El factor de crecimiento de fibroblastos 10 atenúa la enfermedad pulmonar obstructiva crónica al proteger contra el deterioro del glucocáliz y la apoptosis endotelial

Fondo

Los defectos y el desequilibrio en la reparación pulmonar y el mantenimiento estructural contribuyen a la patogenia de las enfermedades pulmonares obstructivas crónicas (EPOC); sin embargo, los mecanismos moleculares que regulan el proceso de reparación pulmonar no se conocen por completo hasta el momento. Presumimos que fumar cigarrillos causa deterioro del glucocáliz y apoptosis endotelial en la EPOC, que podría repararse mediante la estimulación de la señalización del factor de crecimiento de fibroblastos 10 (FGF10)/receptor de FGF 1 (FGFR1).

Métodos

Utilizamos inmunotinción (inmunohistoquímica [IHC] e inmunofluorescencia [IF]) y ensayo inmunoabsorbente ligado a enzimas (ELISA) para detectar los niveles de componentes del glucocáliz y la apoptosis endotelial en modelos animales y en pacientes con EPOC. Utilizamos el modelo de enfisema murino y estudios in vitro para determinar el papel protector y reparador de FGF10/FGFR1.

Resultados

La exposición al humo del cigarrillo causó deterioro del glucocáliz endotelial y cambios enfisematosos en modelos murinos y especímenes humanos. El pretratamiento con FGF10 atenuó el desarrollo de enfisema y el desprendimiento de los componentes del glucocáliz inducidos por CSE in vivo. Sin embargo, FGF10 no atenuó el enfisema inducido por el péptido asesino específico del endotelio CGSPGWVRC-GG-_D(KLAKLAK)₂. De manera mecánica, FGF10 alivió la apoptosis endotelial inducida por el humo y la reparación del glucocáliz a través de la señalización in vitro de FGFR1/ERK/SOX9/HS6ST1. Se demostró que FGF10 repara la lesión del glucocáliz pulmonar y la apoptosis endotelial, y atenúa la EPOC inducida por el humo a través de la señalización de FGFR1.

Conclusiones

Nuestros resultados sugieren que FGF10 puede servir como una posible estrategia terapéutica contra la EPOC a través de la reparación endotelial y la reconstitución del glucocáliz.

• Es la primera vez que se demuestra la confirmación del deterioro del glucocáliz endotelial en la EPOC.

• FGF10 atenúa el desarrollo de enfisema y el desprendimiento de glucocáliz inducido por CSE in vivo.

• FGF10 alivia la apoptosis endotelial inducida por el humo y la reparación del glucocáliz a través de la señalización de FGFR1/ERK/SOX9/HS6ST1.

La enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC), compuesta por bronquitis crónica, alteraciones pulmonares estructurales y enfisema, es un síndrome clínico progresivo potencialmente mortal con una enorme carga global [1]. La mayoría de los pacientes con EPOC tienen pocas opciones terapéuticas en la actualidad; por lo tanto, es imperativo identificar y comprender la fisiopatología de la EPOC, que puede representar el primer paso hacia el desarrollo de nuevas terapias. El fenotipo patológico de la EPOC y su fenotipo más importante, el enfisema, se caracterizan por la destrucción del tejido pulmonar y el consiguiente agrandamiento alveolar. Por un lado, la apoptosis del endotelio pulmonar es crítica y quizás preigual a la EPOC [2]ya que la inducción directa de la apoptosis en las células del endotelio pulmonar provoca cambios enfisematosos [3]. Por otro lado, la EPOC (principalmente enfisema) también se considera una enfermedad causada por defectos en el desarrollo/reparación pulmonar y el mantenimiento estructural. [4,5,6]. Por lo tanto, la elucidación del mecanismo patogénico subyacente al proceso de reparación pulmonar deteriorado es clave para desentrañar un nuevo objetivo terapéutico para la EPOC.

El glucocáliz endotelial es una capa extracelular que recubre la superficie luminal de las células endoteliales de los vasos, que mantiene la homeostasis vascular, regula la permeabilidad de la barrera vascular e inhibe la trombosis intravascular. [7, 8]. El glucocáliz endotelial está compuesto principalmente por glucoproteínas, glucosaminoglucanos (sulfato de heparán [HS] y sulfato de condroitina [CS]), y familia sindecan (syndecan-1 y syndecan-4) [9]. Trabajos recientes han resaltado un papel crítico del glucocáliz endotelial en la reparación pulmonar, ya que (1) el glucocáliz endotelial se degradó, liberando octasacáridos de sulfato de heparina con alto contenido de sulfato en la circulación durante una lesión pulmonar indirecta [10]; (2) el espesor del glucocáliz endotelial cremastérico se recuperó después de 72 h de degradación aguda del glucocáliz con inyección de TNF-α [11]; (3) mejorar la señal de reparación del glucocáliz inhibidora de la sepsis era un enfoque potencial para reconstituir la capa del glucocáliz y recuperar su función [12].

La señalización del receptor del factor de crecimiento de fibroblastos reparador (FGFR) es una cascada de señalización conservada evolutivamente que regula varios procesos biológicos básicos en los pulmones, incluido el desarrollo embrionario y la regeneración de tejidos. [13, 14]. Yang y sus colegas investigaron los mecanismos endógenos subyacentes a la reconstitución del glucocáliz pulmonar homeostático e identificaron al FGFR1 como un mediador fundamental de la reparación del glucocáliz y se suprime durante la sepsis. [10]. Además, se informó que el eje FGF-FGFR1 desempeña un papel autocrino durante la remodelación vascular en la EPOC [15]. El factor de crecimiento de fibroblastos 10 (FGF10) es fundamental para el desarrollo y la renovación de los pulmones [16, 17]con su papel esencial ilustrado por el fracaso completo de la formación pulmonar y la letalidad perinatal en FGF10 ratones deficientes [17,18,19]y su capacidad reparadora en diferentes tipos de lesiones y enfermedades pulmonares en modelos animales [20]. Es importante destacar que la señalización de FGF10 está desregulada en varias enfermedades pulmonares humanas, incluida la EPOC. [21]ya que las mutaciones de pérdida de función heterocigotas en FGF10 causan EPOC en humanos [22]. FGF10 actúa como ligando tanto para FGFR1b como para FGFR2b [19]. Dado que FGFR1 es el receptor predominante de la familia FGF expresado en células endoteliales pulmonares [23] y el importante papel de FGF10 en la reparación del tejido pulmonar, planteamos la hipótesis de que la estimulación de la señalización de FGF10/FGFR1 podría reparar la lesión del glucocáliz pulmonar inducida por el humo y la apoptosis endotelial, y atenuar la EPOC y el enfisema.

Muestras de pacientes

Se obtuvieron secciones de pulmón humano de 10 pacientes con EPOC y se compararon con 7 donantes sin EPOC que se sometieron a resección de cáncer de pulmón en nuestro instituto. En nuestros estudios se utilizó tejido pulmonar a 5 cm del margen del tumor. Se recolectaron muestras de sangre de 14 pacientes con EPOC y 25 sin EPOC utilizando un tubo separador de suero (SST, Becton Dickinson Labware, Franklin Lakes, NJ) y se centrifugaron inmediatamente a 3000gramo 4 °C durante 10 min. Posteriormente, los sueros se extrajeron y almacenaron a -80 °C para su posterior análisis. Todos los pacientes no recibieron radioterapia, quimioterapia o trasplante de pulmón, y no tenían ninguna otra condición médica confusa. Se realizaron pruebas de función pulmonar en todos los sujetos mediante métodos estandarizados de acuerdo con las pautas de la American Thoracic Society [24]. La EPOC se definió en base a la categorización revisada de la EPOC GOLD 2017 [25]. Los parámetros de espirometría (FEV1/FVC y FEV1% teórico) y otras características del paciente se recopilaron y resumieron en un archivo adicional 1: Tabla S1. El protocolo del estudio se ajusta a los principios de la Declaración de Helsinki y se realizó con la aprobación del Comité de Ética del Hospital Zhongshan de la Universidad de Fudan en Shanghái, China. Todos los pacientes firmaron un formulario de consentimiento informado.

modelos animales

Todos los animales fueron adquiridos de Shanghai SLAC Laboratory Animal Co. Ltd. (Shanghai, China), y los protocolos de experimentación con animales fueron aprobados por el Comité de Ética de la Universidad de Fudan, y todos los experimentos se realizaron de acuerdo con la “Guía para el cuidado y uso”. of Laboratory Animals” (Instituto de Recursos de Animales de Laboratorio, 7ª edición 1996).

Establecimos varios experimentos con animales de la siguiente manera: (1) Modelo de EPOC en ratones inducida por el humo del cigarrillo: para establecer el modelo de EPOC inducida por el humo del cigarrillo, los ratones macho C57BL/6J (6 a 8 semanas; ~ 20 g) se expusieron al humo del cigarrillo o al aire utilizando un aparato de exposición al humo de todo el cuerpo. (Data Sciences International Co., EE. UU.). Para el grupo de humo de cigarrillos, los ratones se colocaron en el aparato de exposición al humo y se expusieron a 10…