Cell Death Dis︱袁凤来团队发现ASIC3和巨噬细胞调节皮肤纤维化新机制

撰文︱吴俊杰

责编︱王思珍

编辑︱查佳雪

皮肤纤维化组织病理上主要表现为成纤维细胞过度增殖活化及分泌胶原组织的异常堆积，增生性瘢痕和瘢痕疙瘩是皮肤纤维化中比较重要的两种疾病,它们的发病机制不明,且治疗效果不佳。患者可伴有局部瘙痒、疼痛并可发生挛缩，严重影响病人的功能和外观，造成患者的生理和心理健康障碍[1]。临床上多数治疗效果不尽如人意，这与其明确发病机制缺乏相关[2]。因此，丰富皮肤纤维化的分子机制并筛选出新的治疗靶点，对其有效预防与治疗具有重要意义。

2022年6月06日，江南大学附属医院袁凤来课题组在Cell Death & Disease上发表了题为“The ASIC3-M-CSF-M2 macrophage-positive feedback loop modulates fibroblast-to-myofibroblast differentiation in skin fibrosis pathogenesis” 的研究。该研究发现在皮肤纤维化组织中存在酸感离子通道3 （acid-sensing ion channel 3，ASIC3），进一步通过细胞因子抗体阵列和RNA-seq等方法揭示了成纤维细胞ASIC3激活通过 PI3K/AKT信号通路促进M-CSF分泌增加，从而导致M2巨噬细胞极化并分泌TGF-β1，介导成纤维细胞向肌成纤维细胞分化机制，为临床治疗皮肤纤维化提供新的实验证据。

酸感应离子通道（ASICs）是外周组织中主要的细胞外酸传感器，并作为细胞膜上的配体门控离子通道能够感受细胞外pH下降[3]。作者团队之前发现，ASIC1a是骨细胞中一种重要的细胞外酸传感器，有助于软骨细胞凋亡和破骨细胞生，ASIC3 在关节组织中的成纤维细胞样滑膜细胞中充当pH传感器，在皮肤成纤维细胞是否受调控一直未知 [4]。因此探索了ASICs在皮肤纤维化中的机制。本研究中，评估了ASIC3在增生性瘢痕、瘢痕疙瘩及正常皮肤的组织中的表达差异，发现ASIC3在皮肤纤维化组织中相比于正常皮肤表达增加（图1c-e）。作者进一步通过原代培养成纤维细胞，发现增生性瘢痕和瘢痕疙瘩衍生的成纤维细胞中的ASIC3表达水平与组织保持一致（图1f）。这些结果表明ASIC3作为一种酸传感器来感知皮肤炎症的酸性环境，ASIC3的增加可能与纤维化皮肤有因果关系。

图1 ASIC3高表达与肥厚性瘢痕和瘢痕疙瘩的皮肤纤维化相关

（图源：Wu JJ, et al., Cell Death Dis, 2022）

先前的研究表明，ASIC3是炎症性疼痛发展的关键分子。前期实验结果发现激活成纤维细胞ASIC3并不会导致其向肌成纤维细胞分化。然而，当激活成纤维细胞ASIC3同时与巨噬细胞共培养时，检测发现肌成纤维细胞标志物α-SMA（平滑肌肌动蛋白）及细胞基质指标增加，表明成纤维细胞向肌成纤维细胞分化增多。与此同时，发现了共培养体系中M2型巨噬细胞表面标志物CD206表达增加，M1型巨噬细胞表面标志物CD86表达则没有统计学差异，说明激活成纤维细胞ASIC3后共培养体系中的巨噬细胞发生了M2极化。作者推测ASIC3激活对巨噬细胞极化的影响可能是成纤维细胞通过分泌某种细胞因子的产生来影响巨噬细胞的募集与极化。为此团队通过细胞因子抗体阵列，分析ASIC3激活对80种常见细胞因子/趋化因子表达的潜在影响。发现MCP-1、M-CSF、MIF、OPN、OPG 和 TIMP-2 的表达增加（图2d），并通过实验验证了M-CSF是受影响最大的细胞因子（图2f）。以上数据证明成纤维细胞ASIC3激活后M-CSF分泌增加诱导巨噬细胞的M2极化。

图2 ASIC3的激活诱导成纤维细胞分泌M-CSF

（图源：Wu JJ, et al., Cell Death Dis, 2022）

为了进一步研究成纤维细胞ASIC3受体激活后促进M-CSF分泌的分子机制，作者对加入GMQ（ASIC3激动剂）处理和不处理的成纤维细胞进行了转录组分析，通过GO富集分析及KEGG通路分析发现PI3K/AKT信号通路参与调控。通过qRT-PCR、蛋白免疫印迹及ELISA实验证明M-CSF的分泌受ASIC3调控，当抑制PI3K/AKT信号通路后，M-CSF的表达下调，进而减少M2巨噬细胞极化发生（图3）。为什么激活成纤维细胞ASIC3与巨噬细胞共培养时其向肌成纤维细胞分化增加？作者团队通过检测发现共培养后TGF-β1含量增加。TGF-β1对正常的成纤维细胞的表型转化起关键作用，通过阻断TGF-β1发现成纤维细胞向肌成纤维细胞分化明显减少，提示M2型巨噬细胞通过分泌TGF-β1促进成纤维细胞向肌成纤维细胞分化。这些数据表明在皮肤纤维化中ASIC3激活通过PI3K/AKT通路调控M-CSF分泌，揭示了ASIC3-M-CSF-M2巨噬细胞-正馈回路在皮肤纤维化中的发病机制。

图3 ASIC3-M-CSF-M2巨噬细胞-正馈回路在皮肤纤维化中的发病机制。

（图源：Wu JJ, et al., Cell Death Dis, 2022）

文章结论与讨论，启发与展望

综上所述，该研究表明ASIC3在增生性瘢痕和瘢痕疙瘩的组织及其衍生的成纤维细胞中的表达增加，通过分析纤维化α-SMA(平滑肌肌动蛋白)和ECM(细胞外基质)相关指标,表明ASIC3表达与增生性瘢痕和瘢痕疙瘩中的胶原沉积呈正相关,阐明ASIC3激活促进皮肤纤维化进展的临床意义。在此基础上，进一步通过转录组分析揭示了皮肤组织来源成纤维细胞ASIC3激活通过PI3K/AKT信号通路调控M-CSF分泌增加并与巨噬细胞Crosstalk，促进巨噬细胞M2型极化发生从而导致TGF-β1含量增多，最终介导成纤维细胞向肌成纤维细胞分化机制和生物学意义。此外，皮肤纤维化是个复杂过程涉及炎症、修复、再生等。其中需要多种细胞参与。随着单细胞测序和空间转录组的发展，细胞的亚型得到新的维度的区分。具体的成纤维细胞亚型发挥作用及ASIC3的激活是否特异性促进循环或组织驻留巨噬细胞的极化尚不清楚，还需要进一步探究。

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41419-022-04981-9

第一作者吴俊杰（右三），第一作者孙子荔（左一），通讯作者袁凤来研究员（右四）

（照片提供自：江南大学附属医院袁凤来课题组）

人才招聘

往期文章精选

参考文献（上下滑动阅读）

1，蔡明达, 胡大海, 刘佳琦. 增生性瘢痕防治的研究进展. 中国医药导报.2015. 12(35): 31-34.

2，Khalid F A, Mehrose M Y, Saleem M, et al. Comparison of efficacy and safety of intralesional triamcinolone and combination of triamcinolone with 5-fluorouracil in the treatment of keloids and hypertrophic scars: Randomised control trial[J]. Burns, 2019, 45(1): 69-75.3，Couch T, Berger K, Kneisley DL, McCullock TW, Kammermeier P, Maclean DM.

3，Couch T, Berger K, Kneisley D L, et al. Topography and motion of acid-sensing ion channel intracellular domains[J]. Elife, 2021, 10: e68955.

4.Yuan F L, Chen F H, Lu W G, et al. Acid-sensing ion channels 3: a potential therapeutic target for pain treatment in arthritis[J]. Molecular biology reports, 2010, 37(7): 3233-3238.

本文完