵抗不僅讓成纖維細(xì)胞存活下來，更使其進(jìn)入一種衰老且持續(xù)活化的促纖維化狀態(tài)， actively 驅(qū)動(dòng)病理進(jìn)程。
Spatial transcriptomics identifies senescent, BCL-2highmyofibroblasts in human IPF lungs
動(dòng)物模型的發(fā)現(xiàn)是否與人類疾病相關(guān)？通過對(duì)人類IPF患者肺組織進(jìn)行空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析，研究人員在纖維化病灶內(nèi)鑒定出了一個(gè)獨(dú)特的細(xì)胞群。這群細(xì)胞高表達(dá)肌成纖維細(xì)胞標(biāo)志物ACTA2(編碼α-SMA)和抗凋亡蛋白BCL-2，同時(shí)高表達(dá)衰老相關(guān)基因。這直接在人類疾病中證實(shí)了存在一群BCL-2高表達(dá)、衰老狀態(tài)的肌成纖維細(xì)胞，它們很可能就是驅(qū)動(dòng)IPF中纖維化持續(xù)不退的關(guān)鍵細(xì)胞。
Therapeutic BCL-2 inhibition with ABT-199 reverses persistent fibrosis and promotes lung repair
最關(guān)鍵的問題是，靶向BCL-2能否逆轉(zhuǎn)已形成的持續(xù)性纖維化？研究人員在已建立持續(xù)性纖維化的小鼠模型中使用選擇性BCL-2抑制劑ABT-199進(jìn)行治療。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，ABT-199處理能有效重新激活成纖維細(xì)胞中的凋亡通路，顯著減少肺組織中活化的肌成纖維細(xì)胞和衰老細(xì)胞的數(shù)量。更重要的是，治療不僅阻止了纖維化進(jìn)展，還顯著促進(jìn)了已有纖維化的消退和肺泡結(jié)構(gòu)的再生，改善了肺功能。這證明，靶向成纖維細(xì)胞的BCL-2依賴的生存通路，是一種有望逆轉(zhuǎn)（而非僅僅延緩）肺纖維化的治療策略。
本研究得出結(jié)論，成纖維細(xì)胞中持續(xù)的BCL-2表達(dá)是破壞肺損傷后穩(wěn)態(tài)修復(fù)、導(dǎo)致纖維化持續(xù)不退的一個(gè)關(guān)鍵機(jī)制。它通過抑制成纖維細(xì)胞的凋亡，使其累積并轉(zhuǎn)化為衰老、促纖維化的狀態(tài)。對(duì)人類IPF樣本的分析證實(shí)了BCL-2高表達(dá)的衰老肌成纖維細(xì)胞存在于病變區(qū)域， bridging了小鼠模型與人類疾病。最具轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)意義的是，特異性BCL-2抑制劑ABT-199能夠重新啟動(dòng)這些“頑固”細(xì)胞的凋亡程序，從而減少衰老細(xì)胞、促進(jìn)已形成的纖維化消退和肺組織修復(fù)。這項(xiàng)工作不僅深化了對(duì)持續(xù)性肺纖維化發(fā)病機(jī)制的理解，更重要的是，它確立了成纖維細(xì)胞的BCL-2作為一個(gè)潛在的治療靶點(diǎn)，為開發(fā)能夠逆轉(zhuǎn)IPF等慢性纖維化疾病的療法提供了新的方向和強(qiáng)有力的臨床前證據(jù)。該研究成果發(fā)表于《Nature Communications》期刊。
