抑制BRD4減輕機(jī)械應(yīng)力誘導(dǎo)的TMJ OA樣病理變化

顳下頜關(guān)節(jié)骨關(guān)節(jié)炎（TMJ OA）的實(shí)質(zhì)是退行性關(guān)節(jié)病變，已經(jīng)證明，過大的機(jī)械應(yīng)力是造成TMJ OA 的重要病因。既往研究報(bào)道，軟骨變薄、軟骨下骨吸收和ECM損傷是過度機(jī)械應(yīng)力誘發(fā)的主要病理改變。最近，研究人員開始關(guān)注炎癥在TMJ OA中的作用。

溴結(jié)構(gòu)域蛋白4（BRD4）作為表觀遺傳的閱讀器能特異性識(shí)別并結(jié)合組蛋白上乙�；�賴氨酸，從而調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄過程。BRD4被認(rèn)為是許多炎癥性疾病的潛在治療靶點(diǎn)。BRD4還能調(diào)控破骨細(xì)胞分化，參與骨質(zhì)疏松。近年來，開發(fā)了幾種BRD4抑制劑，如JQ1，并被證明通過阻斷BRD4與乙�；�組蛋白之間的相互作用來抑制炎癥。因此，BRD4介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)是否也在TMJ OA 中起關(guān)鍵作用，引發(fā)了大家的興趣。

基于先前的研究，南京大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬口腔醫(yī)院口腔正畸科、同濟(jì)大學(xué)附屬口腔醫(yī)院口腔正畸科的研究團(tuán)隊(duì)曾假設(shè)抑制BRD4可以緩解由過度機(jī)械應(yīng)力引起的TMJ OA樣病理變化。為了證明這一假設(shè)并探索其機(jī)制，研究人員設(shè)計(jì)了體外IL-1β處理模型和體內(nèi)BRD4抑制劑JQ1和siRNA干擾的大鼠TMJ壓縮負(fù)荷裝置。研究證明了抑制BRD4可以減少超負(fù)荷機(jī)械應(yīng)力或IL-1β處理后TREM1介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)。相關(guān)內(nèi)容發(fā)表在 Clinical Epigenetics  期刊題為“BRD4 inhibition alleviates mechanical stress-induced TMJ OA-like pathological changes and attenuates TREM1-mediated inflammatory response”。
首先，為了探討抑制BRD4在過大的機(jī)械應(yīng)力（80 g）下是否對(duì)軟骨有保護(hù)作用，實(shí)驗(yàn)設(shè)置了4個(gè)實(shí)驗(yàn)組，包括對(duì)照組、JQ1組、機(jī)械力組（MF）和機(jī)械力加JQ1注射組（MF+JQ1）（圖1 a）。超負(fù)荷14 天后，軟骨厚度較對(duì)照組減少60%，軟骨下骨明顯破壞，擴(kuò)張血管附近有明顯的炎癥細(xì)胞浸潤（圖1 b）。而BRD4抑制劑JQ1可以緩解機(jī)械應(yīng)力過大引起的軟骨變薄，軟骨細(xì)胞數(shù)量增加。這些結(jié)果表明，BRD4抑制劑JQ1能有效減少過大的機(jī)械應(yīng)力引起的髁突軟骨變薄和軟骨細(xì)胞丟失（圖1 c）。通過觀察骨體積比例（BV/TV）、骨小梁數(shù)量（Tb.N）、骨小梁厚度（Tb.Th）、和骨小梁間隔（Tb.Sp）等骨微結(jié)構(gòu)參數(shù)，檢測髁突軟骨下骨形態(tài)的變化（圖1 d、e），結(jié)果表明，JQ1能抑制髁突軟骨下骨吸收，有利于在過大的機(jī)械應(yīng)力下維持軟骨下骨的正常形態(tài)結(jié)構(gòu)。
 
接下來，為了確認(rèn)抑制BRD4是否能抑制機(jī)械應(yīng)力誘導(dǎo)的軟骨炎癥，通過qRT-PCR和免疫組織化學(xué)檢測了體內(nèi)炎癥因子的表達(dá)。超負(fù)荷14 天后，Tnf-α、Il-1β和Il-6的mRNA水平明顯增加，而協(xié)同JQ1可以降低Tnf-α、Il-1β和Il-6 mRNA的表達(dá)（圖2 a）。然后，實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了TNF-α和IL-1β免疫組織化學(xué)染色和評(píng)分。結(jié)果與qRT-PCR的結(jié)果一致（圖2 b）。這些結(jié)果表明，BRD4抑制劑JQ1可以抑制機(jī)械應(yīng)力誘導(dǎo)的大鼠髁突軟骨中炎癥因子的表達(dá)。

先前的研究報(bào)告，IL-1β觸發(fā)軟骨細(xì)胞中促炎因子的產(chǎn)生，在TMJ OA 發(fā)育中起至關(guān)重要的作用。因此，實(shí)驗(yàn)以IL-1β為刺激物，研究體外抑制BRD4的抗炎作用，發(fā)現(xiàn)JQ1和siBRD4在體外都可以抑制IL-1β誘導(dǎo)的Brd4、Il-6、Tnf-α mRNA和內(nèi)源性Il-1β mRNA的增加（圖2 c）。這些結(jié)果表明，抑制BRD4可緩解體內(nèi)機(jī)械應(yīng)力過大和體外IL-1β誘導(dǎo)的炎癥因子的表達(dá)。
由于BRD4可以識(shí)別H3K27ac位點(diǎn)來調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄，實(shí)驗(yàn)還使用來自對(duì)照組和機(jī)械力組的軟骨樣本對(duì)H3K27ac抗體進(jìn)行了ChIP-seq，目的是鑒定超負(fù)荷機(jī)械應(yīng)力后軟骨細(xì)胞中重疊增加的BRD4結(jié)合位點(diǎn)和H3K27ac結(jié)合位點(diǎn)，并進(jìn)一步研究BRD4在機(jī)械應(yīng)力誘導(dǎo)的TMJ病理變化中的作用。在超負(fù)荷機(jī)械應(yīng)力后，共有522個(gè)基因鑒定出H3K27ac結(jié)合增加，346個(gè)基因鑒定出啟動(dòng)子區(qū)域BRD4結(jié)合增加（圖3 a）。熱圖中列出了17個(gè)與BRD4或H3K27ac結(jié)合增加的重疊基因（圖3 b）。

其中，發(fā)現(xiàn)4個(gè)基因與骨關(guān)節(jié)疾病有關(guān)，分別是Cystatin A、Mir-181d、Mir-181c和Trem1。髓樣細(xì)胞中表達(dá)的觸發(fā)受體1（TREM1）是一種近年來發(fā)現(xiàn)廣泛表達(dá)髓系細(xì)胞來源表面的炎癥激發(fā)受體�；�因軌跡表明，超負(fù)荷機(jī)械應(yīng)力可以增加BRD4和H3K27ac在Trem1啟動(dòng)子區(qū)域的co-occupancy（圖3 c）。由于專注于BRD4抑制的抗炎作用，并且Trem1是超負(fù)荷后與BRD4結(jié)合增加的一種促炎癥因子，因此假設(shè)BRD4調(diào)控的炎癥反應(yīng)可能由Trem1介導(dǎo)。 圖3    超負(fù)荷機(jī)械應(yīng)力增加了BRD4與包括Trem1在內(nèi)的17個(gè)基因啟動(dòng)子區(qū)域的H3K27ac的結(jié)合。（a）維恩圖描述了過度應(yīng)力后與BRD4或H3K27ac結(jié)合的富集基因數(shù)量的增加。（b）熱圖中列出了17個(gè)BRD4和H3K27ac結(jié)合增加的重疊基因。（c）對(duì)照組（上）和MF組（下）Trem1基因位點(diǎn)處BRD4和H3K27ac的ChIP-seq信號(hào)基因軌跡。y 軸顯示 ChIP-seq 信號(hào)的相對(duì)富集。x 軸描繪基因組位置。紅色箭頭表示Trem1的啟動(dòng)子區(qū)域。

研究發(fā)現(xiàn)，BRD4抑制劑JQ1和siBRD4均能降低體內(nèi)機(jī)械力或體外IL-1β誘導(dǎo)的Trem1 mRNA的表達(dá)。最后，實(shí)驗(yàn)構(gòu)建了siTREM1來研究TREM1是否可以調(diào)節(jié)其他炎癥因子。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，體外IL-1β誘導(dǎo)的內(nèi)源性Il-1β，Il-6和Tnf-α mRNA的增加被siTREM1降低。結(jié)合先前的發(fā)現(xiàn)，得出結(jié)論，抑制BRD4可以在機(jī)械應(yīng)力或IL-1β處理下調(diào)節(jié)TREM1介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)。
  圖4    BRD4在機(jī)械應(yīng)力誘導(dǎo)的TMJ OA 病理變化和軟骨細(xì)胞炎癥反應(yīng)中的作用。在細(xì)胞水平上，BRD4與炎癥相關(guān)基因和microRNA的啟動(dòng)子區(qū)域的結(jié)合在機(jī)械應(yīng)力刺激下增加。這種結(jié)合增強(qiáng)了Trem1和炎癥因子如Il-1β，Tnf-α和Il-6的轉(zhuǎn)錄。這些受體和炎癥因子表達(dá)后，加重了軟骨細(xì)胞的炎癥反應(yīng)。IL-1β誘導(dǎo)的炎癥是TREM1依賴性的，IL-1β和TREM1都受BRD4調(diào)節(jié)。該研究表明，BRD4在機(jī)械應(yīng)力誘導(dǎo)的TMJ 病理變化中起重要作用，尤其是軟骨炎癥反應(yīng)。TREM1參與BRD4對(duì)炎癥的表觀遺傳調(diào)控。

綜上所述，該研究首次關(guān)注抑制BRD4對(duì)過度機(jī)械應(yīng)力誘導(dǎo)的顳下頜關(guān)節(jié)病理變化的影響，并探討其機(jī)制。最終得出結(jié)論，抑制BRD4可以保護(hù)顳下頜關(guān)節(jié)免受軟骨變薄和軟骨下骨吸收，并通過調(diào)節(jié)機(jī)械應(yīng)力下的TREM1發(fā)揮抗炎作用。研究結(jié)果強(qiáng)調(diào)了抑制BRD4對(duì) TMJ OA 的保護(hù)作用，并表明JQ1可能是針對(duì)TMJ OA 的新型治療藥物。

參考文獻(xiàn)：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.
原文鏈接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33446277/
5.7 - 2-year Impact Factor (2022)
ISSN: 1868-7083

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