
从肺成纤维细胞观察表型与功能
德国 Boehringer Ingelheim 团队在 American Journal of Respiratory Cell and Molecular Biology 研究了 nerandomilast 的抗纤维化作用。该药为磷酸二酯酶 4 抑制剂,对其 4B 亚型(phosphodiesterase 4B,PDE4B)的作用较强。研究结合人肺成纤维细胞、人微血管内皮和配套动物模型。
团队使用特发性肺纤维化患者的肺成纤维细胞,以转化生长因子 β1(transforming growth factor beta 1,TGF-β1)刺激形成肌成纤维细胞样表型。药物比较关注凝胶收缩及 α平滑肌肌动蛋白(alpha-smooth muscle actin,α-SMA)、结缔组织生长因子(connective tissue growth factor,CTGF)和纤溶酶原激活物抑制剂 1(plasminogen activator inhibitor-1,PAI-1)等指标,分别测细胞蛋白和培养上清。
TGF-β1 使胶原凝胶面积缩小 32%,nerandomilast 降低收缩程度,作者报告最大抑制幅度 38%。在 48 小时预刺激、随后继续刺激并加药 72 小时的标志物实验中,α-SMA、CTGF 和 PAI-1 分别最多降低 36%、40% 和 41%。
RNA 测序另外比较加药 24 小时后的转录变化。团队将模型表达特征与公开人肺单细胞资料中的肌成纤维细胞标志对照,再分析相关基因与通路的变化;这些分析用于定位后续机制实验的方向。
CREB 磷酸化升高,SMAD3 磷酸化与核转位未改变
机制实验发现,nerandomilast 提高 cAMP 反应元件结合蛋白(cAMP-response element binding protein,CREB)的磷酸化,却没有显著改变 SMAD3 磷酸化或进入细胞核的过程。蛋白结合实验也没有观察到药物改变 SMAD3 与 CBP/p300 的结合。
团队进一步检测 SMAD3 在两个目标基因启动子上的结合。CDKN1A 启动子的结合被抑制,SERPINE1 未出现同样变化,提示药物对转录调节的作用存在基因差异。
另一组实验记录到丝裂原活化蛋白激酶磷酸酶 1(mitogen-activated protein kinase phosphatase-1,MKP1)蛋白增加以及 p38 磷酸化下降。溶血磷脂酸(lysophosphatidic acid,LPA)刺激的成纤维细胞增殖最多被抑制 85%,相应半数抑制浓度(IC50)为 0.105 µM;LPA 诱导的钙信号最多被抑制 40%,IC50 为 0.53 µM。
微血管芯片测量屏障通透性与单核细胞黏附
在人微血管内皮三维芯片中,研究用与纤维化环境相关的细胞因子组合刺激内皮。向灌流通道加入 70 kDa FITC-dextran,连续 30 分钟测其向基质通道泄漏,以表观通透性评价内皮屏障。
细胞因子刺激使通透性约增至未刺激对照的 2.5 倍,nerandomilast 最大抑制幅度为 41%。药物还改善 CD31 蛋白表达,相关实验包括 6 名供者、每名 6 个技术重复的通透性测量。
团队另将荧光标记单核细胞加入内皮通道。刺激 24 小时后,黏附约为对照的 4.2 倍,nerandomilast 最大抑制幅度为 58%。培养上清中的可溶性血管细胞黏附分子 1(vascular cell adhesion molecule-1,VCAM-1)和 E-selectin 也下降;黏附实验同样包括 6 名供者及每名 6 个技术重复。
内皮蛋白检测还显示,药物提高血管扩张刺激磷蛋白(vasodilator-stimulated phosphoprotein,VASP)的磷酸化并降低肌球蛋白调节轻链 2(myosin regulatory light chain 2,MLC2)的磷酸化;这些变化与细胞连接及屏障稳定相关。研究结合屏障通透性、单核细胞黏附和蛋白指标,观察药物对微血管环境的作用。
不同人源模型分别覆盖纤维化的相关过程
肺成纤维细胞实验主要评价收缩、增殖及纤维化标志;微血管模型主要评价屏障通透性和免疫细胞黏附。研究还用配套小鼠肺损伤资料观察血管功能,把这些结果并列为药物作用的不同证据。
作者在讨论中提出,纤维化治疗研究需要同时考虑结构细胞与血管功能。当前工作提供了多种人源细胞的功能药效测量,尚未将这些体外指标与同一供者接受 nerandomilast 后的临床反应配对。