整合素/ILK/PI3K通路介导的EMT在矽肺纤维化中的作用及机制研究

【作者】 李海斌； 关毅； 周强； 赵英政； 李宁； 王永恒； 刘楠； 司学哲； 徐浩； 吕之豪； 姚三巧；

【机构】 华北理工大学公共卫生学院； 新乡医学院公共卫生学院；

【摘要】 目的:探讨整合素/ILK/PI3K通路介导的上皮间质转化在矽肺纤维化中的组作用及其机制。方法:拟采集矽肺患者和健康志愿者晨起外周静脉血,分离外周血单核淋巴细胞,采用高通量全转录组测序方法获得研究对象RNA转录本信息,筛选差异基因,采用生物信息学技术,分析矽肺EMT过程的可能信号调控通路和中枢基因,从矽肺动物模型探讨整合素/ILK/PI3K通路介导的EMT在二氧化硅致矽肺纤维化中的作用及机制。结果:1.从静脉血样本共鉴定出80813个基因,对鉴定出的基因进行了组间比较,确定了1915个差异表达m RNAs(DEm RNAs),其中有987个上调,928个下调。2.采用GO和KEGG分析探讨DEm RNAs在矽肺发病机制中的潜在作用,发现1915个DEm RNAs主要参与矽肺发生的三个信号通路上:JAK-STAT通路、Wnt通路和细胞粘附分子通路。3.把1915个DEm RNAs中参与JAK-STAT、Wnt和局灶性粘附途径的m RNA构建PPI网络,经网络拟合分析,PI3K、ITGB1和ILK三个基因被鉴定为可能在矽肺发病中起主导作用的中枢基因。4.利用KEGG富集分析得到的信号通路研究了PI3K、ITGB1和ILK在矽肺发病中的作用,发现30条信号通路同时涉及PI3K、ITGB1和ILK,在这些途径中,JAK-STAT信号途径、Wnt信号途径和细胞粘附分子的差异性最大,矽肺纤维化可能信号调控通路主要有JAK-STAT信号通路、Wnt信号通路和细胞粘附分子信号通路。5.采用GSEA分析评估PI3K、ITGB1和ILK对JAK-STAT信号通路、Wnt信号通路和细胞粘附分子的调节作用,发现PI3K、ITGB1和ILK对JAK-STAT信号通路、Wnt信号通路和细胞粘附分子的富集分数均具有统计学意义,表明PI3K、ITGB1和ILK可能通过JAK-STAT、Wnt和细胞粘附分子参与矽肺的发病。6.建立矽肺动物模型,病理切片HE染色观察显示,28天,对照组大鼠肺组织结构正常,周围有少量炎性细胞浸润;模型组大鼠肺组织内有大量炎细胞浸润,并出现了典型的细胞性结节;Echistatin去整合素组和BYL-719 PI3K抑制剂组纤维化程度减轻,未见矽结节,但仍有炎症细胞浸润,肺泡间隔增宽等现象。56天,对照组大鼠肺组织结构正常;模型组大鼠肺组织内有大量炎细胞浸润,并出现了典型的细胞性结节,部分结节中纤维组织增多,细胞成分减少,转变为矽结节,部分视野可见矽结节融合;Echistatin干预组和BYL719干预组大鼠肺组织内均可见普遍地炎细胞浸润现象,纤维化病变程度均较轻。病理切片Masson染色观察显示,28天,对照组大鼠肺组织结构正常;模型组大鼠肺组织内有大量炎细胞浸润,并出现了典型的结节,结节以细胞为主;Echistatin去整合素组和BYL-719 PI3K抑制剂组肺组织内未见矽结节,出现肺泡间隔增宽,肺泡间隔中可见纤维组织浸润等现象,但程度较模型组轻。56天,对照组大鼠肺组织结构正常;模型组大鼠肺组织内有大量炎细胞浸润,并出现了典型矽结节,结节有增大、增多、聚集靠拢等现象,结节中细胞成分减少,纤维组织增多,呈同心圆状排列;Echistatin干预组和BYL719干预组大鼠肺组织内纤维化程度减轻,未见矽结节,肺泡间隔增宽,肺泡间隔中可见纤维组织浸润等现象。7.经方差分析,给药28天后,实验各组大鼠肺组织内整合素/ILK/PI3K通路关键蛋白含量比较差异具有统计学意义(FITGB1=2122.98,PITGB1<0.0001;FILK=1272.53,PILK<0.0001;FPI3K=1430.31,PPI3K<0.0001);给药56天后,实验各组大鼠肺组织内整合素/ILK/PI3K通路关键蛋白含量比较差异具有统计学意义(FITGB1=1513.43,PITGB1<0.0001;FILK=126.31,PILK<0.0001;FPI3K=2030.01,PPI3K<0.0001)8.经方差分析,给药28天后,实验各组大鼠肺组织内上皮间质转化标志蛋白含量比较差异具有统计学意义(FE-cadherin=3635.34,PE-cadherin<0.0001;FVIM=931.74,PVIM<0.0001;Fα-SMA=2924.20,Pα-SMA<0.0001;FMMP-2=1181.99,PMMP-2<0.0001);给药56天后,实验各组大鼠肺组织内上皮间质转化标志蛋白含量比较差异具有统计学意义(FE-cadherin=2586.87,PE-cadherin<0.0001;FVIM=1817.41,PVIM<0.0001;Fα-SMA=2232.30,Pα-SMA<0.0001;FMMP-2=844.04,PMMP-2<0.0001)。9.经方差分析,给药28天后,实验各组大鼠肺组织内整合素/ILK/PI3K通路下游纤维化发生关键蛋白含量比较差异具有统计学意义(FAKT=1008.17,PAKT<0.0001;Fβ-catenin=3635.34,Pβ-catenin<0.0001);给药56天后,实验各组大鼠肺组织内上皮间质转化标志蛋白含量比较差异具有统计学意义(FAKT=2415.24,PAKT<0.0001;Fβ-catenin=2586.87,Pβ-catenin<0.0001)。结论:1.矽肺纤维化可能信号调控通路主要有JAK-STAT信号通路、Wnt信号通路和细胞粘附分子信号通路;2.PI3K、ITGB1和ILK对以上三条通路起主要调节作用,是矽肺纤维化调控的中枢基因。3.矽肺纤维化过程中存在上皮间质转化现象。4.整合素/ILK/PI3K通路可能矽肺纤维化发生机制之一。更多还原