近日，上海市皮膚病醫院院長，上海市中醫藥研究院皮膚病研究所所長李斌教授團隊在皮膚科頂刊JOURNAL OF INVESTIGATIVE DERMATOLOGY（IF：8.551/Q1）上發表了題為Celastrol Attenuates Psoriasiform Inflammation by Targeting the IRF1/GSTM3 Axis的研究論文，報道了雷公藤紅素（Celastrol）改善銀屑病炎癥的治療靶點。該研究中的轉錄組測序由上海生物芯片有限公司（生物芯片上海國家工程研究中心）完成。

 

【研究內容】

銀屑病的病理特征包括持續性炎癥和角質形成細胞(KC)過度增殖。雷公藤紅素(CS)是雷公藤的活性成分，具有抑制T細胞分化、KC增殖和中性粒細胞招募的功能，雖然已用于銀屑病的治療，但其作用機制尚未完全闡明。研究利用轉錄組測序、生物信息分析發現IRF1/GSTM3是CS治療銀屑病的關鍵靶標；功能試驗、ChIP-qPCR、雙熒光素酶報告基因發現CS通過下調IRF1對GSTM3的轉錄抑制，改善細胞過度增殖與炎癥浸潤；免疫組化驗證了IRF1/GSTM3在人臨床銀屑病樣本組織中的表達水平；體內實驗發現CS納米乳改善銀屑病樣小鼠及復發模型的病理表型。上述研究強調了CS干預銀屑病炎癥的作用靶標及IRF1/GSTM3可作為潛在的銀屑病防治靶點。

 

文章詳情

文章題目：Celastrol Attenuates Psoriasiform Inflammation by Targeting the IRF1/GSTM3 Axis

中文題目：雷公藤紅素靶向IRF1/GSTM3軸緩解銀屑病樣炎癥

發表時間：2022.02

期刊名稱：Journal of Investigative Dermatology

影響因子：8.551

DOI：10.1016/j.jid.2022.01.018

 

【研究思路】

1、CS干預后GSTM3和IRF1的表達發生改變

為了研究CS治療銀屑病的作用機理，研究者首先比較了CS在不同角質形成細胞系（Keratinocytes, KC）中的親和力和特異性，并選擇HaCaT細胞用于后續研究。分別對CS干預與未受CS干預的HaCAT細胞進行轉錄組測序，結果顯示CS干預引起1,036個mRNAs差異表達，其中谷胱甘肽代謝途徑相關的基因高度富集。已有研究表明銀屑病患者血漿和皮損組織中谷胱甘肽減少，且這一代謝途徑中許多基因對確認銀屑病發病風險至關重要，其中，GSTM3是該途徑中表達變化最顯著的基因。同時，研究者通過生物信息學分析預測IRF1可能是與GSTM3啟動子區域結合的上游靶點。為了驗證結果的臨床相關性，作者對銀屑病患者皮損進行免疫組化染色，發現GSTM3低表達，而IRF1核陽性高表達。研究者進一步構建了nio-CS凝膠處理銀屑病樣小鼠模型，發現處理后GSTM3上調、IRF1下調，與臨床結果一致。

Fig.1 CS干預后GSTM3和IRF1的表達改變 Fig.2 轉錄組分析和 nio-CS凝膠特征

 

2、IRF1和GSTM3存在顯著的負相關關系

為了鑒定GSTM3和IRF1的體外作用，研究者使用small interfering RNA干擾GSTM3和IRF1的表達，并通過M5（可誘導銀屑病樣細胞增殖和炎癥反應）進行刺激。結果表明，敲除GSTM3可顯著促進細胞增殖，敲除IRF1可顯著抑制細胞增殖，M5刺激后免疫炎癥指標、趨化因子、抗菌肽水平上調，皮膚屏障指標下調，在GSTM3敲除后，觀察到疾病表型加劇，但在IRF1基因沉默后疾病相關表型得到改善。

接下來，進一步探究IRF1和GSTM3之間的相互作用。研究者過表達IRF1，發現細胞增殖增加，而過表達GSTM3則逆轉了細胞的增殖。說明過表達GSTM3能夠逆轉IRF1過表達的不良影響，IRF1和GSTM3之間存在顯著的負相關關系。

Fig.3 檢測IRF1、GSTM3及指標的變化

 

3、CS通過IRF1/GSTM3軸在銀屑病中發揮關鍵的治療作用

為了探討CS對IRF1/GSTM3軸的調控作用，研究者在HaCaT細胞中進行了功能實驗。結果顯示，CS降低免疫和增殖指數，增加屏障標記物，而敲除GSTM3和過表達IRF1可逆轉CS的治療作用。此外，過表達GSTM3能夠逆轉IRF1過表達引起的的CS療效減弱。從轉錄角度分析，CS的干預直接將IRF1驅逐出GSTM3的啟動子區域，改善IRF1對靶基因GSTM3的轉錄抑制。因此，CS可以通過減弱IRF1與GSTM3之間的結合強度來改善銀屑病樣細胞表型。

Fig.4 CS在體內外通過IRF1/GSTM3軸發揮治療作用 Fig.5 指標變化和 ChIP-qPCR 檢測

在接下來的實驗中，研究者進一步評估CS對咪喹莫特誘導的類銀屑病樣小鼠皮炎的治療潛力。結果顯示，nio-CS可以緩解皮膚干燥和粗糙，防止異常的表皮增厚、網脊延長、角化過度和表皮炎癥滲出，其療效甚至優于陽性對照卡泊三醇。接下來研究者擴展了銀屑病的復發模型。在二次刺激下，之前接受過咪喹莫特和卡泊三醇治療的小鼠在給藥的最后一天出現了嚴重的銀屑病樣皮膚病變，而之前接受過nio-CS治療的小鼠表現為輕度皮膚病變和炎癥。值得注意的是，在兩種模型中與對照組相比，病變皮損Gstm3表達減少，并在nio-CS治療后增加，而Irf1的表達趨勢與Gstm3相反。綜上所述，CS能夠直接作用于IRF1/GSTM3軸，可作為治療和預防銀屑病的候選藥物。

Fig.6 nio-CS凝膠可改善及預防銀屑病表型

天然化合物的分子機制表現為多靶點、多途徑和多系統的綜合作用。盡管 nio-CS 凝膠在銀屑病的發作和維持狀態中均達到了療效，且沒有明顯的器官毒性，但標準的急性和慢性毒性研究仍有待探索。本研究是CS基礎理論研究的開端，其應用潛力還有待進一步研究。

Fig.7 nio-CS凝膠在IMQ誘導的銀屑病樣小鼠的安全性測試

 

【主要結論】

1. 人銀屑病標本中表達GSTM3降低，IRF1表達增加；

2. CS作用于IRF1/GSTM3軸改善銀屑病樣炎癥；

3. CS對銀屑病樣小鼠皮炎及銀屑病復發模型均有改善作用，優于陽性對照卡泊三醇組，且無明顯的肝腎毒性，具有良好的應用前景。