基本信息
- 项目名称：
- IL-13Rα2抑制IL-13依赖的肺纤维化作用研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 生命科学
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 肺纤维化是多种肺部疾患共有的常见病理改变。由于其发病机制的复杂性，探索新的早期诊断标记以及研发基于特异性表面标记的抗肺纤维化新药成为当前研究的热点。本参赛作品通过对IL-13Rα2抑制IL-13相关的肺纤维化研究，阐明了IL-13Rα2抗肺纤维化的作用，为肺纤维化的临床诊治提供了新的实验依据和理论参考。
- 详细介绍：
- 以细胞外基质（ECM）过量沉积为主要特征的纤维化，是多种器官或系统疾患发展过程中的一种重要病理改变。研究表明，以IL-13为代表的免疫平衡失调导致肺成纤维细胞激活、增生，继而产生大量胶原蛋白是肺纤维化形成的关键环节。 IL-13有两种结构和功能截然不同的受体：IL-13Rα1和IL-13Rα2。IL-13Rα1主要通过转导IL-13的信号发挥促纤维化的作用；IL-13Rα2有三种表型：可溶型sIL-13Rα2、膜型mIL-13Rα2和胞内型IL-13Rα2，三者的转换机制和作用目前仍不清楚。 本作品通过运用MTT法、Transwell和RNAi技术、RT-PCR、ELISA、免疫细胞化学（荧光法）以及羟脯氨酸法（消化法）胶原蛋白检测技术，对肺成纤维细胞在IL-13刺激下细胞增殖、迁移和胶原蛋白的生成情况进行了检测与分析。结果发现：与对照组相比，实验剂量范围内的IL-13对正常肺成纤维细胞增殖、迁移、IL-13Rα1和IL-4Rα表达水平以及胶原蛋白的生成影响不显著；正常肺成纤维细胞不表达IL-13Rα2；而 IL-13能以剂量-时间依赖的方式上调IL-13Rα2的表达；在IL-13Rα的三种表型中，胞内型mIL-13Rα2的相对含量最高且主要分布于近细胞核的中央区，可溶型sIL-13Rα2的含量约为前者的1/2~1/3，膜型mIL-13Rα2表达最少；IL-13Rα2 siRNA 转染肺成纤维细胞后，IL-13表现为能明显促进IL-13Rα2 Knockdown的肺成纤维细胞增殖、迁移和胶原蛋白生成。本作品揭示了IL-13Rα2能抑制IL-13依赖的肺纤维化作用，并探讨了IL-13Rα2在抗肺纤维化治疗中的潜在价值和开展后续研究的可行性。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 目的：明确IL-13Rα2在IL-13依赖的肺纤维化中的作用，并探讨其在抗肺纤维化治疗中的潜在价值。 基本思路：通过检测分析IL-13对正常肺成纤维细胞和IL-13Rα2 Knock-down的肺成纤维细胞增殖、迁移和胶原蛋白生成情况的不同影响，证实IL-13Rα2抑制IL-13依赖的肺纤维化作用，并讨论IL-13Rα2三种不同表型在抗肺纤维化治疗中的不同应用价值。
科学性、先进性及独特之处
- 科学性：本作品运用Transwell、ELISA、免疫荧光和RNAi等多项技术，分析IL-13Rα2抑制IL-13依赖的肺纤维化作用，课题设计严谨，论证有序、结论合理。 先进性：本作品对IL-13Rα2抑制IL-13依赖的肺纤维化作用的研究紧跟国内外研究热点，具有独创性。 独特性：本作品详细分析和论述IL-13对IL-13Rα2三种表型的表达调控，在国内外相关研究中尚属首次报道。
应用价值和现实意义
- 本作品阐明了IL-13Rα2能抑制IL-13依赖的肺纤维化作用，该结论能为抗肺纤维化诊治提供新的实验依据和理论参考。针对正常肺成纤维细胞不表达IL-13Rα2，而IL-13活化的肺成纤维细胞能表达膜表面型IL-13Rα2的特性，后者或许能作为肺纤维化病理诊断和新药靶点加以进一步研究和应用；而可溶型sIL-13Rα2或许可以作为外源性治疗药物，抑制高水平IL-13依赖的肺纤维化疾病的进展。
学术论文摘要
- 目的：通过对肺成纤维细胞在IL-13刺激下细胞增殖、迁移和胶原蛋白生成情况的检测与分析，明确IL-13Rα2在肺纤维化中的作用，并探讨其在抗肺纤维化治疗中的潜在价值。 方法：MTT法、Transwell技术细胞增殖和迁移检测；RT-PCR、ELISA和免疫细胞化学（荧光法）受体表达与定位检测；肺成纤维细胞 IL-13Rα2 siRNA转染；RT-PCR和羟脯氨酸法胶原蛋白检测。 结果： 1）IL-13对正常肺成纤维细胞增殖、迁移、IL-13Rα1和IL-4Rα表达水平以及胶原蛋白的生成影响不显著； 2）正常肺成纤维细胞不表达IL-13Rα2；而 IL-13能以剂量-时间依赖的形式上调IL-13Rα2的表达； 3）胞内型mIL-13Rα2的相对含量最高且主要分布于近细胞核的中心区，可溶型sIL-13Rα2的含量约为前者的1/2-1/3，膜型 mIL-13Rα2表达最少； 4）IL-13能明显促进IL-13Rα2 Knockdown的肺成纤维细胞增殖、迁移和胶原蛋白生成。 结论：IL-13Rα2能抑制IL-13对肺成纤维细胞增殖、迁移和胶原蛋白生成的作用。 关键词：肺纤维化；IL-13；肺成纤维细胞；IL-13Rα2；胶原蛋白
获奖情况
- 本作品所在课题由参赛队员独立完成并获国家大学生创新性实验计划：《IL-13、TNF-α对肺成纤维细胞IL-13Rα2表达和胶原蛋白合成的影响》（N0. 091040306）和《与IL-13Rα2相关的肺纤维化和骨肉瘤临床分子诊断与靶向药物治疗研究》（No.101040307）项目资助；研究论文《IL-13促进肝星状细胞增殖和胶原蛋白表达》已被中国细胞生物学学报（国家中文核心期刊）收录（指导老师为第一作者，参赛队员为第二作者）。
鉴定结果
- 无
参考文献
- 1.Fulkerson PC,et al. Persistent effects induced by IL-13 in the lung, Am J Respir Cell Mol Biol 2006, 35:337-346 2.Rahaman SO,et al. IL-13R(alpha)2, a decoy receptor for IL-13 acts as an inhibitor of IL-4-dependent signal transduction in glioblastoma cells, Cancer Res 2002, 62:1103-1109 3.Tang L, et al. Expression and characterization of recombinant canine IL-13 receptor alpha2 protein and its biological activity in vitro, Mol Immunol 2003, 39:719-727 4.Fichtner-Feigl S, et al. IL-13 signaling through the IL-13alpha2 receptor is involved in induction of TGF-beta1 production and fibrosis, Nat Med 2006, 12:99-106 5.Daines MO, et al. Level of expression of IL-13R alpha 2 impacts receptor distribution and IL-13 signaling, J Immunol 2006, 176:7495-7501 6.Andrews AL,et al. IL-13 receptor alpha 2: a regulator of IL-13 and IL-4 signal transduction in primary human fibroblasts, J Allergy Clin Immunol 2006, 118:858-865
同类课题研究水平概述
- 各种原因引起的肺纤维化是严重危害人类健康的重大公共卫生问题。尽管早期的炎症浸润和胶原分泌有利于免疫反应和组织修复，但细胞外基质（ECM）的过度沉积可导致肺组织结构的形态重塑甚至功能失常，严重时不可逆的肺纤维化甚至引起呼吸功能的衰竭以致死亡。 目前针对肺纤维化的主要治疗方法包括：激素疗法、抗炎疗法、手术疗法和器官移植等。但由于肺纤维化发病机制的复杂性和可变性，现有的方案只能在不同程度上缓解临床症状，而不能从根本上逆转其进展。随着高通量靶向药物筛选技术的飞速发展，寻找具有肺纤维化组织器官特异性的细胞表面分子标记，进而研发更具专一性的抗肺纤维化药物成为近年来相关科学领域的热点问题。 目前国内外有关肺纤维化的研究主要集中在病因及流行病学、肺成纤维细胞活化和Th1/Th2反应平衡三个方面，其中以针对Th1/Th2反应的研究为多。而细胞因子相关作用研究方面的热点主要在TNF、IFN、 TGF和IL-13四种细胞因子上。其中TNF和IFN属于Th1细胞因子，主要起抑制肺纤维化的作用；TGF和IL-13属 Th2细胞因子，主要起促进纤维化的作用。此外，由于IL-13能上调TGF的表达，进而产生放大的纤维化作用，因而被看作是纤维化疾病过程中的关键节点。 IL-13有两种结构和功能不同的受体：IL-13Rα1和IL-13Rα2。IL-13Rα1主要通过转导IL-13的信号发挥促纤维化的作用；IL-13Rα2有三种表型：可溶型sIL-13Rα2、膜型mIL-13Rα2和胞内型IL-13Rα2。由于IL-13Rα2的胞内区很短，没有结合信号转导分子的能力，因而长期以来一直被认为只能作为“decoy receptor”发挥抗纤维化的作用；但近年来也有报道显示，IL-13Rα2能转到IL-13的信号，从而上调TGF的表达产生强大的促纤维化作用。 综上所述，目前国内外对IL-13Rα2表型间的转换机制仍不清楚，IL-13Rα2的作用仍存在很大争议，而本文即围绕这些问题展开研究和讨论。
