文摘
杜氏肌萎缩症是一种严重的继承了全世界3500个男孩中就有1名患有肌肉疾病。渗透的骨骼肌炎症细胞疾病病理生理学的一个重要方面是与个别患者的疾病严重程度密切相关。在描述Duchenne肌肉的慢性炎症,细胞因子和趋化因子被认为是炎症细胞的重要催化剂和招聘人员。此外,他们提供潜在受益者对肌肉纤维损害控制和组织再生的影响。综述、当前知识的细胞因子和趋化因子表达在杜氏肌萎缩症及其相关动物疾病模型,为今后新的治疗途径和影响进行了讨论。
1。介绍
杜氏肌营养不良症(DMD)的x染色体肌肉疾病,患病率在全球3500个男孩1。患者出现进步的弱点骨骼和呼吸肌肉和扩张型心肌病。临床发病通常是在2到5岁之间。在他们的青少年,大多数病人松散的独立移动脊柱侧凸的发展。死亡通常发生在四十岁之前,通常是呼吸或心脏衰竭的结果。DMD的生化原因是严重的肌营养不良蛋白缺乏,一个重要的组成部分sarcolemmal dystrophin-associated糖蛋白复杂。复杂装配不安时,连杆肌肉细胞的细胞骨架和细胞外基质之间的妥协,导致sarcolemmal不稳定和增加易受机械应力(1]。纤维发生坏死,过度的Ca2 +涌入(2),逐步取代结缔组织和脂肪组织。
免疫系统在DMD的发病机制中起着举足轻重的作用。肌营养不良蛋白缺乏肌纤维收缩产生严重损害并生成肌纤维坏死和再生周期。坏死性肌纤维被巨噬细胞;人肌内膜,炎症细胞存在整个perimysial,血管周的地区。巨噬细胞是最丰富的免疫细胞中观察到DMD肌肉促炎M1巨噬细胞表型和regeneration-focussed M2巨噬细胞表型。在炎症区域,几个T细胞,B细胞和树突细胞也存在。浸润T细胞CD4 +为主,规模较小的CD8 + T细胞的数量(可以找到3]。T细胞CD4 +和CD8 + T细胞受体的不显示主导Vα或Vβ重组,它指向一个特异性的细胞肌纤维杀伤性招聘网站(4]。除了参与肌肉损伤,T细胞纤维化的过程中也扮演着重要的角色出现在营养不良的肌肉。T细胞缺陷显著减少小鼠疾病模型中的胶原蛋白累积矩阵(5]。底层机制是复杂的,依赖于免疫细胞和细胞因子的相互作用6]。
炎症反应是复杂的建立监管通过粘附分子之间的相互作用、受体,和可溶性因子,招募免疫细胞从血液到肌肉组织(7]。
2。动物模型的模式
在过去的十年中,改进的基因检测诊断肌肉活检冗余在大多数情况下,这意味着现在DMD肌肉病理研究样本很少可用。因此更必要的调查了解人类疾病动物模型。这是一个可行的方法,因为dystrophin-associated蛋白质复杂的进化的古老和物种间高度保守的。到目前为止研究最多的DMD模型小鼠mdx模型。Mdx老鼠过早终止密码子的抗肌萎缩蛋白基因,从而导致失去功能的蛋白质。然而每个人都应该保持谨慎当mdx模型中获得的数据来推断人类疾病。mdx老鼠不太严重的临床表型,与人类疾病不同的时间进程。重要性的同时,在本文的上下文中,有老鼠的细胞因子系统相比有着显著的不同。Dystrophin-deficient狗似乎更紧密地模仿人类疾病,例如,严重的肌病的金毛寻回犬肌肉萎缩症(GRMD) [8]。Dystrophin-deficient肥厚性猫科动物肌肉萎缩症(手足口病)的特点是早期疾病发生和持续的肌肉纤维再生在缺乏重要的炎性浸润或扩散连接或脂肪组织。一些HFMD-affected猫开发心肌病(9]。最近,与突变斑马鱼sapje轨迹含有抗肌萎缩蛋白基因已成为可用。斑马鱼胚胎是一个方便的模型来研究疾病(10),非常适合一线药物筛选(11]。是预计研究DMD疾病模型,解决潜在疾病机制以及治疗效率,在不久的将来将继续蓬勃发展。
3所示。细胞因子
最初,没有明显的细胞因子表达的模式可以显示模式(12),但此后几个炎症因素已报告优先与疾病(13]。
3.1。肿瘤坏死因子家族细胞因子
的促炎成员肿瘤坏死因子(TNF)家庭慢性炎症有重要的调控作用。肿瘤坏死因子-α(TNFSF2),降解细胞因子和被研究最多的成员TNF-family,与辅助T细胞1型——(Th1)介导细胞免疫。肿瘤坏死因子-α是调节在DMD血清14)水平增加健康受试者相比,水平1000倍(15]。肿瘤坏死因子-αmRNA表达相比,循环DMD患者的淋巴细胞显著高于控制(16]。在DMD骨骼肌组织,肌肉纤维的比例是TNF -α免疫反应性的(17)大部分再生肌肉纤维(18]。然而,TNF -的主要来源α在DMD肌肉炎症细胞(图1(一)),通过这样做,进一步使炎症反应。隔膜的mdx老鼠包含更高TNF -α信使rna水平比控制19],TNF -α蛋白质强烈colocalizes组织浸润的巨噬细胞(20.]。与预期,TNF -α敲除小鼠mdx没有表现出明显的改进肌肉病理(21),增加细微TNF -被认为是破坏性的作用α在肌肉萎缩症。淋巴毒素,β(LT -β;在lymphoneogenesis TNFSF3)是一个关键因素,通过粘附分子的表达,细胞因子和趋化因子,调节先天和适应性免疫反应。LT -β蛋白质水平显著调节肌肉营养不良,而正常骨骼肌。血管和DMD的肌纤维膜纤维LT -β积极,染色是进一步提高再生纤维,有时伴有肌质染色(22]。LT -β表达的肌肉纤维可以作为一个锚点吸引炎症细胞组织的网站。
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肌纤维坏死,意外的物理组织损伤引起的细胞死亡形式,是一种丰富的现象在DMD。然而,监管形式的细胞死亡也可参与肌肉损伤的发展。最近,一种规范的坏死,可由TNF -α全身receptor-interacting蛋白激酶活性,一直是公认的(23]。此外,特征明显的细胞凋亡过程遵循一系列程序的事件,依靠规范的表达特异性蛋白质信号细胞死亡。DNA分裂和细胞结构变化特点可以观察到凋亡过程的比目鱼肌(mdx老鼠24]。同时,凋亡细胞核的百分比更高DMD肌肉比控制(25]。一些细胞因子TNF家族成员积极参与细胞凋亡。FasL (TNFSF6)已被证明导致肌细胞凋亡在体外(26]。FasL mRNA表达相比,DMD患者的外周血淋巴细胞显著高于控制(16]。一小部分DMD的肌肉纤维Fas表达相应的受体(27]。诱导配体和受体可以与特发性炎性肌病(28),表明Fas / FasL-mediated凋亡参与DMD肌肉萎缩和退化。TNF-like弱诱导的细胞凋亡(调整;TNFSF12)是肌肉萎缩的主要诱导物(29日)和防喷器的肌肉再生(30.]。据我们所知,没有数据可用此刻关于调整表达模式。
3.2。白细胞介素
白细胞介素(IL),其中36个不同的形式已确定到目前为止,在免疫系统中发挥重要作用。此刻最重要的数据将讨论在这个标题下,除了引发趋化因子将讨论的部分。
促炎il - 1的参与在肌肉萎缩症仍然是一个有争议的话题。无论是il - 1α和il - 1β免疫反应性可能是一项研究调查8所示DMD肌肉样品(17),il - 1家族在DMD血清(据报道表达下调31日]。然而,另一项研究描述了il - 1β作为DMD增加肌肉(32]。同时,隔膜的mdx小鼠il - 1包含显著提高β比控制组小鼠mRNA水平(19),il - 1β蛋白质colocalizes浸润的巨噬细胞(20.]。
与促炎和抗炎细胞因子il - 6是一个属性。这是一个辅助T细胞2型Th2细胞因子,这意味着它促进IgE atropy和嗜酸性反应,抵消Th1-driven促炎反应。另一方面,il - 6展品促炎的活动通过转录因子核转录因子的激活b . DMD患者的血清中il - 6浓度明显高于(pg / mL)相比,健康的年龄组(pg / mL) [31日和遵循疾病时间进程32]。在DMD肌肉,il - 6 mRNA水平显示控制相比显著增加。水平随着年龄的增加:从4年岁26倍到148倍之间的5和9年(33]。阻断il - 6通过与单克隆抗体注射导致mdx增加肌肉炎症小鼠模型,进一步提出一种抗炎效果,可能通过调节肌肉修复(34]。
il - 10通过微分函数作为炎症的抑制作用不同的巨噬细胞亚型:M2巨噬细胞M1和激活表现型。M1中巨噬细胞功能Th1反应,产生大量的促炎细胞因子,而M2巨噬细胞促进血管生成和组织修复和重构35),这种现象也存在于肌肉(36]。il - 10可以防止生产Th1-associated肿瘤坏死因子等细胞因子-α和干扰素-γ(37]。其在mdx表达式是8到15倍增加股四头肌与野生型相比,肌肉,可能作为组织的一种保护性反射。il - 10空突变导致严重减少肌肉力量由于M1和M2巨噬细胞之间的不平衡38]。
IL-15具有促炎的特征的刺激T细胞增殖和NK-activity但也可以有利于组织的复苏增加肌原性的分化(39]。Mdx隔膜包含一些IL-15反应特别是邻近的炎症细胞。治疗用重组IL-15温和的合成代谢影响隔膜函数(40]。
IL-17发生是一种潜在的放大器持续的炎症和慢性炎症的发展中扮演着重要的角色和自身免疫。IL-17诱发肿瘤坏死因子-α,il - 1β,il - 6表达和刺激生产的趋化因子,如处于受控,CXCL5,引发,CCL2, CCL7 [41]。在DMD股四头肌肌肉IL-17信使rna诱导时检测不到控制肌肉,和表达与功能结果在6岁时42]。
3.3。干扰素
干扰素(IFN)家庭成员分给三个类。人类的I型干扰素(IFN -α干扰素-β和干扰素-ω)与先天免疫有关。唯一的人类干扰素干扰素- II型是促炎Th1细胞因子γ。干扰素-γ在mdx表达式是高架肌在疾病早期阶段当许多M1巨噬细胞存在(43]。在再生阶段的疾病,干扰素-γ消融导致肌肉纤维损伤,显著减少的影响可能通过观察到的变化介导的M2巨噬细胞表型(44]。在DMD肌肉,最强的干扰素-γ表达式是观察血管内皮细胞和间质T细胞(图1 (c))。
3.4。转化生长因子
转化生长因子(TGF)是一大群细胞因子,包括TGF -β1 - 3和肌肉生长抑制素。TGF家族的一些成员扮演重要角色的监管者骨骼肌内稳态和继承和收购涉及肌肉紊乱。
TGF -β是重要角色的多效细胞因子在炎症、细胞生长和组织修复45]。TGF -β是一个纤维发生的细胞因子,导致细胞外基质的合成和积累的组件。在成人肌肉,TGF -β消极地影响骨骼肌卫星细胞增殖再生通过抑制和肌纤维融合。TGF -β1 mRNA水平明显高于30-day-old GRMD比健康的狗。TGF -β免疫反应性主要是局限于动物个体之间的结缔组织和变化。有趣的是,在成人GRMD狗TGF -βmRNA水平降低的水平低于正常狗(46]。TGF -β1激活似乎与DMD肌肉萎缩有关。TGF -β1的表达,主要来自肌成纤维细胞,是最为明显的早期阶段肌肉纤维化和山峰之间2和6岁(47]。成纤维细胞从DMD肌肉活检不同于控制成纤维细胞,显示较高的扩散。此外,DMD肌源性纤维母细胞含有明显高于TGF -βTGF -蛋白质含量,但类似的水平β1存在mRNA在控制48]。特殊利益来确定病人的预后是潜在的单体型TGF -β结合蛋白4基因已被证明与长时间步行DMD患者(49]。
特定肌肉生长抑制素(TGF -骨骼肌β8)是肌肉生长的抑制剂。Mdx老鼠缺乏肌肉生长抑制素显示减少纤维化的隔膜和肌肉强壮且超过正常的Mdx同行(50]。另一项研究发现,肌肉生长抑制素表达下调在肌肉从DMD婴儿以及症状的病人51)表明这个途径可能在人类疾病从而减少对肌肉萎缩。Myofibroblasts准备从DMD活检,然而,已被证明肌肉生长抑制素mRNA水平表达显著高于控制(48]。
4所示。趋化因子
趋化细胞因子和趋化因子分为家庭根据他们的一级结构(大多数属于α(CXCL)或β(CCL)的家庭)和发挥其生物功能绑定G protein-coupled受体(52]。趋化因子与其他细胞因子和粘附分子及其活动方式进一步比白细胞炎症网站的吸引力。例如,CCL17已经证明可以提高组织纤维化(53]。而健康的骨骼肌的趋化因子表达谱相当有限,许多趋化因子诱导或调节营养不良的肌肉(表1和2)[54- - - - - -58]。个体肌肉组织分布一些趋化因子的确定和显示他们可以被分配到不同炎性细胞,血管内皮细胞,和/或肌肉纤维本身(图2)。三种趋化因子,CXCL8(引发)CCL2, CCL5,站出来效应器DMD的M1巨噬细胞的细胞毒性活动。CCL2 upregulation特别是似乎肌肉萎缩症的早期事件,出现在DMD岁前2年(55和检测在14日旧mdx老鼠57]。
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5。与肌炎的起源
肌营养不良是一个临床、生化反应和基因异质群体的疾病(59]。肌营养不良蛋白基因突变也不只是负责demand media,导致其他光谱和x染色体相关条件,如温和的贝克尔肌肉萎缩症(BMD)、心肌病和精神发育迟滞。同时,缺陷在其他dystrophin-associated蛋白质引起疾病,包括常染色体隐性遗传的肢带肌营养不良。在许多亚型,肌肉炎症和肌肉萎缩导致疾病进展,可能暗示细胞因子和趋化因子的发病机理。例如,人肌内膜和血管周的炎症的存在是一个建立的标志dysferlinopathy [60]。
相比相对有限的出版模式数据,大量的报告可以在细胞因子的表达在不同的特发性炎性肌病(IIM),其中包括皮肌炎(DM)、多发性肌炎(PM)和零星的包涵体肌炎(IBM) [61年]。这允许对一些比较主要肌肉炎症IIM dystrophy-associated肌肉炎症。在单个BMD患者中多路复用细胞因子免疫测定研究,CCL2 11 pg / mg肌肉蛋白水平,而在每个IIM组6例45±51 (DM), 15±9 (PM)和13±9 (IBM),分别为(62年]。在DMD股四头肌肌肉,TNF -α、il - 6和CCL2 mRNA水平低于少年DM (42]。观察到的更为温和的表达水平可能是指示性的次要性质肌肉炎症与主炎症IIM的起源。虽然毫无疑问是普遍的炎症过程,数据也指向特定角色DMD的细胞因子和趋化因子。M1巨噬细胞表达谱的奇特的DMD和IIM比较。还在IIM CXCR3的强烈表达,是肌肉浸润T细胞,观察显示他们的参与Th1免疫反应。这种极化的T细胞在DMD肌肉不明显。事实上,肌肉浸润T细胞在DMD表达非常有限的趋化因子相比,IIM同行(54]。
6。关联模式疾病管理
医学界仍然等待着时代的到来分子抗肌萎缩蛋白打捞疗法(63年]。在这方面,外显子跳过(64年和抑制停止密码子65年)被认为是增加功能的肌营养不良蛋白表达的策略。然而,出现临床试验的结果,更尤其是使用AAV-mediated mini-dystrophin,暗示重要收购T细胞免疫针对肌营养不良蛋白的蛋白质(66年]。早些时候,它被假定这样的启动不太可能,由于许多患者回复突变体纤维的存在将理论上维护免疫系统的抗肌萎缩蛋白替代。尽管如此,这是越来越明显,监测细胞免疫反应将优先考虑在所有正在进行的和未来的实验疗法旨在增加肌营养不良蛋白的数量积极的肌肉纤维。最近的一项研究表明,循环,抗肌萎缩蛋白致敏T细胞经常遇到在DMD,随着年龄的增长,增加和减少糖皮质激素治疗(67年]。
免疫抑制,特别是注射糖皮质激素,仍然是今天的标准治疗模式。尽管抗炎治疗可能增加年DMD病人移动,类固醇与重要的不利影响(68年]。炎症因素驱动的特性和指导特定子集的白细胞的组织提出了希望尝试更有选择性免疫调节干预。策略旨在中和个人细胞因子和趋化因子可以减少副作用的方法。
6.1。针对罪犯的同时,仍能保留的保护者
专门针对细胞因子和趋化因子的促炎的活动,如肿瘤坏死因子-α,正在探索中。肿瘤坏死因子-α中和抗体英夫利昔单抗在mdx延迟和减少肌肉损伤小鼠(69年]。可溶性TNF-receptor道,二聚的融合蛋白组成的人类的一个细胞外配体结合部分我TNF-receptor人类免疫球蛋白与Fc的部分,减少肌肉纤维化(70年)和坏死(71年]。chemokine-mediated信号的中断也似乎乍一看,一个有吸引力的治疗的可能性。的方法可能是选择性地阻断趋化因子受体与分解代谢的关键角色通过小分子拮抗剂,抗体,结合蛋白或蛋白受体激动剂(72年]。几种趋化因子受体抗体进入诊所,其中包括一个名为MLN1202的anti-CCR2单克隆抗体(千禧年制药、剑桥、马、美国)正在尝试各种炎性疾病。然而,战略目标趋化因子系统存在某些固有的困难。首先,一些趋化因子上调DMD。的冗余功能的一部分,他们很难设计有效的治疗干预措施。其次,可能会有相当大的inter-patient可变性以及疾病的阶段之间的区别。更多的研究是必要的,以解决这些问题。第三,趋化因子可以有福利组织恢复,通过激活肌肉纤维再生和招募non-cytotoxic巨噬细胞亚群,刺激肌肉组织重建73年]。例如,当考虑到anti-CCR2大道,其配体CCL2有潜力推动慢性炎症,但CCL2肌肉再生的重要性也被认可(74年,75年]。
此外,战略旨在中和纤维化细胞因子或细胞因子与肌肉萎缩治疗DMD正在探索中。例如,TGF -β1拮抗剂pirfenidone改善心脏功能在mdx老鼠76年]。TGF -β拦截器苏拉明减少纤维化并提供好处在握力mdx老鼠(77年]。TGF -β中和抗体减少纤维化和改善再生在mdx老鼠78年]。抑制肌肉生长抑制素的中和抗体(79年),可溶性诱饵受体(80年),或肌肉生长抑制素绑定前肽(81年也被提出。一个在体外模型,使用结节DMD的肌源性成纤维细胞种植到固体基质,开发,允许方便筛选潜在的antifibrotic代理(82年]。
6.2。重组免疫反应
虽然M1巨噬细胞有一个破坏性的细胞因子,M2表型促进血管生成,组织修复和重建。在mdx肌肉,M1巨噬细胞在早期占优势,急性期。平衡技巧到M2表型的再生和进步的阶段的疾病。换句话说,M1和M2的平衡发展有益与M1巨噬细胞发生失活,在疾病发展过程从急性坏死再生阶段。M1密度与年龄显著减少mdx比目鱼肌(4和12周)(43]。这可能占mdx的温和的疾病表型小鼠与人类疾病相比,相比之下百分比的M1和M2巨噬细胞表型明显常数DMD肌肉在不同疾病阶段(54]。治疗药物调节M1和M2的平衡有利于M2表型,如大麻素CB2受体受体激动剂,可以有利于患者(83年]。有趣的是,糖皮质激素等也被证明有利于巨噬细胞表型的改变,M1巨噬细胞的数量减少一半的病人接受强的松(0.75毫克/公斤/天)6个月(84年]。
7所示。结论
在瘠薄骨骼肌,积累的一部分肌肉损伤是由于持续激活炎症细胞,而不是直接的机械损伤。当前的知识,其中很大一部分是总结综述,支持一个重要的和多样化的角色DMD-associated肌肉炎症细胞因子和趋化因子。这一事实的趋化因子表达由肌肉纤维直接表明chemotaxic本身导致的组织过程中,积极延长慢性炎症。
缩写
| 弹道导弹防御: | 贝克尔肌肉萎缩症 |
| 创新领导力: | Beta-chemokine |
| CXCL: | Alpha-chemokine |
| 模式: | 杜氏肌萎缩症 |
| GRMD: | 金毛猎犬肌肉萎缩症 |
| 手足口病: | 肥厚性猫科动物肌肉萎缩症 |
| IIM: | 特发性炎性肌病 |
| 干扰素: | 干扰素 |
| IL: | 白介素 |
| TGF: | 转化生长因子 |
| 肿瘤坏死因子: | 肿瘤坏死因子。 |
确认
作者感谢教授让-雅克•马丁的超微结构的神经病理学,Born-Bunge研究所,安特卫普大学和安特卫普大学医院,比利时,提供病人活检和专家意见。