文摘
粒细胞集落刺激因子(g - csf)最初发现在造血作用的背景下。然而,g - csf受体的识别(G-CSFR)表达在造血系统显示为g - csf更广泛的角色,尤其是在组织修复和再生。剧烈运动后骨骼肌损伤,包括,诱发海拔在等离子体g - csf,暗示这是一个潜在的中介骨骼肌修复。这是支持的临床前研究和临床试验研究g - csf作为一个潜在的治疗代理相关的疾病。本文关注的是日益增长的文献与g - csf和G-CSFR骨骼肌在健康和疾病条件下并突出当前的争议。
1。粒细胞集落刺激因子(g - csf)
粒细胞集落刺激因子(g - csf)是一种糖蛋白第一个公认为可以促进中性粒细胞殖民地的形成从骨髓细胞在软琼脂1,2]。内生产量很大程度上刺激g - csf的感染和组织损伤。尽管许多细胞类型可以产生g - csf,它主要是由免疫细胞如巨噬细胞以及内皮(3,4)和同源受体结合。作为Neupogen®(白细胞生成素)(安进®),重组引入g - csf第一阶段临床试验在1980年代中期,恢复中性粒细胞数量在接受化疗的患者5]。g - csf政府的主要症状是免疫缺陷,尤其是中性粒细胞减少。它是用来治疗严重慢性中性粒细胞减少(SCN)和中性粒细胞缺乏与白血病和其他造血障碍(6- - - - - -9),以及化疗引起的中性粒细胞减少(10- - - - - -12),骨髓消融在移植后(13,14),或抗病毒药物引起的中性粒细胞缺乏15]。重组g - csf管理皮下注射或静脉注射血清浓度最大,约40 - 50 ng / ml后达到[2 - 8小时16]。在低剂量,g - csf动员外周血祖细胞,其应用程序用于血液银行程序,基本上消除了需要骨髓移植(17,18]。
2。粒细胞集落刺激因子受体(G-CSFR)和细胞内的信号通路
g - csf的生物活性是通过特定的同源受体介导(G-CSFR)属于类我细胞因子受体超家族3,19,20.]。G-CSFR有巨大的糖基化的细胞外区域,包括一个氨基端免疫球蛋白(Ig)域、细胞因子受体同源性(CRH)领域,和三个纤连蛋白类型III (FBN)域21)(图1)。CRH是一个大约200个氨基酸序列,由四个保守的半胱氨酸残基,Trp-Ser-X-Trp-Ser (WSXWS)主题类的一个标志我细胞因子受体(22]。CRH域参与配位识别是必不可少的两个或两个以上的二聚连锁受体和信号转导的关键(23]。搞笑和FBN域导致受体稳定。细胞外域分开胞内域的短跨膜序列。细胞,membrane-proximal域包含保存盒1盒2主题和酪氨酸残基(Y704)对增殖的重要信号24)(图1)。少远域包含一个保存盒3主题与受体相关交易(25)和三个额外的酪氨酸残基(Y729、Y744 Y764)重要的增殖,分化,和生存24,26)(图1)。在中性粒细胞进行的研究显示,只有少数需要被g - csf受体引起最大生物反应(27,28]。
结扎的g - csf引起构象变化G-CSFR激活Janus激酶家族成员(JAK2, JAK1和TYK2),胞质酪氨酸激酶与盒子1 (24)(图1)。随后激活木菠萝使磷酸化G-CSFR复杂,创建网站的各种信号分子对接。这包括统计的转录因子家族成员(29日,30.),特别是STAT3和在较小程度上STAT1和STAT531日],homo -或二聚化和把细胞核DNA结合并激活响应基因的转录32]。还招募了Src酪氨酸激酶家族的成员,特别是林恩和Hck激活phosphatidylinositol-3-kinase (PI3K) [33,34]这反过来磷酸化和Akt [35,36)(图1)。Akt,丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶,扮演一个角色在许多细胞过程中如葡萄糖代谢、细胞存活、细胞增殖,并通过大量的蛋白质合成下游目标(37- - - - - -40),是一个重要的信号通路在骨骼肌。招聘Y704 Grb2 /人体自燃的复杂和Y764导致激活MAPK的家庭成员,ERK1 ERK / 2,通过RAS /皇家空军/ MEK途径[41)(图1)。ERK1/2把原子核和激活多种转录因子和蛋白激酶磷酸化p90核糖体S6激酶(p90RSK)启动蛋白质合成42]。
这些信号通路出现保存在许多组织表达功能G-CSFR现在假设。例如,g - csf PI3K / Akt通路被激活的神经元培养(43]。JAK / STAT信号通路(44)和PI3K通路(45)被激活后心肌梗死和/或心脏衰竭,类似地,JAK / STAT信号通路被激活在培养心肌细胞(44]。在骨骼肌,JAK / STAT和PI3K / Akt途径被认为是由g - csf激活肌肉损伤的啮齿动物模型(46),在培养肌肉细胞在体外(47]。因此,不足为奇的是g - csf治疗建议作为一个潜在的治疗目标广泛的疾病在造血系统。
3所示。g - csf / G-CSFR在造血系统
表达G-CSFR主要是在细胞的造血系统最高的表达在中性粒细胞(48,49]。g - csf是众所周知的造血细胞因子刺激增殖,分化,和功能的骨髓祖细胞和造血干细胞和祖细胞的动员48,49]。近年来,G-CSFR表达已被确定在造血系统外细胞(24,48),表示更大的作用。G-CSFR表达在神经胶质细胞神经发育(50),g - csf显示疗效在神经组织(43,51,52]。大鼠皮质神经细胞凋亡能受到保护而死亡在体外g - csf后治疗(43]。g - csf减毒凋亡的死亡和改善脊髓损伤的功能结果在实验模型(53,54)和运动功能和寿命的SOD1 (G93A)转基因小鼠肌萎缩性脊髓侧索硬化症(ALS)的啮齿动物模型(55]。g - csf治疗也提高内存的啮齿动物模型阿尔茨海默病(56),而导致缺血性中风后再生(57,58]。同样,G-CSFR已被确定在心肌细胞和g - csf刺激心脏肌细胞增殖在鼠标开发(59]。改善心脏功能和实验性心肌梗死后心肌细胞生存与g - csf啮齿动物观察治疗(44]。
大量的临床试验已经完成在急性心肌梗塞后病人60]。虽然早期研究表明显著改善左心室舒张末期容积和射血容量(61年,62年],其他人没有[63年,64年]。荟萃分析不能得到明确的答案,g - csf的好处后心脏损伤(65年]但g - csf的有利影响文献继续占据主导地位。同样的,一个小的临床试验证明在中风患者神经功能改善管理的g - csf (57),而舞台活动花絮临床试验证实,g - csf在高剂量是安全的中风患者(66年]。然而,一个更大的IIb阶段临床试验得出的结论是,g - csf对中风患者没有传授积极作用时进行静脉注射卒中发病(≤9小时67年]。
4所示。g - csf在骨骼肌的作用
g - csf的和良好的治疗药物,越来越多的教条的上下文中,它是有益的造血系统外的修复和再生。最近,越来越多的证据表明g - csf骨骼肌肌肉疾病的治疗。然而,冲突的结果表明,仍有许多理解之前,g - csf可视为治疗药物在骨骼肌。
肌肉拉伤,包括剧烈运动造成的,与等离子体g - csf的增加有关。例如,最大的跑步机运动在冬季运动精英运动员,马拉松赛跑,同心和偏心耐力跑步机跑步,和温和的和强烈的抵抗运动都会增加循环g - csf水平运动后立即(68年,69年]。假设,运动后的g - csf水平升高在中性粒细胞动员中发挥作用和延迟运动型中性粒细胞凋亡,这是重要的激活先天免疫反应运动(68年,69年]。它也可能采取行动提升祖细胞动员,这将进一步增强这种效果。当然,系统性的g - csf水平与祖细胞动员耐力后,电阻,偏心运动模式(70年]。
老鼠缺乏G-CSFR (G-CSFR−−/)是粒细胞减少性否则正常发育和区别他们的同胞47,71年]。然而,有一个建议,g - csf G-CSFR肌肉增长和发展的基础−−/老鼠比野生型同窝出生的小肌肉股直肌肌肉似乎有一个较小的直径(47]。这不过是有争议的,因为我们没有观察到横截面积的差异(68年]。g - csf / G-CSFR增长和发展的基础是加强肌肉细胞的观察在体外在应对生产g - csf stretch-induced损害(72年)和炎症治疗后如长链游离脂肪酸(73年)和脂多糖(LPS)治疗[74年]。此外,在mdx老鼠不断退化和再生时,等离子体水平升高,而当地肌肉减少g - csf (75年]。自从g - csf配体/受体结合内化和退化的原因复杂,它可能是假定高g - csf提供保护信号和g - csf政府促进肌肉再生和改造和/或可能影响底物利用率导致更好的功能结果。
各种啮齿动物模型已经被用来探讨g - csf作为治疗治疗肌肉再生。例如,g - csf政府改善复苏后肌肉挤压伤,显著提高肌肉力量在雄性Wistar鼠(76年]。这是与适度减少细胞凋亡有关,增加了再生纤维的数量,增加卫星细胞的激活。同样,老鼠注射蛇毒引起骨骼肌坏死增加了再生和活化已知的合成代谢信号通路,如Akt, g - csf后骨骼肌治疗(46]。改善肌肉再生和提高生存率与外生g - csf观察治疗肌肉萎缩症的小鼠模型(77年,78年),而肌萎缩性脊髓侧索硬化症(ALS)的啮齿动物模型提高了运动机能和肌肉纤维g - csf治疗后大55%55]。在将来的研究中与pegfilgrastim治疗ALS的啮齿动物模型,一种持久的g - csf减毒炎症和增加存活率(79年]。因此,外源g - csf治疗可能有利于肌肉当浓度高于生理水平升高约40 - 50 ng / ml [16]。这与适度的峰值浓度生理浓度观察运动后(70年,80年]。
在人类临床试验,最近几项研究已经使用g - csf作为治疗神经肌肉疾病的有前景的结果相关肌肉功能的结果。具体地说,佐久间et al。81年和山崎等。82年]证明改善神经功能治疗后10μ克/公斤g - csf与胸脊髓病学科。这是符合这一组的以前的工作83年,84年)在脊髓损伤后运动功能的改善啮齿动物被观察到。加藤et al。85年]证明减少疼痛患者压缩脊髓病。此外,改善功能结果和独立与低剂量治疗后观察g - csf在单个病人颈脊髓损伤导致四肢瘫痪(86年]。最后,改善上肢肌肉力量和减少下肢痉挛状态中观察患者脊柱后侧凸(87年]。有前途的考虑,g - csf实际上可能影响骨骼肌,从而导致功能改进。但考虑到这些疾病条件下有明显的神经通路的参与,和g - csf是一种已知的神经保护药物;也似是而非的g - csf没有直接影响作用于神经肌肉组织。
4.1。在骨骼肌g - csf的信号
2009年,Naito et al。46)使用一种蛇毒引起肌肉损伤的方法。三天前,5天蛇毒后,g - csf是管理。观察肌肉再生增加肌原性的卫星细胞的增加。有趣的是,这项研究还表明,一种蛋白激酶/ GSK-3β信号通路被激活,暗指肌肉再生的可能性被G-CSFR的胞内信号通路促进骨骼肌。2011年,骨髓和G-CSFR交叉移植−−/老鼠证明骨髓细胞并没有导致G-CSF-mediated肌肉再生(47),建议直接g - csf对骨骼肌组织的影响。这些研究表明,g - csf可直接通过其受体在骨骼肌和激活下游信号通路对骨骼肌生长发育很重要。这促使调查的可能性功能G-CSFR骨骼肌卫星细胞和成熟。
在老鼠的一项研究表明表达G-CSFR C2C12成肌细胞,免疫印迹和免疫组织化学与降低水平分化期间(47]。然而,使用的特异性抗体已经被别人质疑(88年]。利用rt - PCR,其次是PCR产物测序,我们确定了G-CSFR mRNA的表达在成肌细胞和分化肌管和成熟的人类和小鼠的肌肉起源(75年]。此外,我们用免疫印迹技术与适当的积极的和消极的控制,证实存在多个G-CSFR蛋白质的糖基化的形式(75年)与观测符合研究造血细胞(89年]。因此,我们得出这样的结论:G-CSFR骨骼肌中表达。
重要的是地址是否g - csf实际上结扎G-CSFR和激活细胞内信号通路的G-CSFR骨骼肌。已知的g - csf Jak / STAT等信号通路,PI3K / Akt,增殖蛋白激酶(MAPK)信号通路是骨骼肌被认为是重要的。例如,STAT3最广泛研究了g - csf信号通路,已经涉及到C2C12成肌细胞增殖(90年,91年)和啮齿动物骨骼肌的再生在活的有机体内(92年]。此外,STAT3信号通过JAK1防止过早分化C2C12成肌细胞(93年),而STAT3信号通过JAK2积极监管C2C12分化(94年]。因此,g - csf在肌肉细胞增殖和分化的作用可能有所不同取决于木菠萝激活。例如,化学抑制Jak2会使转录因子myoD MEF2,和目标击倒的Jak2 siRNA导致下调myoD和MEF2目标基因转录(94年]。相比之下,siRNA-targeted击倒Jak1增加myoD MEF2以及MEF2目标基因(93年]。有趣的是,很少有研究在肌肉细胞信号进行实验处理g - csf没有测量木菠萝激活,而他们的注意力集中在下游目标,主要STAT3信号。
下游Jak-STAT信号,Akt激活是一个截然不同的地区对g - csf G-CSFR结扎的造血细胞(95年],一种蛋白激酶是一种最广泛研究蛋白激酶在骨骼肌生物学。既定的表达活性Akt1鼠标myofibre增加骨骼肌肥大和肌肉37,96年),而抑制Akt导致肌肉萎缩(97年,98年]。此外,纯合显性负Akt1老鼠表现出生长阻滞在开发期间,显著降低体重和减少寿命(97年]。肌肉细胞,通过Jak2-STAT3-PI3K Akt激活g - csf可能会增加扩散。同样,由g - csf Erk1/2激活导致白血病细胞株的增殖增加通过Jak2-dependent通路(aml - 19399年]。在小鼠成肌细胞,积极ERK信号调节增殖的抑制ERK2块G1年代相变促进分化(One hundred.]。因此,g - csf激活Jak2-STAT3可以激活ERK信号导致肌肉细胞增殖。
不幸的是,g - csf对骨骼肌细胞的直接作用及其信号通路仍然模棱两可(图1)。相互矛盾的证据在C2C12成肌细胞和肌管的一项研究表明,g - csf提高成肌细胞增殖和激活STAT3, Akt, Erk1/2 [47支持这一概念,g - csf对骨骼肌细胞有直接影响(图2(一个))。相比之下,没有观察到的变化扩散C2C12成肌细胞和g - csf含量在400 pg / ml - 100 ng / ml [75年],STAT3磷酸化的变化,一种蛋白激酶,Erk1/2归因于媒体补充而不是g - csf的影响(75年]。所使用的浓度Hara et al。47)(< 375 pg / ml)明显低于赖特et al。75年)(400 pg / ml - 100 ng / ml),同样远低于剂量与高表达细胞株使用G-CSFR [44,101年,102年]。此外,产生的结果Hara et al。47)符合媒体变化观察到莱特等。75年]。不幸的是Hara等所使用的方法。47)是模糊的,不清楚的g - csf管理有或没有新鲜的媒体,也没有时间点控制。因此,这些结果进行解释时应特别谨慎,g - csf很可能没有这些信号通路激活在健康肌肉细胞体内。零效果的g - csf尽管功能与csf受体是一致的,尽管在骨骼肌细胞受体的存在,csf未能引起直接的生物效应(103年]。因此,健康的细胞可能对g - csf细胞治疗和可能需要在压力下G-CSFR可能促使细胞表面(图2 (b))。这是由我们的研究支持在C2C12肌管显示g - csf治疗可以增强LPS-mediated il - 6生产(74年)和部分缓解dexamethasone-induced异化的环境(104年),没有影响non-LPS细胞治疗。因此,g - csf / G-CSFR信号实际上可能需要炎症或在骨骼肌功能异化的状态。有趣的是,il - 6−−/巨噬细胞产生更少的g - csf (105年]。il - 6−−/巨噬细胞与成肌细胞增殖减少和肌肉再生在活的有机体内是有趣的建议减少g - csf生产造成这种反应。第三种可能性是,g - csf并不直接刺激肌肉细胞。当然,所有的啮齿动物临床前和临床试验表明改进的功能与g - csf治疗炎症和/或异化的本质上是似是而非的g - csf影响炎症细胞修复过程(图作出贡献2 (c))。
(一)
(b)
(c)
5。结论和未来的发展方向
外生的应用g - csf治疗骨骼肌最近相关探索,越来越多的研究证明了有益的作用。然而,g - csf / G-CSFR骨骼肌的确切作用尚不清楚,未来的研究是必要的。事实上,骨骼肌细胞是否表达功能G-CSF-R仍然是有争议的,部分原因在于可用特异性的抗体。同样,它仍然是未知的,如果信号通路被激活骨骼肌中直接将从细胞培养模型不同的结果。因此,问题在于是否g - csf直接作用于受损的肌肉细胞改善肌肉健康或行为等其他细胞的造血起源、内皮细胞和/或神经细胞调节有利于骨骼肌再生的微环境。需要明确确定g - csf受体表达在骨骼肌和结扎是否发生。一种可能性是进行免疫沉淀反应分析;一种技术用于确定(蛋白质间交互作用106年]。这后,阳性的击倒G-CSFR应考虑确定G-CSFR治疗直接影响骨骼肌。这可能是通过一个阳性诱导Cre / lox应变[107年)或通过使用CRISPR技术更具成本效益的斑马鱼108年]。更简单,阐明骨骼肌的信号通路,过度的下游信号目标如Jak1和Jak2可能增加g - csf在骨骼肌细胞体外生物活性并提供确凿证据,g - csf G-CSFR激活信号通路在骨骼肌。
虽然有可喜的成果使用g - csf治疗骨骼肌肌肉疾病,g - csf未能引起心肌病和中风的有利影响的大型临床试验的受害者。尽管有希望的结果在体外和啮齿动物模型。骨骼肌可能相似,在早期有前途的信号从细胞培养和啮齿动物模型可能不会转化为g - csf是骨骼肌的现成的治疗药物。鉴于目前矛盾在肌细胞的文化信号的大G-CSFR抗体,我们可能需要更多的证据之前,g - csf治疗被认为是治疗肌肉疾病。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突有关的出版。
确认
这个手稿是基于工作的克雷格·罗伯特·莱特”角色和g - csf及其受体在调节骨骼肌”(21/10/2013),博士论文,迪肯大学109年]。论文是在迪肯大学举行的在线存储库。这项工作是支持的身体活动和营养研究所(IPAN),澳大利亚迪肯大学。作者要感谢亚历克斯Addinsall(迪肯大学),他的编辑技巧和艺术作品的贡献这手稿。