银屑病是一种免疫介导的皮肤病,影响世界人口的约2-3%。银屑病*显著的特征是皮肤病变,其表现为表皮细胞过度增殖和异常分化的区域,以及免疫功能的改变和皮肤血管化的增强。银屑病是一种复杂的病理学,为了确定导致疾病发展的关键分子改变,人们对其进行了积极的研究。随着时间的推移,该疾病的中心范式从角质形成细胞特异性改变转变为银屑病皮肤中的脂质改变,从免疫细胞群改变转变为屏障异常或皮肤微生物组的改变。对银屑病相关细胞因子和免疫特性的深入研究,在认识到病理是由Th17免疫细胞过度激活以及免疫特性的其他改变所驱动方面取得了重要突破。因此,开发了一种新的治疗方法——“生物药物”,如针对TNFa或白介素阻滞剂的抗体(ustekinumab、secukinumab、ixekizumab、guselkumab)。然而,角质细胞似乎是疾病的重要中间体,不仅负责可见的皮肤表现和结构变化,还参与许多银屑病相关细胞因子、趋化因子和抗菌分子(IL-1α、IL-1β、IL-6、IL-8、IL-23、TNF-α、S100A8、S100A 9)的产生。角质形成细胞改变的疾病小鼠模型强调了角质形成的作用,如组成性活性Stat3表达、诱导性S100A7/A15过表达或导致银屑病样表型的Jun蛋白的诱导性表皮缺失。此外,最近对与疾病发展相关的CARD14突变的研究强调了角质形成细胞信号在病理学中的重要性。不应低估角质形成细胞在银屑病皮肤表现中的作用-这类细胞能够产生许多银屑病相关的细胞因子、趋化因子和抗菌分子,在疾病进展过程中介导免疫细胞主动迁移到病变部位。此外,即使在成功治疗和疾病稳定缓解后,前病变区域的皮肤细胞仍以基因表达改变为特征,即疾病的“分子疤痕”。如果通过角质形成细胞增殖和迁移的异常激活以及ECM重塑和伤口愈合的改变来表征银屑病,则发现其与上皮-间充质转化(EMT)的终点相似。EMT是导致上皮细胞表型和生理变化的一系列分子改变。EMT的一个定义特征是分化的上皮细胞的转分化,导致上皮表型和细胞极性的丧失,从而获得间充质表型。它广泛发生在癌症侵袭和转移、炎症应激以及伤口愈合和胚胎发育等正常生理过程中。EMT转换是否在银屑病中起任何作用是一个重要的问题。最近的研究表明,许多EMT标志物的特征是银屑病角质形成细胞中的表达谱改变(即波形蛋白(VIM)、纤维连接蛋白(FN)、纤溶酶原激活物抑制剂1(SERPINE1)、细胞角蛋白10(KRT10)等)。促炎细胞因子和趋化因子基因表达以及角质形成细胞增殖的主要调节因子之一是转录因子AP-1。表皮中AP-1蛋白(JUN、JUNB、JUND、FOS、FOSB、FRA1、FRA2)的表达模式因表皮层和角质形成细胞的分化状态而异,这意味着AP-1在角质形成细胞增殖和分化的调控中起着重要作用。敲除小鼠角质形成细胞中AP-1超家族的各种成员导致表皮稳态的破坏。例如,JunB−/− 小鼠的特征是IL-6和G-CSF的表皮生成增加、皮肤溃疡和伤口愈合受损,而Jun和JunB可诱导表皮失活的小鼠出现银屑病表型等。作者先前的研究表明,FRA1是银屑病患者病变皮肤中*明显的过表达AP-1蛋白。该蛋白广泛与不同类型的癌症相关,最近的研究表明,它是大肠细胞和前列腺上皮细胞中EMT相关基因表达的重要调节器。为了评估FRA1介导的转录调控在银屑病角质形成细胞中的重要性,作者创建了FRA1过表达角质形成的细胞系HaCaT-F,并评估了它们的银屑病相关特征。
为了评估银屑病患者皮肤中FRA1 mRNA和蛋白的丰度,我们对银屑病的10对病变和非病变皮肤样品中FRA1的表达进行了qPCR分析(图1a),并对5对活检组织进行了免疫组织化学分析(图1b)。分析表明,与非病变皮肤样品相比,所有分析的病变样品中FRA1的mRNA和蛋白水平升高。
图1.银屑病患者病变皮肤中FRA1过表达。使用qPCR评估相同患者的病变和非病变皮肤中FRA1的表达。a、 与相同患者的非病变皮肤样品相比,病变皮肤中FRA1基因的表达(平均值 ± 标准差,p < 0.05)b.银屑病皮肤病变和非病变活检中FRA1蛋白丰度的免疫组织化学分析。左面板–针对磷酸-FRA1的抗体;右图–针对非磷酸FRA1的抗体(5对皮肤的代表性照片)。
在先前的研究[GSE78023,15]中,我们对来自银屑病患者病变和非病变皮肤的14对活检组织进行了RNA序列分析,并鉴定了1564个差异表达基因(Fold Change ≥ 1.5,FDR < 0.05). 使用MetaCore软件,作者对差异表达的基因进行了途径富集分析,然后鉴定了富集途径的转录调控因子。
在富含FRA1靶基因的途径(通过公布的数据确定)中,我们选择了与角质形成细胞增殖、迁移和炎症发展相关的途径(表1)。因此,通路分析使我们能够识别角质形成细胞中表达的导致疾病的基因,并可直接或间接受FRA1调节。我们根据银屑病相关功能将其分为标记组:1)增殖/分化(KRT10,KRT16;VIM;MMP-12;MMP-1;MMP-2);上皮-间充质转换(EMT)(SLUG;SERPINE1;FN1;VIM;MMP-12;MMP-1;MMP-2);炎症(TNFa,IL-8;MMP-12;MMP-1;MMP-2)。
表1.*级FRA1介导的过程,对银屑病很重要(用GSE78023的表达数据丰富MetaCore途径数据库)。
3.FRA1诱导的过度表达导致与角质形成细胞的炎症、增殖和EMT相关的基因标记的激活根据已发表的数据,用促炎细胞因子如IL-1、IL-17、IFNg、TNFa刺激角质形成细胞会导致FRA1介导的转录调控的激活。所有炎症标志基因均表现为FRA1过表达细胞(TNFa,促炎细胞因子和免疫细胞的重要调节因子以及角质形成细胞的激活剂;IL8,由角质形成细胞产生的促炎细胞因子,中性粒细胞和T淋巴细胞的趋化性,MMP-1,-2和-12,将细胞因子和趋化因子的前体形式加工成活性促炎形式的MMPs)。除VIM(中间丝家族的成员,通常在间充质来源的细胞中表达)外,所有介导角质形成细胞EMT的分析基因均在HaCaT-F细胞(SLUG(SNAI2))中过表达,SLUG(SNAI2)是发育过程中上皮-间充质转化的调节因子和E-钙粘蛋白的转录抑制因子;SERPINE1(PAI-1),负调节纤溶酶依赖性基质降解,保留基质支架,促进角质形成细胞运动;FN1,一种参与细胞粘附和迁移过程的糖蛋白,包括胚胎发生、伤口愈合、凝血、宿主防御和转移)。考虑到IL-17是主要的银屑病相关细胞因子之一,我们已经评估了HaCaT-F细胞产生IL-17蛋白的水平。与WT角质形成细胞相比,FRA1过表达的角质形成细胞显示出IL-17蛋白产量升高。4.FRA1是角质形成细胞中MMP表达和活性的激活剂
5.FRA1刺激角质形成细胞运动和伤口愈合
FRA1在mRNA和蛋白质水平的指示性银屑病表现部位的角质形成细胞中过度表达 - 银屑病斑块(图1)。HaCaT角质形成细胞系中FRA1的诱导过表达诱导炎症(IL-8和TNFa),增殖和去分化(下调KRT10,上调CK16和MMP)标志物的表达升高,并达到模拟上皮到间充质转化的状态(SLUG,SERPINE1,FN1,MMP升高)(图2)。
图 2.提出的FRA1参与银屑病斑块发展的各个步骤的模型。FRA1在银屑病角质形成细胞中的过表达可以通过多种方式诱导银屑病斑块的发展:通过增强角质形成细胞增殖和抑制细胞分化;通过促炎细胞因子和趋化因子的产生增加;通过升高的ECM,基底膜和血管壁重塑,随之而来的促炎背景中免疫细胞的迁移;并且,通过逐渐获得细胞的EMT表型。
总之,该研究为将FRA1*定为角质形成细胞中银屑病相关表型的调节因子提供了支持。FRA1的过度表达导致角质形成细胞的活化、炎症的放大以及增殖,并导致银屑病斑块的形成。银屑病患者皮肤中FRA1过度表达的确切原因仍有待研究,但开发FRA1调节局部治疗剂可能是治疗皮肤银屑病表现的一种有前景的方法。
上述炎症分析,在免疫荧光,蛋白质印迹实验过程中,用到一抗TNF alpha 抗体(#orb11495,Biorbyt)。