抑制BRD4减轻机械应力诱导的TMJ OA样病理变化，并减弱TREM1介导的炎症反应
颞下颌关节骨关节炎（tmj oa）的实质是退行性关节病变，已经证明，过大的机械应力是造成tmj oa 的重要病因。既往研究报道，软骨变薄、软骨下骨吸收和ecm损伤是过度机械应力诱发的主要病理改变。最近，研究人员开始关注炎症在tmj oa中的作用。
溴结构域蛋白4（brd4）作为表观遗传的阅读器能特异性识别并结合组蛋白上乙酰化赖氨酸，从而调控基因转录过程。brd4被认为是许多炎症性疾病的潜在治疗靶点。brd4还能调控破骨细胞分化，参与骨质疏松。近年来，开发了几种brd4抑制剂，如jq1，并被证明通过阻断brd4与乙酰化组蛋白之间的相互作用来抑制炎症。因此，brd4介导的炎症反应是否也在tmj oa 中起关键作用，引发了大家的兴趣。
基于先前的研究，南京大学医学院附属口腔医院口腔正畸科、同济大学附属口腔医院口腔正畸科的研究团队曾假设抑制brd4可以缓解由过度机械应力引起的tmj oa样病理变化。为了证明这一假设并探索其机制，研究人员设计了体外il-1β处理模型和体内brd4抑制剂jq1和sirna干扰的大鼠tmj压缩负荷装置。研究证明了抑制brd4可以减少超负荷机械应力或il-1β处理后trem1介导的炎症反应。相关内容发表在 clinical epigenetics 期刊题为“brd4 inhibition alleviates mechanical stress-induced tmj oa-like pathological changes and attenuates trem1-mediated inflammatory response”。
首先，为了探讨抑制brd4在过大的机械应力（80 g）下是否对软骨有保护作用，实验设置了4个实验组，包括对照组、jq1组、机械力组（mf）和机械力加jq1注射组（mf+jq1）（图1 a）。超负荷14 天后，软骨厚度较对照组减少60%，软骨下骨明显破坏，扩张血管附近有明显的炎症细胞浸润（图1 b）。而brd4抑制剂jq1可以缓解机械应力过大引起的软骨变薄，软骨细胞数量增加。这些结果表明，brd4抑制剂jq1能有效减少过大的机械应力引起的髁突软骨变薄和软骨细胞丢失（图1 c）。通过观察骨体积比例（bv/tv）、骨小梁数量（tb.n）、骨小梁厚度（tb.th）、和骨小梁间隔（tb.sp）等骨微结构参数，检测髁突软骨下骨形态的变化（图1 d、e），结果表明，jq1能抑制髁突软骨下骨吸收，有利于在过大的机械应力下维持软骨下骨的正常形态结构。
图1 jq1可以缓解超负荷机械应力引起的髁突软骨变薄和软骨下骨吸收。
接下来，为了确认抑制brd4是否能抑制机械应力诱导的软骨炎症，通过qrt-pcr和免疫组织化学检测了体内炎症因子的表达。超负荷14 天后，tnf-α、il-1β和il-6的mrna水平明显增加，而协同jq1可以降低tnf-α、il-1β和il-6 mrna的表达（图2 a）。然后，实验进行了tnf-α和il-1β免疫组织化学染色和评分。结果与qrt-pcr的结果一致（图2 b）。这些结果表明，brd4抑制剂jq1可以抑制机械应力诱导的大鼠髁突软骨中炎症因子的表达。
先前的研究报告，il-1β触发软骨细胞中促炎因子的产生，在tmj oa 发育中起至关重要的作用。因此，实验以il-1β为刺激物，研究体外抑制brd4的抗炎作用，发现jq1和sibrd4在体外都可以抑制il-1β诱导的brd4、il-6、tnf-α mrna和内源性il-1β mrna的增加（图2 c）。这些结果表明，抑制brd4可缓解体内机械应力过大和体外il-1β诱导的炎症因子的表达。
图2 brd4抑制可缓解过度机械应力和il-1β诱导的炎症因子的表达。
由于brd4可以识别h3k27ac位点来调节基因转录，实验还使用来自对照组和机械力组的软骨样本对h3k27ac抗体进行了chip-seq，目的是鉴定超负荷机械应力后软骨细胞中重叠增加的brd4结合位点和h3k27ac结合位点，并进一步研究brd4在机械应力诱导的tmj病理变化中的作用。在超负荷机械应力后，共有522个基因鉴定出h3k27ac结合增加，346个基因鉴定出启动子区域brd4结合增加（图3 a）。热图中列出了17个与brd4或h3k27ac结合增加的重叠基因（图3 b）。
其中，发现4个基因与骨关节疾病有关，分别是cystatin a、mir-181d、mir-181c和trem1。髓样细胞中表达的触发受体1（trem1）是一种近年来发现广泛表达髓系细胞来源表面的炎症激发受体。基因轨迹表明，超负荷机械应力可以增加brd4和h3k27ac在trem1启动子区域的co-occupancy（图3 c）。由于专注于brd4抑制的抗炎作用，并且trem1是超负荷后与brd4结合增加的一种促炎症因子，因此假设brd4调控的炎症反应可能由trem1介导。
图3 超负荷机械应力增加了brd4与包括trem1在内的17个基因启动子区域的h3k27ac的结合。（a）维恩图描述了过度应力后与brd4或h3k27ac结合的富集基因数量的增加。（b）热图中列出了17个brd4和h3k27ac结合增加的重叠基因。（c）对照组（上）和mf组（下）trem1基因位点处brd4和h3k27ac的chip-seq信号基因轨迹。y 轴显示 chip-seq 信号的相对富集。x 轴描绘基因组位置。红色箭头表示trem1的启动子区域。
研究发现，brd4抑制剂jq1和sibrd4均能降低体内机械力或体外il-1β诱导的trem1 mrna的表达。最后，实验构建了sitrem1来研究trem1是否可以调节其他炎症因子。结果发现，体外il-1β诱导的内源性il-1β，il-6和tnf-α mrna的增加被sitrem1降低。结合先前的发现，得出结论，抑制brd4可以在机械应力或il-1β处理下调节trem1介导的炎症反应。
图4 brd4在机械应力诱导的tmj oa 病理变化和软骨细胞炎症反应中的作用。在细胞水平上，brd4与炎症相关基因和microrna的启动子区域的结合在机械应力刺激下增加。这种结合增强了trem1和炎症因子如il-1β，tnf-α和il-6的转录。这些受体和炎症因子表达后，加重了软骨细胞的炎症反应。il-1β诱导的炎症是trem1依赖性的，il-1β和trem1都受brd4调节。该研究表明，brd4在机械应力诱导的tmj 病理变化中起重要作用，尤其是软骨炎症反应。trem1参与brd4对炎症的表观遗传调控。
综上所述，该研究shou ci关注抑制brd4对过度机械应力诱导的颞下颌关节病理变化的影响，并探讨其机制。最终得出结论，抑制brd4可以保护颞下颌关节免受软骨变薄和软骨下骨吸收，并通过调节机械应力下的trem1发挥抗炎作用。研究结果强调了抑制brd4对 tmj oa 的保护作用，并表明jq1可能是针对tmj oa 的新型治疗药物。
参考文献：huang z, yang r, zhang l, zhu m, zhang c, wen j, li h. brd4 inhibition alleviates mechanical stress-induced tmj oa-like pathological changes and attenuates trem1-mediated inflammatory response. clin epigenetics. 2021 jan 15;13(1):10. doi: 10.1186/s13148-021-01008-6. pmid: 33446277; pmcid: pmc7809762.
原文链接：pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33446277/
5.7 - 2-year impact factor (2022)
issn: 1868-7083
小编旨在分享、学习、交流生物科学等域的研究进展。如有侵权或引文不当请联系小编修正。
微信搜索公众号“naturethink”，了解更多细胞体外仿生培养技术及应用。
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基于先前的研究，南京大学医学院附属口腔医院口腔正畸科、同济大学附属口腔医院口腔正畸科的研究团队曾假设抑制brd4可以缓解由过度机械应力引起的tmj oa样病理变化。为了证明这一假设并探索其机制，研究人员设计了体外il-1β处理模型和体内brd4抑制剂jq1和sirna干扰的大鼠tmj压缩负荷装置。研究证明了抑制brd4可以减少超负荷机械应力或il-1β处理后trem1介导的炎症反应。相关内容发表在 clinical epigenetics 期刊题为“brd4 inhibition alleviates mechanical stress-induced tmj oa-like pathological changes and attenuates trem1-mediated inflammatory response”。
首先，为了探讨抑制brd4在过大的机械应力（80 g）下是否对软骨有保护作用，实验设置了4个实验组，包括对照组、jq1组、机械力组（mf）和机械力加jq1注射组（mf+jq1）（图1 a）。超负荷14 天后，软骨厚度较对照组减少60%，软骨下骨明显破坏，扩张血管附近有明显的炎症细胞浸润（图1 b）。而brd4抑制剂jq1可以缓解机械应力过大引起的软骨变薄，软骨细胞数量增加。这些结果表明，brd4抑制剂jq1能有效减少过大的机械应力引起的髁突软骨变薄和软骨细胞丢失（图1 c）。通过观察骨体积比例（bv/tv）、骨小梁数量（tb.n）、骨小梁厚度（tb.th）、和骨小梁间隔（tb.sp）等骨微结构参数，检测髁突软骨下骨形态的变化（图1 d、e），结果表明，jq1能抑制髁突软骨下骨吸收，有利于在过大的机械应力下维持软骨下骨的正常形态结构。
图1 jq1可以缓解超负荷机械应力引起的髁突软骨变薄和软骨下骨吸收。
接下来，为了确认抑制brd4是否能抑制机械应力诱导的软骨炎症，通过qrt-pcr和免疫组织化学检测了体内炎症因子的表达。超负荷14 天后，tnf-α、il-1β和il-6的mrna水平明显增加，而协同jq1可以降低tnf-α、il-1β和il-6 mrna的表达（图2 a）。然后，实验进行了tnf-α和il-1β免疫组织化学染色和评分。结果与qrt-pcr的结果一致（图2 b）。这些结果表明，brd4抑制剂jq1可以抑制机械应力诱导的大鼠髁突软骨中炎症因子的表达。
先前的研究报告，il-1β触发软骨细胞中促炎因子的产生，在tmj oa 发育中起至关重要的作用。因此，实验以il-1β为刺激物，研究体外抑制brd4的抗炎作用，发现jq1和sibrd4在体外都可以抑制il-1β诱导的brd4、il-6、tnf-α mrna和内源性il-1β mrna的增加（图2 c）。这些结果表明，抑制brd4可缓解体内机械应力过大和体外il-1β诱导的炎症因子的表达。
图2 brd4抑制可缓解过度机械应力和il-1β诱导的炎症因子的表达。
由于brd4可以识别h3k27ac位点来调节基因转录，实验还使用来自对照组和机械力组的软骨样本对h3k27ac抗体进行了chip-seq，目的是鉴定超负荷机械应力后软骨细胞中重叠增加的brd4结合位点和h3k27ac结合位点，并进一步研究brd4在机械应力诱导的tmj病理变化中的作用。在超负荷机械应力后，共有522个基因鉴定出h3k27ac结合增加，346个基因鉴定出启动子区域brd4结合增加（图3 a）。热图中列出了17个与brd4或h3k27ac结合增加的重叠基因（图3 b）。
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图3 超负荷机械应力增加了brd4与包括trem1在内的17个基因启动子区域的h3k27ac的结合。（a）维恩图描述了过度应力后与brd4或h3k27ac结合的富集基因数量的增加。（b）热图中列出了17个brd4和h3k27ac结合增加的重叠基因。（c）对照组（上）和mf组（下）trem1基因位点处brd4和h3k27ac的chip-seq信号基因轨迹。y 轴显示 chip-seq 信号的相对富集。x 轴描绘基因组位置。红色箭头表示trem1的启动子区域。
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图4 brd4在机械应力诱导的tmj oa 病理变化和软骨细胞炎症反应中的作用。在细胞水平上，brd4与炎症相关基因和microrna的启动子区域的结合在机械应力刺激下增加。这种结合增强了trem1和炎症因子如il-1β，tnf-α和il-6的转录。这些受体和炎症因子表达后，加重了软骨细胞的炎症反应。il-1β诱导的炎症是trem1依赖性的，il-1β和trem1都受brd4调节。该研究表明，brd4在机械应力诱导的tmj 病理变化中起重要作用，尤其是软骨炎症反应。trem1参与brd4对炎症的表观遗传调控。
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参考文献：huang z, yang r, zhang l, zhu m, zhang c, wen j, li h. brd4 inhibition alleviates mechanical stress-induced tmj oa-like pathological changes and attenuates trem1-mediated inflammatory response. clin epigenetics. 2021 jan 15;13(1):10. doi: 10.1186/s13148-021-01008-6. pmid: 33446277; pmcid: pmc7809762.
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