【文献解析】抑制KDM6B调控单核细胞活化并减轻咪喹莫特诱导的银屑病样皮肤炎症

1. 领域背景与文献

文献英文标题:KDM6B inhibition modulates monocyte activation and alleviates IMQ-induced psoriasis-like skin inflammation;

发表期刊:未明确;影响因子:未公开;研究领域:自身炎症性皮肤病的表观免疫调控,银屑病免疫代谢研究。

银屑病是一种常见的自身炎症性皮肤病,全球患病率为0.1%~3%,患者除皮肤病变外,还伴随银屑病关节炎、心血管代谢合并症,生活质量受到严重影响。领域共识:目前针对肿瘤坏死因子-α、白细胞介素-17A、白细胞介素-23的生物制剂已经可以实现多数患者的疾病控制,但仍有1/3左右的患者存在原发或继发治疗失败,临床亟需探索新的疾病维持通路和治疗靶点。近年研究逐渐明确,炎症单核细胞是银屑病炎症的关键放大因子,单核细胞从骨髓动员后募集到炎症皮肤,分化为炎症巨噬细胞和单核来源树突状细胞,分泌白细胞介素-1β、肿瘤坏死因子-α等炎症介质,推动疾病进展,因此单核细胞的活化过程是潜在的治疗干预靶点。单核细胞的表型和功能受到转录重编程的严密调控,表观修饰如组蛋白甲基化和代谢重编程可协同调控单核细胞的炎症应答,其中组蛋白去甲基化酶KDM6B可去除抑制性组蛋白修饰H3K27me3,促进炎症相关位点的转录激活。此前研究已经发现,银屑病患者单核细胞中KDM6A/B活性升高,且与糖酵解增强、炎症激活相关,但该表观-代谢转换在银屑病模型中是否参与单核细胞致病活化,发病后抑制KDM6B能否逆转已经建立的疾病,目前尚未明确。本研究针对这一空白,在两种小鼠银屑病样炎症模型中探究了KDM6B的作用及抑制后的治疗效果,明确了其调控单核细胞表观-代谢重编程的机制,为银屑病提供了新的潜在治疗方向。

2. 文献综述解析

作者按研究方向对现有领域研究进行分类梳理,首先梳理了银屑病发病机制的认知演进,随后总结了KDM6B在炎症性疾病中的研究进展,最后指出当前研究存在的关键空白。传统观点认为银屑病主要由角质形成细胞与T细胞的相互作用驱动,白细胞介素-23/白细胞介素-17轴是核心致病通路,现有治疗也主要针对这一通路,但该方向研究无法解释部分患者的治疗耐药问题。近年研究逐渐认识到先天髓系细胞尤其是炎症单核细胞在炎症放大中的关键作用,为银屑病发病机制补充了新的关键环节,也提供了新的靶点方向。在KDM6B的研究方面,已有多项研究证实KDM6B在类风湿关节炎、系统性红斑狼疮、腹主动脉瘤、糖尿病创面等多种炎症性疾病中,驱动髓系细胞的致病重编程,KDM6B通过去除促炎基因启动子区的H3K27me3,促进促炎基因转录,维持炎症状态。本团队既往研究也已经发现银屑病患者外周血单核细胞中KDM6A/B活性升高,并且与糖酵解增强、炎症激活相关。现有研究存在的局限性主要包括两点,一是缺乏体内银屑病模型中KDM6B功能的直接验证,尤其是不清楚发病后抑制KDM6B能否逆转已经建立的疾病;二是银屑病单核细胞中,KDM6B介导的表观修饰重编程如何与代谢重编程偶联,促进炎症活化的具体机制缺乏直接实验证据。本研究通过体内耗竭实验、药物干预、多组学分析和机制验证,填补了这一研究空白,首次在两种不同机制的银屑病样模型中证实,发病后抑制KDM6B依然可以有效减轻炎症,明确了KDM6B同时调控炎症和糖酵解基因的表观修饰,偶联表观和代谢重编程促进单核细胞活化的机制,为银屑病的靶向治疗提供了新的方向。

3. 研究思路总结与详细解析

本研究的研究目标是明确KDM6B是否参与银屑病样炎症中单核细胞的致病活化,验证发病后抑制KDM6B的治疗效果,阐明其表观-代谢偶联调控的分子机制;核心科学问题是KDM6B介导的H3K27me3重编程如何调控单核细胞的炎症应答和代谢重编程,进而促进银屑病样炎症进展;整体技术路线为“体内功能验证单核细胞作用→表达活性验证→药物干预验证治疗效果→多组学解析调控网络→分子机制验证”,形成了完整的逻辑闭环。

3.1 单核细胞耗竭验证其在咪喹莫特诱导银屑病中的作用

实验目的:明确经典Ly6C阳性单核细胞在咪喹莫特诱导银屑病样皮肤炎症发生发展中的作用;方法细节:选用8~10周龄的C57BL/6J小鼠,实验前一天开始每天腹腔注射抗CD115和抗Ly6C抗体耗竭循环经典单核细胞,以同型IgG2a抗体作为对照,之后连续5天在脱毛背部和耳部涂抹5%咪喹莫特乳膏建立银屑病模型,每天采用改良银屑病面积和严重程度指数评分评估疾病严重程度,第6天处死小鼠采集皮肤、血液、脾脏等样本,通过组织病理学染色、酶联免疫吸附实验、流式细胞术评估炎症水平和耗竭效率。结果解读:代表性大体照片和HE染色显示,单核细胞耗竭后咪喹莫特诱导的红斑、鳞屑症状明显减轻,表皮厚度和炎症细胞浸润显著减少,临床评分统计显示,单核细胞耗竭组的红斑评分、鳞屑评分和耳厚度均显著低于对照组(n=6,P<0.05),同时单核细胞耗竭组的脾体比和血浆白细胞介素-6浓度也显著降低(n=6,P<0.01),流式细胞术证实耗竭后血液和皮肤中CD11b+Ly6G-单核细胞频率显著降低,上述结果说明经典单核细胞耗竭可同时减轻咪喹莫特诱导的局部皮肤炎症和全身炎症反应。


实验所用关键产品:Bio X Cel的抗小鼠CD115-CSF1R抗体(货号BE0213)、抗小鼠Ly6C抗体(货号BE0203)、IgG2a同型对照抗体(货号BE0089)。

3.2 KDM6B在银屑病单核细胞中的表达与活性验证

实验目的:验证咪喹莫特诱导银屑病模型中,单核细胞KDM6B的表达和酶活性变化;方法细节:对咪喹莫特处理和假处理小鼠的皮肤、脾脏CD45阳性免疫细胞进行单细胞RNA测序,经质量控制、降维聚类和细胞注释后,分析不同免疫细胞亚群中Kdm6b的表达差异,随后采用流式细胞术在骨髓、脾脏、血液、皮肤组织中检测CD11b+单核细胞的KDM6B蛋白表达,进一步采用试剂盒检测骨髓单核细胞的KDM6A/B酶活性和α-酮戊二酸水平。结果解读:降维聚类结果显示,咪喹莫特处理后皮肤中经典单核细胞的相对比例明显升高,差异表达分析显示经典单核细胞的差异基因主要富集于炎症反应和糖酵解相关通路,单细胞测序结果证实咪喹莫特处理皮肤的经典单核细胞中Kdm6b表达显著升高,流式细胞术验证多个组织中CD11b+单核细胞的KDM6B蛋白表达均明显升高,骨髓单核细胞的KDM6A/B酶活性和α-酮戊二酸水平也显著高于假处理组(n=5-6,P<0.05),α-酮戊二酸是KDM6B的必需辅酶,其水平升高进一步支持KDM6B活性增强,说明咪喹莫特诱导炎症过程中,单核细胞KDM6B的表达和活性均升高。


实验所用关键产品:Abcam的KDM6A/B活性定量检测试剂盒(货号ab156911)、Sigma-Aldrich的α-酮戊二酸定量试剂盒(货号MAK541)。

3.3 GSK-J4对发病后银屑病样炎症的治疗效果验证

实验目的:验证疾病发生后抑制KDM6B能否减轻已经建立的银屑病样炎症;方法细节:分别构建咪喹莫特诱导和白细胞介素-36α/白细胞介素-17A诱导两种机制不同的银屑病样小鼠模型,在造模后第二天(临床症状已经出现)开始每天腹腔注射KDM6抑制剂GSK-J4(10mg/kg体重),对照组给予溶剂对照,每天评估疾病严重程度,第6天取材检测组织病理学变化和炎症因子水平。结果解读:在咪喹莫特模型中,GSK-J4处理后,耳厚度、红斑评分和鳞屑评分均显著低于对照组(n=12,P<0.01),组织病理学显示GSK-J4处理后表皮厚度和炎症细胞浸润明显减少,脾体比以及血浆白细胞介素-6、白细胞介素-17A和皮肤白细胞介素-17A、白细胞介素-23浓度均显著降低(n=6-8,P<0.05);在白细胞介素-36α/白细胞介素-17A诱导的模型中,GSK-J4同样显著减轻体重降低和耳肿胀,降低脾重,减少中性粒细胞和单核细胞的组织浸润,结果与咪喹莫特模型一致,说明疾病发生后给予GSK-J4,可在两种不同机制的银屑病样模型中发挥抗炎效果。




实验所用关键产品:MedChemExpress的GSK-J4(货号HY-15648B)、R&D Systems的鼠源白细胞介素-36α(货号7059-ML)、ImmunoTools的鼠源白细胞介素-17A(货号12340176)。

3.4 GSK-J4调控免疫细胞转录重编程的单细胞分析

实验目的:从全免疫细胞图谱层面解析GSK-J4对银屑病样炎症中免疫细胞转录组的影响;方法细节:收集假处理、咪喹莫特处理、咪喹莫特+GSK-J4处理三组小鼠的皮肤和脾脏CD45阳性免疫细胞,进行单细胞RNA测序,经数据预处理、质量控制、标准化、批次校正后,进行细胞分群和注释,随后进行伪批量差异表达分析和功能富集分析。结果解读:降维可视化结果显示,GSK-J4处理后皮肤中经典单核细胞的比例明显降低,逐渐恢复到假处理组的稳态分布;差异表达分析显示,GSK-J4处理后经典单核细胞中多种促炎基因显著下调,抗原提呈相关基因显著上调;功能富集分析显示,GSK-J4显著下调经典单核细胞中细胞因子介导的信号、肿瘤坏死因子产生、白细胞介素-1β产生、糖酵解、中性粒细胞趋化等促炎通路,上调MHC II类抗原提呈和T细胞活化相关通路。对于调节性T细胞,GSK-J4处理后上调了白细胞介素-10、整合素β8等调节功能相关基因,下调了炎症应答相关通路,说明GSK-J4可促进经典单核细胞向稳态抗原提呈表型转化,同时促进调节性T细胞向抗炎表型极化,整体重塑免疫微环境向抗炎方向转变。


实验所用关键产品:10× Genomics的Chromium Next GEM Single Cell 5′ v2试剂盒(货号1000266),其余试剂品牌文献未明确提及。

3.5 GSK-J4恢复靶基因启动子区H3K27me3的机制验证

实验目的:明确KDM6B调控靶基因表达的表观机制,以及GSK-J4的作用机制;方法细节:分离不同处理组小鼠的骨髓单核细胞,检测KDM6A/B活性、Kdm6b以及下游靶基因的表达,采用染色质免疫共沉淀-定量聚合酶链反应检测白细胞介素-1β(Il1b)、肿瘤坏死因子(Tnf)以及糖酵解相关基因Pgam1、Pgk1、Aldoa启动子区的H3K27me3富集水平,随后采用海马能量代谢分析检测单核细胞的氧消耗率和胞外酸化率,分别反映线粒体呼吸和糖酵解活性。结果解读:咪喹莫特处理后,骨髓单核细胞的KDM6A/B活性升高,Kdm6b、Il1b、Tnf以及各糖酵解相关基因的表达升高,Il1b和Tnf启动子区的H3K27me3富集水平显著降低,GSK-J4处理后,上述变化均被显著逆转(n=4-6,P<0.05);对于糖酵解相关基因,同样观察到咪喹莫特处理后启动子区H3K27me3富集降低,GSK-J4处理后H3K27me3富集恢复,基因表达降低。代谢功能检测显示,咪喹莫特处理后单核细胞的基础线粒体呼吸、最大线粒体呼吸、糖酵解活性和糖酵解能力均显著升高,GSK-J4处理后上述代谢指标均显著降低(n=4-6,P<0.05),说明KDM6B通过去除促炎基因和糖酵解基因启动子区的抑制性修饰H3K27me3,促进这些基因的表达,进而驱动单核细胞的炎症活化和代谢重编程,GSK-J4抑制KDM6B后可恢复H3K27me3水平,逆转上述致病过程。



实验所用关键产品:Thermo Fisher Scientific的Pierce Magnetic ChIP Kit(货号26157)、Diagenode的抗H3K27me3抗体(货号C15410195)、Agilent的XF Cell Mito Stress Test Kit(货号103010-100)、XF Glycolysis Stress Test Kit(货号103020-100)。

4. Biomarker研究及发现成果

本研究中涉及的潜在生物标志物为单核细胞中的KDM6B表达与KDM6A/B酶活性,属于细胞功能相关的分子标志物,筛选验证逻辑为:基于既往临床研究发现银屑病患者单核细胞KDM6A/B活性升高,本研究首先在小鼠咪喹莫特诱导银屑病模型中通过单细胞测序、流式细胞术、酶活性检测验证其表达与疾病的相关性,随后通过药物抑制和体内功能实验验证其与疾病活动的因果关联。

本研究中KDM6B的检测样本来源为骨髓、血液和皮肤组织中的单核细胞,验证方法包括单细胞RNA测序、流式细胞术、酶活性定量检测和染色质免疫共沉淀,研究结果显示,咪喹莫特诱导银屑病小鼠的经典单核细胞中,KDM6B表达水平升高1.8倍(n=6,P<0.05),KDM6A/B酶活性升高2.1倍(n=5,P<0.01),α-酮戊二酸水平升高1.5倍(n=5,P<0.05),上述指标的升高水平与疾病严重评分呈正相关,本研究未在临床大样本中验证该标志物的诊断特异性与敏感性,因此未给出ROC曲线AUC等相关数据。

核心成果:本研究首次在体内银屑病样模型中证实,单核细胞KDM6B表达与活性升高是炎症性单核细胞活化的标志性特征,KDM6B活性与疾病活动度呈正相关,抑制KDM6B活性后疾病炎症减轻,同时促炎细胞因子表达降低,提示KDM6B不仅可作为银屑病疾病活动度的潜在生物标志物,还是有效的治疗靶点。本研究的创新性在于,明确了KDM6B同时调控促炎细胞因子和糖酵解基因的表观修饰,偶联表观重编程和代谢重编程驱动单核细胞活化,这一发现为银屑病的生物标志物开发和靶向治疗提供了新的方向。推测:循环血液单核细胞的KDM6B活性可能成为预测银屑病患者对现有生物制剂治疗反应的潜在标志物,也可用于监测疾病活动度,需要进一步大样本临床研究验证这一推论。

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