项目文章转录组测序：雷公藤红素靶向IRF1—GSTM3轴缓解银屑病样炎症

 

近日，上海市皮肤病医院院长，上海市中医药研究院皮肤病研究所所长李斌教授团队在皮肤科顶刊JOURNAL OF INVESTIGATIVE DERMATOLOGY（IF：8.551/Q1）上发表了题为Celastrol Attenuates Psoriasiform Inflammation by Targeting the IRF1/GSTM3 Axis的研究论文，报道了雷公藤红素（Celastrol）改善银屑病炎症的治疗靶点。该研究中的转录组测序由上海生物芯片有限公司（生物芯片上海国家工程研究中心）完成。

【研究内容】

银屑病的病理特征包括持续性炎症和角质形成细胞(KC)过度增殖。雷公藤红素(CS)是雷公藤的活性成分，具有抑制T细胞分化、KC增殖和中性粒细胞招募的功能，虽然已用于银屑病的治疗，但其作用机制尚未完全阐明。研究利用转录组测序、生物信息分析发现IRF1/GSTM3是CS治疗银屑病的关键靶标；功能试验、ChIP-qPCR、双荧光素酶报告基因发现CS通过下调IRF1对GSTM3的转录抑制，改善细胞过度增殖与炎症浸润；免疫组化验证了IRF1/GSTM3在人临床银屑病样本组织中的表达水平；体内实验发现CS纳米乳改善银屑病样小鼠及复发模型的病理表型。上述研究强调了CS干预银屑病炎症的作用靶标及IRF1/GSTM3可作为潜在的银屑病防治靶点。

文章详情

文章题目：Celastrol Attenuates Psoriasiform Inflammation by Targeting the IRF1/GSTM3 Axis

中文题目：雷公藤红素靶向IRF1/GSTM3轴缓解银屑病样炎症

发表时间：2022.02

期刊名称：Journal of Investigative Dermatology

影响因子：8.551

DOI：10.1016/j.jid.2022.01.018

【研究思路】

1、CS干预后GSTM3和IRF1的表达发生改变

为了研究CS治疗银屑病的作用机理，研究者首先比较了CS在不同角质形成细胞系（Keratinocytes, KC）中的亲和力和特异性，并选择HaCaT细胞用于后续研究。分别对CS干预与未受CS干预的HaCAT细胞进行转录组测序，结果显示CS干预引起1,036个mRNAs差异表达，其中谷胱甘肽代谢途径相关的基因高度富集。已有研究表明银屑病患者血浆和皮损组织中谷胱甘肽减少，且这一代谢途径中许多基因对确认银屑病发病风险至关重要，其中，GSTM3是该途径中表达变化最显著的基因。同时，研究者通过生物信息学分析预测IRF1可能是与GSTM3启动子区域结合的上游靶点。为了验证结果的临床相关性，作者对银屑病患者皮损进行免疫组化染色，发现GSTM3低表达，而IRF1核阳性高表达。研究者进一步构建了nio-CS凝胶处理银屑病样小鼠模型，发现处理后GSTM3上调、IRF1下调，与临床结果一致。

Fig.1 CS干预后GSTM3和IRF1的表达改变

Fig.2 转录组分析和 nio-CS凝胶特征

2、IRF1和GSTM3存在显著的负相关关系

为了鉴定GSTM3和IRF1的体外作用，研究者使用small interfering RNA干扰GSTM3和IRF1的表达，并通过M5（可诱导银屑病样细胞增殖和炎症反应）进行刺激。结果表明，敲除GSTM3可显著促进细胞增殖，敲除IRF1可显著抑制细胞增殖，M5刺激后免疫炎症指标、趋化因子、抗菌肽水平上调，皮肤屏障指标下调，在GSTM3敲除后，观察到疾病表型加剧，但在IRF1基因沉默后疾病相关表型得到改善。

接下来，进一步探究IRF1和GSTM3之间的相互作用。研究者过表达IRF1，发现细胞增殖增加，而过表达GSTM3则逆转了细胞的增殖。说明过表达GSTM3能够逆转IRF1过表达的不良影响，IRF1和GSTM3之间存在显著的负相关关系。

Fig.3 检测IRF1、GSTM3及指标的变化

3、CS通过IRF1/GSTM3轴在银屑病中发挥关键的治疗作用

为了探讨CS对IRF1/GSTM3轴的调控作用，研究者在HaCaT细胞中进行了功能实验。结果显示，CS降低免疫和增殖指数，增加屏障标记物，而敲除GSTM3和过表达IRF1可逆转CS的治疗作用。此外，过表达GSTM3能够逆转IRF1过表达引起的的CS疗效减弱。从转录角度分析，CS的干预直接将IRF1驱逐出GSTM3的启动子区域，改善IRF1对靶基因GSTM3的转录抑制。因此，CS可以通过减弱IRF1与GSTM3之间的结合强度来改善银屑病样细胞表型。

Fig.4 CS在体内外通过IRF1/GSTM3轴发挥治疗作用

Fig.5 指标变化和 ChIP-qPCR 检测

在接下来的实验中，研究者进一步评估CS对咪喹莫特诱导的类银屑病样小鼠皮炎的治疗潜力。结果显示，nio-CS可以缓解皮肤干燥和粗糙，防止异常的表皮增厚、网脊延长、角化过度和表皮炎症渗出，其疗效甚至优于阳性对照卡泊三醇。接下来研究者扩展了银屑病的复发模型。在二次刺激下，之前接受过咪喹莫特和卡泊三醇治疗的小鼠在给药的最后一天出现了严重的银屑病样皮肤病变，而之前接受过nio-CS治疗的小鼠表现为轻度皮肤病变和炎症。值得注意的是，在两种模型中与对照组相比，病变皮损Gstm3表达减少，并在nio-CS治疗后增加，而Irf1的表达趋势与Gstm3相反。综上所述，CS能够直接作用于IRF1/GSTM3轴，可作为治疗和预防银屑病的候选药物。

Fig.6 nio-CS凝胶可改善及预防银屑病表型

天然化合物的分子机制表现为多靶点、多途径和多系统的综合作用。尽管 nio-CS 凝胶在银屑病的发作和维持状态中均达到了疗效，且没有明显的器官毒性，但标准的急性和慢性毒性研究仍有待探索。本研究是CS基础理论研究的开端，其应用潜力还有待进一步研究。

Fig.7 nio-CS凝胶在IMQ诱导的银屑病样小鼠的安全性测试

【主要结论】

1. 人银屑病标本中表达GSTM3降低，IRF1表达增加；

2. CS作用于IRF1/GSTM3轴改善银屑病样炎症；

3. CS对银屑病样小鼠皮炎及银屑病复发模型均有改善作用，优于阳性对照卡泊三醇组，且无明显的肝肾毒性，具有良好的应用前景。

参考文献

Kuai L, Ru Y, Zhu QG, et al. Celastrol Attenuates Psoriasiform Inflammation by Targeting the IRF1/GSTM3 Axis. J Invest Dermatol. 2022;142(8):2281-2285.e11. doi:10.1016/j.jid.2022.01.018

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