circRNA在矽肺炎症和肺纤维化进程中的作用

      东南大学医学院巢杰教授课题组主要研究方向为肺炎和肺纤维化的机理机制的研究。该课题组利用Arraystar CircRNA芯片研究发现circRNA circHECTD1通过HECTD1/ZC3H12A依赖的泛素化介导SiO2诱导的矽肺中巨噬细胞活化,释放相关炎性因子和纤维化因子,继而影响矽肺纤维化的进程,结果表明circHECTD1/ ZC3H12A/HECTD1可能是矽肺炎症和纤维化的有效干预靶点。该研究成果发表在课题组在国际知名学术期刊Theranostics(影响因子8.766)(芯片实验由康成提供技术服务) 


研究背景: 
      矽肺是由于长期吸入游离二氧化硅(SiO2)粉尘所引起的以肺组织持续慢性炎症、进行性肺纤维化为主,并伴有全身系统性炎症为特征的全身性疾病。矽肺一旦发生,肺损伤呈进行性发展,即使停止粉尘暴露,肺部病变依然进展,导致肺功能障碍,呼吸衰竭,甚至死亡。由于对矽肺的发病机制知之甚少,因此发现矽肺早期诊断分子标志物以及干预肺纤维化进程的靶标已成为迫切需要解决的问题。 
      CircRNA是一类具有闭合环状结构的非编码RNA,在发育、细胞功能和特定的病理学应答中比如癌症生物学中起到非常重要的作用。circRNA可以作为microRNA海绵竞争性结合miRNA,从而来调控基因表达。研究circRNA和它们参与疾病发生发展的机理机制以及为临床诊断及治疗提供靶点已经变得越来越重要。


研究思路: 
      本研究着重于研究SiO2吸入引起肺部细胞激活,释放的细胞因子和化学趋化因子,参与炎症反应和肺纤维化的过程及其机制,为了研究circRNA在这一过程及机制中的作用,研究者运用Arraystar Mouse circRNA芯片研究SiO2诱导的小鼠矽肺模型的肺组织和生理盐水处理的正常小鼠的肺组织的circRNA差异表达谱,筛选出120个差异表达的circRNA(其中73个circRNA上调,47个circRNA下调),结合实验室前期研究,差异表达的circHECTD1的宿主基因HECTD1可以通过泛素化参与SiO2诱导的矽肺的炎症反应和肺纤维化, 因此将circ HECTD1作为重点研究。 
      qRT-PCR研究发现,circHECTD1在SiO2诱导的肺巨噬细胞中表达显著下调。circHECTD1慢病毒转染巨噬细胞系后研究细胞活力和迁移率,发现转染后,circHECTD1可以减弱SiO2诱导的巨噬细胞活化及迁移率上升,因此推断circHECTD1可以介导SiO2诱导的巨噬细胞的活化。随后通过RIP研究发现转录因子ZC3H12A可以和circHECTD1相互作用介导这一活化的过程。通过WB及qRT-PCR研究发现circHECTD1的宿主基因HECTD1的mRNA水平和蛋白水平在SiO2诱导的肺巨噬细胞中明显上调,同时circHECTD1慢病毒转染巨噬细胞系中,HECTD1 mRNA水平不受影响,但是蛋白表达明显被抑制,HECTD1 CRISPR激活质粒ACT和酶切抑制质粒NIC表明,HECTD1可以影响SiO2诱导的巨噬细胞的表型变化和细胞活力,同时通过免疫沉淀研究发现,ZC3H12A也可以和HECTD1相互作用参与这一过程。作者通过研究ACT和NIC巨噬细胞上清液加到成纤维细胞,测定其迁移率和细胞活力,发现SiO2诱导后,HECTD1表达上调,同时影响成纤维细胞活化及迁移。以上研究表明circHECTD1经ZC3H12A介导的泛素化,影响下游HECTD1的表达,参与肺泡巨噬细胞极性转化,释放相关炎性因子和至纤维化因子,最终加速纤维化过程。最后作者测定了HECTD1在临床矽肺患者的支气管肺泡灌洗液中巨噬细胞中表达量,发现其明显上调,且与巨噬细胞标志物F4/80共定位,推断HECTD1可能是矽肺炎症和纤维化的有效干预靶点。 


技术路线:


结果展示:

图1:circRNA芯片筛选小鼠肺组织中差异表达circRNA进行聚类、火山图和散点图分析

图2:circHECTD1在SiO2诱导的肺巨噬细胞中表达下调, 可以和ZC3H12A互作介导SiO2诱导的肺巨噬细胞活化

图3:HECTD1在SiO2诱导的肺巨噬细胞中表达上调,circHECTD1可以通过HECTD1/ZC3H12A泛素化介导SiO2诱导的肺巨噬细胞的活化,促进肺纤维化

图4:circHECTD1宿主基因HECTD1在矽肺患者中高表达,可能是矽肺炎症和纤维化的有效干预靶点


研究意义 
      本研究运用Arraystar CircRNA 芯片研究circRNA在SiO2诱导的矽肺炎症反应和肺纤维化过程中的机理机制。研究发现circHECTD1可以和ZC3H12A相互作用介导SiO2诱导的巨噬细胞的活化,研究还发现circHECTD1的宿主基因HECTD1可以影响SiO2诱导的巨噬细胞的活化及成纤维细胞活化和迁移,同时ZC3H12A也可以和HECTD1相互作用参与这一过程。以上研究表明circHECTD1经ZC3H12A介导的泛素化,影响下游HECTD1的表达,参与肺巨噬细胞极性转化,释放相关炎性因子和纤维化因子,加速纤维化过程。临床验证发现HECTD1在临床矽肺患者的支气管肺泡灌洗液中巨噬细胞中表达明显上调,且与巨噬细胞标志物F4/80共定位,表明HECTD1可以为矽肺炎症和纤维化的临床诊断及治疗提供靶点。


作者简介 
巢杰:东南大学医学院,教授、博士生导师,Nature出版集团旗下期刊Scientific Reports编委会成员,2015年度江苏省“六大人才高峰”高层次人才,美国毒理学会(Society of Toxicology,SOT)和美国生理学会(American Physiological Society,APS)会员。主要研究方向是肺部炎症及肺纤维化机制的基础研究和临床研究,以通讯作者在Cell Death Dis、Front Behav NeurosciS、Cell Physiol Biochem、Theranostics等发表SCI论文数百余篇,SCI他引数千余次。


原文出处 
circRNA Mediates Silica-Induced Macrophage Activation Via HECTD1/ZC3H12A-Dependent Ubiquitination. Theranostics. 2018.



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