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白细胞介素-33/ST2通路与心力衰竭及心肌纤维重塑的关联性研究

The Interleukin-33/ST2 Pathway Is Expressed in the Failing Human Heart and Associated with Pro-fibrotic Remodeling of the Myocardium



Abstract

The interleukin-33(IL-33) / suppression of tumorigenicity 2 (ST2) pathway is a potential pathophysiological mediator of cardiac fibrosis. Soluble ST2(sST2) is one of the main isoforms of ST2 with strong prognostic value in cardiac disease. The exact role of sST2 in cardiac fibrosis is unknown. The aim of this study was (1) to investigate myocardial expression of the IL-33 / ST2 pathway in relation to myocardial fibrosis in end-stage heart failure patients and (2) to study whether plasma sST2 is associated with histologically determined cardiac fibrosis. In 38 patients undergoing left ventricular assist device implantation, mRNA expression of sST2, total ST2, and IL-33 was measured in cardiac tissue obtained during the implantation. In the same tissue, histological fibrosis was digitally quantified and mRNA expression of pro-fibrotic signaling molecules, connective tissue growth factor (CTGF) and transforming growth factor beta 1 (TGFβ1), was measured. In addition, plasma levels of sST2 were determined. Expression levels of IL-33/ST2 pathway factors in myocardial tissue were significantly associated with cardiac fibrosis and the expression levels of CTGF and TGFβ1. Plasma levels of sST2 did not correlate with tissue expression of ST2, the amount of fibrosis or myocardial expression of pro-fibrotic signaling proteins. The interleukin-33/ST2 pathway is expressed in the failing human heart and its expression is associated with cardiac fibrosis and pro-fibrotic signaling proteins, suggesting a role in pro-fibrotic myocardial remodeling. Soluble ST2 levels in the circulation did not correlate with the amount of cardiac fibrosis or myocardial ST2 expression,however. Therefore, other pathophysiological processes such as inflammation might also substantially affect sST2 plasma levels.

白细胞介素33/ST2通路在心衰患者心脏中表达并与心肌纤维重塑有关

白细胞介素33(IL-33)/肿瘤发生抑制蛋白2(ST2)信号通路是心脏纤维化潜在的病理生理介质。可溶性ST2(sST2)是ST2的主要亚型之一,对心脏疾病具有重要的预后价值,但其在心脏纤维化中的确切作用尚不清楚。本研究有以下两个目的:(1)研究终末期心力衰竭患者心肌纤维化过程中IL-33/ST2信号通路在心肌中的表达情况,(2)研究血浆sST2是否与心脏纤维化相关。在38名植入左心室辅助装置的患者心脏组织中检测sST2、总ST2和IL-33的mRNA表达情况,并在同一组织中对纤维化程度进行量化,同时检测促纤维化信号分子:结缔组织生长因子(CTGF)和转化生长因子β1(TGFβ1)的mRNA表达情况。此外还对血浆sST2的表达水平进行测定。结果显示心肌组织中IL-33/ST2通路的相关因子表达水平与心肌纤维化程度及CTGF和TGFβ1的表达水平具有显著相关性。sST2在血浆中的表达水平与ST2的组织表达水平、纤维化程度或促纤维化信号传导蛋白的不相关。IL-33/ST2信号通路在受损人类心脏中表达并且与心脏纤维化和促纤维化信号蛋白相关,揭示其在促纤维化心肌重塑中的作用。然而,体内循环中可溶性ST2的表达水平与心脏纤维化或心肌ST2的表达量无关。因此,其他病理生理过程如炎症等可能会显著影响血浆中sST2的表达水平。

为了分析IL-33/ST2通路和促纤维化信号蛋白的表达情况,研究人员使用RNeasy mini试剂盒,从20例组织样本中提取RNA进行cDNA合成,接着通过Q-PCR检测出IL-33/ST2通路和促纤维化信号蛋白的mRNA表达水平,其中通过Taqman引物探针标记sST2、总ST2(图1)、IL-33,结缔组织生长因子(CTGF)、转化生长因子(TGFβ1)以及GAPDH。最终通过标记的sST2和ST2L计算ST2L的百分比(sST2:ST2L)。


图一:白介素-1受体1(IL1RL)基因的示意图(A)和内含子(水平线)- 外显子(纵条纹)可溶性ST2(sST2,C)和ST2配体(ST2L,D)的mRNA结构,探针组合将检测sST2和ST2L(外显子5-6),而引物sST2(B2)对sST2 具有特异性(外显子10-11)。

为了研究缺血性与非缺血性心肌病患者心肌纤维化的情况及促纤维化信号分子的表达与进行性纤维化过程是否有关,研究人员进行了Masson染色实验。


图二:心衰患者中纤维化和促纤维蛋白之间的关系:图中A为红色心肌细胞和蓝色胶原沉积(纤维化改变)的Masson三色染色示意图,左侧白色区域为心外膜脂肪组织。图中B为缺血性心肌病(ICM)与非缺血性心肌病(NICM)患者心肌组织的纤维化程度检测:结果显示缺血性心肌病患者心肌纤维化程度明显高于非缺血性心肌病患者。图中C、D为心肌组织中纤维化程度与结缔组织生长因子(CTGF,图C)和转化生长因子β1(TGFβ1,图D)之间相关性的散点图:结果显示纤维化程度与CTGF和TGFβ1的表达水平呈正相关。


为了确定心脏纤维化是否与IL-33 / ST2通路相关,以及体内循环中的sST2与心肌ST2表达或心肌纤维化是否具有相关性,研究人员做了以下研究:根据纤维化的不同程度将患者分为三组:第一组的纤维化定量范围从4.00%-11.42%,第二组从11.43%到24.44%,第三组从24.45%-64.37%。三组患者之间血浆sST2表达水平无显著差异(p=0.238,图3A)。但当对sST2、总ST2和IL-33的表达水平分别进行统计时,可以观察到三组之间sST2(p=0.012,图3B)和IL-33(p=0.040,图3C)的表达情况有显著差异。心肌中IL-33的表达水平和纤维化程度(r=0.46,P=0.007)与促纤维化信号蛋白CTGF和TGFβ1有显著的相关性(R=0.81,P<0.001和r=0.84,P分别<0.001;图3C,D,E)。


图三: IL-33/ST2通路与纤维化之间的相关性。图中A、B、C分别为血浆中可溶性ST2(sST2)、sST2以及IL-33在不同纤维化程度中的表达情况。D、E为局部心肌组织中白细胞介素-33(IL-33)、结缔组织生长因子(CTGF,D)和转化生长因子beta1((TGFβ1,E)的相关性。


总结




可溶性ST2是心力衰竭预后的生物学标志物,也被认为是心脏纤维化的标志物。本研究结果显示白细胞介素-33/ST2通路在受损的人类心脏中表达,并且与心脏纤维化和促纤维化信号蛋白相关,这提示它在促纤维化心肌重塑过程中发挥着作用。此外本研究也发现该通路中sST2的表达水平与心脏纤维化或心肌中ST2的表达无关。因此,如炎症等其他病理生理过程也可能会显着影响血浆中sST2的表达水平。