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子宫内膜异位症纤维化:IL-17C为什么会选择性放大促纤维化M2样巨噬细胞
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PREFACE 00

前言

子宫内膜异位症研究中,炎症和纤维化经常被放在同一条病理链上:异位内膜反复出血和损伤,引起腹腔炎症,随后成纤维细胞和内膜间质细胞持续活化,最终形成胶原沉积、组织硬化和粘连。但真正进入机制研究以后,一个很重要的问题始终没有完全解决:大量炎症因子同时存在于病灶和腹腔液中,为什么某些炎症信号会更明显地推动促纤维化巨噬细胞状态,并最终把炎症转化为稳定的细胞外基质沉积?

近期研究把IL-17C放到了这条病理链的上游。与研究较多的IL-17A不同,IL-17C更多由上皮细胞和基质细胞产生,在子宫内膜异位症病灶和腹腔液中明显升高,其受体IL-17RE又富集于病灶相关巨噬细胞区域。更值得关注的是,阻断IL-17C以后,病灶中的CD206阳性M2样巨噬细胞明显减少,而代表另一类炎症状态的巨噬细胞并没有同步下降;体外给予IL-17C,同样更容易增加CD206、CD163等M2样表型,并进一步增强内膜间质细胞的MAPK/ERK信号和细胞外基质生成。

这意味着IL-17C可能并不是简单地把整个炎症环境一起放大,而是在特定病灶微环境中优先推动一种更有利于组织修复、基质重塑和纤维沉积的巨噬细胞状态。子宫内膜异位症纤维化由此可以被重新拆成一条更具体的细胞通讯链:病灶局部IL-17C升高→IL-17RE相关巨噬细胞状态改变→促纤维化M2样巨噬细胞积累→内膜间质细胞MAPK信号增强→肌成纤维样转化和细胞外基质持续沉积。

导读

一、子宫内膜异位症为什么要把纤维化从“结果”变成研究主线 二、IL-17C为什么与传统的IL-17A研究逻辑不同 三、IL-17C为什么更容易放大M2样巨噬细胞状态 四、M2样巨噬细胞如何把信号继续传给内膜间质细胞 五、MAPK/ERK为什么成为炎症向纤维化转换的重要节点 六、围绕IL-17C—巨噬细胞—间质细胞如何建立实验闭环 七、动物模型和检测指标应该怎样围绕纤维化设计 八、这条机制继续往下做,真正值得追的还有哪些问题

一、子宫内膜异位症为什么要把纤维化从“结果”变成研究主线

子宫内膜异位症病灶并不是长期保持一个稳定的“异位内膜”状态。异位组织在腹腔、卵巢或其他部位反复经历出血、炎症、修复和组织重塑,随着病程延长,腺体和典型内膜结构甚至可以逐渐减少,而胶原、纤维连接蛋白、平滑肌样细胞和致密细胞外基质不断增加。在部分卵巢子宫内膜异位囊肿中,晚期区域已经可以表现为明显纤维组织主导的结构;深部浸润型病灶和盆腔粘连同样具有突出的纤维化特征。

因此,如果只用病灶面积或者异位组织数量评价疾病,容易忽略一个很重要的变化:病灶可能没有明显继续扩大,但组织已经越来越硬,周围器官之间的粘连、牵拉和神经压迫仍在继续。对于疼痛、器官功能受损以及术后残留病灶来说,纤维化本身就可能成为独立的疾病维持因素。

从实验角度来看,纤维化也不能简单等同于“Masson染色变蓝”或者“α-SMA升高”。真正需要解释的是,哪些细胞最先进入促纤维化状态,什么信号使这种状态持续存在,以及病灶细胞、巨噬细胞和间质细胞之间怎样形成稳定的正反馈。

传统思路经常把慢性炎症放在上游,再把TGF-β、α-SMA和胶原放在下游,但中间的细胞转换过程相对模糊。IL-17C相关研究的价值就在这里:它把“炎症因子升高”进一步拆成了“特定炎症因子选择性塑造巨噬细胞状态,再由巨噬细胞推动间质细胞纤维化”的连续过程。

二、IL-17C为什么与传统的IL-17A研究逻辑不同

IL-17家族中,IL-17A是最熟悉的成员,通常与Th17细胞、中性粒细胞募集和经典促炎反应联系在一起。子宫内膜异位症中也早已有IL-17A升高、炎症因子释放增强以及病灶生存相关的研究。如果继续沿着同一思路研究IL-17C,很容易把它理解成“另一个IL-17炎症因子”。

但IL-17C的来源和作用方式存在明显区别。IL-17C更多由上皮细胞和基质细胞产生,它使用IL-17RE与IL-17RA组成的受体复合物传递信号,因此更适合形成一种局部组织自分泌或旁分泌回路。对于子宫内膜异位症这种长期存在局部损伤、出血、修复和组织重塑的疾病,这种特征非常重要。

在人子宫内膜异位症病灶中,IL-17C和IL-17RE在正常内膜中的表达相对较低,而在异位病灶基质区域明显增强;患者腹腔液中的IL-17C也明显升高。更进一步的空间信息显示,IL-17C相关区域靠近巨噬细胞和纤维化基质富集区域,CD206阳性巨噬细胞与具有较强纤维化特征的间质细胞在组织中呈现明显空间邻近。

这就形成了一个与“全身炎症因子升高”不同的研究问题:IL-17C可能主要在病灶内部建立一个局部炎症—修复生态位。异位上皮或基质细胞持续产生IL-17C,周围IL-17RE高表达的巨噬细胞接收到信号后进入特定状态,再通过分泌因子继续作用于间质细胞,使原本用于组织修复的反应逐渐转化成持续的病理性纤维化。

所以在实验中,单纯比较血清IL-17C并不是最核心的检测。病灶组织、腹腔液以及细胞空间关系,往往比外周血水平更能够反映这条局部信号轴。

三、IL-17C为什么更容易放大M2样巨噬细胞状态

近期研究中最有意思的现象之一,是IL-17C阻断并没有把病灶中所有巨噬细胞状态一起压低。使用IL-17C中和干预以后,CD206阳性M2样巨噬细胞明显下降,而CD86等另一类巨噬细胞表型变化并不显著。体外实验也得到类似结果:IL-17C刺激以后,巨噬细胞CD206、CD163升高,而CD86、iNOS没有出现同样方向的明显增加。

这提示IL-17C更像是在推动巨噬细胞发生功能偏移,而不只是简单增加总体炎症。

这里需要避免一个常见的实验简化。M1和M2是一套方便描述巨噬细胞状态的框架,但真实病灶中的巨噬细胞远比“M1促炎、M2抗炎”复杂。子宫内膜异位症中的CD206、CD163高表达细胞虽然具有部分M2样特征,却同时可以促进血管生成、病灶存活、免疫耐受、细胞外基质沉积和组织修复。因此,对这类细胞更准确的理解应当是“具有促修复、促重塑和促纤维化功能的M2样状态”,而不是简单认为它们属于抗炎细胞。

目前能够确定的是,IL-17RE在病灶巨噬细胞相关区域明显富集,而且IL-17C刺激可以直接提高巨噬细胞CD206、CD163以及IL-17RE相关表型。随着巨噬细胞状态变化,病灶内M2样巨噬细胞与纤维化间质区域的空间重合进一步增加。

但“为什么IL-17C更加偏向M2样巨噬细胞,而不是同时强化所有巨噬细胞状态”,目前还不能完全用一个分子解释。至少有三个层面值得继续拆分。

第一,受体水平可能存在差异。如果特定巨噬细胞亚群本身具有更高的IL-17RE表达,那么同样浓度的IL-17C就可能首先影响这一群体。

第二,病灶微环境可能预先给巨噬细胞提供了“偏向”。缺氧、乳酸、铁负荷、雌激素、脂质代谢以及其他细胞因子都可以影响巨噬细胞状态。在这种背景下,IL-17C可能并不是独立完成极化,而是在已经存在的病灶环境上继续放大某一种状态。

第三,IL-17C可能同时影响巨噬细胞募集、存活和状态维持。病灶内CD206阳性细胞增加,不一定全部来自原有巨噬细胞发生极化,也可能包含某类单核细胞更容易被募集进入病灶,并在局部信号作用下长期保留。

因此,如果后续课题希望真正回答标题中的“选择性”,仅比较CD206和CD86还不够,需要进一步进入巨噬细胞来源、IL-17RE表达差异和病灶微环境依赖性。

需要区分的问题仅检测CD206能否回答更合适的实验思路
巨噬细胞是否增多不能完全回答总巨噬细胞标志结合流式计数
是否发生M2样状态偏移可以提供部分证据CD206、CD163联合功能指标
IL-17C是否直接作用于巨噬细胞不能IL-17C刺激、IL-17RE阻断或敲除
是否存在特定巨噬细胞亚群选择性不能亚群分选、受体表达及功能比较
增加来自募集还是原位极化不能单核细胞追踪、时间梯度和谱系分析
是否真正具有促纤维化功能不能巨噬细胞—间质细胞共培养及功能验证

SECTION 01

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M2样巨噬细胞如何把信号继续传给内膜间质细胞

如果研究停在“IL-17C促进M2样巨噬细胞增加”,仍然没有真正解释纤维化。接下来最关键的问题是,这类巨噬细胞如何改变内膜间质细胞。

子宫内膜异位症病灶中的内膜间质细胞具有很强的可塑性。在慢性炎症和机械环境改变下,它们可以逐渐表现出肌成纤维细胞样特征,α-SMA、FN1以及胶原相关分子增加,并持续合成细胞外基质。这个过程是病灶从炎症组织逐渐转变为纤维化组织的重要一步。

体外共培养显示,M2样巨噬细胞并不需要与内膜间质细胞直接接触,就能够明显促进后者发生纤维化改变。使用Transwell把巨噬细胞和原代内膜间质细胞物理分开以后,间质细胞仍然出现形态改变,α-SMA和FN1增加,同时p-ERK1/2和p-p38MAPK明显升高。

这说明巨噬细胞向间质细胞传递的至少有相当一部分信号属于可溶性旁分泌信号,而不是必须依赖细胞直接接触。IL-17C在这里扮演的角色,也由直接促纤维化因子变成了一个上游“细胞状态塑造者”:它先改变巨噬细胞,再由巨噬细胞产生的下游信号作用于间质细胞。

这一点对实验设计很重要。如果直接把IL-17C加到内膜间质细胞上,发现α-SMA升高,很容易得到“IL-17C直接促进间质细胞纤维化”的结论;但如果真实病理过程中主要经过巨噬细胞中继,那么这样的实验会把关键的细胞互作层次压平。

更合理的设计应同时比较三种条件:IL-17C直接处理间质细胞、IL-17C处理巨噬细胞后再与间质细胞共培养,以及IL-17C联合巨噬细胞IL-17RE阻断。如果只有经过巨噬细胞这一层后,纤维化表型明显增强,就能够更加清楚地证明巨噬细胞承担了信号放大的作用。

SECTION 02

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MAPK/ERK为什么成为炎症向纤维化转换的重要节点

M2样巨噬细胞与内膜间质细胞共培养以后,间质细胞中p38 MAPK和ERK1/2磷酸化明显增加,同时α-SMA、FN1等细胞外基质相关蛋白升高。加入ERK抑制剂U0126或者p38 MAPK抑制剂以后,这些纤维化表型明显减弱,说明MAPK相关信号并不只是伴随变化,而直接参与了巨噬细胞向间质细胞传递促纤维化效应的过程。

这一结果把整条机制进一步压缩成:

IL-17C升高→IL-17RE相关巨噬细胞发生促纤维化状态偏移→M2样巨噬细胞旁分泌信号增强→内膜间质细胞p38/ERK活化→α-SMA、FN1和细胞外基质增加→纤维化。

但这里还有一个很关键的机制缺口:巨噬细胞究竟释放了什么,才把信号传到内膜间质细胞的MAPK/ERK。

现有证据能够证明M2样巨噬细胞和间质细胞之间存在功能性旁分泌通讯,也能够证明MAPK/ERK处于间质细胞下游,但中间真正承担信号转移的巨噬细胞来源因子还没有被完全锁定。TGF-β1、PDGF、IL-10、CCL家族、基质相关蛋白以及其他生长因子都可能参与这一过程。如果这一段没有继续拆开,IL-17C—M2样巨噬细胞—MAPK/ERK虽然已经形成因果链,但仍然缺少一个非常适合进一步创新的中间节点。

另一个需要注意的问题是,IL-17RE并不只表达在巨噬细胞上,部分间质细胞也可能表达。现有结果更支持巨噬细胞在这条轴中具有重要作用,但并不能完全排除IL-17C同时直接影响间质细胞。因此,下一步真正严格的实验应该把“巨噬细胞依赖性作用”和“间质细胞直接作用”分开,而不能只依赖整体IL-17C中和。

SECTION 03

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围绕IL-17C—巨噬细胞—间质细胞如何建立实验闭环

1、先证明这条轴确实出现在纤维化最明显的区域

人组织研究中最重要的信息之一,不只是IL-17C、IL-17RE或者CD206分别升高,而是这些变化在空间上与纤维化基质区域发生重合。因此,后续实验不要只做几张独立的免疫组化图,然后比较平均表达量。更有价值的是把IL-17C、IL-17RE、CD68/CD206、α-SMA和胶原沉积放到同一组织空间中观察。

如果IL-17C高表达区域附近持续富集IL-17RE阳性巨噬细胞,同时邻近区域的α-SMA、FN1和胶原更高,空间关系本身就能为细胞通讯提供第一层证据。进一步结合病灶纤维化程度,可以判断这条轴究竟更接近病灶形成、炎症维持还是晚期纤维化。

2、把“巨噬细胞增加”和“巨噬细胞状态改变”分开

动物模型和体外实验中,应同时检测总巨噬细胞数量和M2样状态。如果总F4/80/CD68变化不大,但CD206、CD163以及促纤维化功能增强,说明IL-17C主要改变的是细胞状态;如果总巨噬细胞数量和M2样比例都上升,则还需要考虑IL-17C是否影响巨噬细胞募集或存活。

最好增加时间梯度。早期观察腹腔单核/巨噬细胞募集,中期检测IL-17RE和CD206/CD163状态变化,晚期再观察α-SMA、FN1和胶原沉积。这样可以避免在终点看到所有指标同时升高,却无法判断先后顺序。

3、通过IL-17RE把IL-17C作用真正锁定到巨噬细胞

单纯使用IL-17C中和抗体可以证明整条IL-17C轴重要,但无法确定真正关键的靶细胞。更进一步的实验应该针对巨噬细胞IL-17RE进行干预,例如巨噬细胞特异性IL-17RE缺失、体外IL-17RE敲低或者分选IL-17RE高低不同的巨噬细胞进行比较。

如果IL-17C在IL-17RE完整的巨噬细胞中能够增加CD206、CD163并增强促纤维化能力,而IL-17RE缺失后这些变化消失,就可以把“IL-17C作用于巨噬细胞”从相关性推进到直接因果。

同时还应在间质细胞中进行相同的IL-17RE干预。如果间质细胞IL-17RE缺失后,IL-17C仍然可以通过正常巨噬细胞诱导纤维化,而巨噬细胞IL-17RE缺失后作用大幅下降,就能够更加明确两类细胞在这条信号轴中的权重。

4、找到M2样巨噬细胞真正传给间质细胞的分子

这一步可能是整条机制最值得继续向前推进的位置。可以收集IL-17C刺激前后的巨噬细胞条件培养液,首先证明其能够独立促进间质细胞p38/ERK活化,再从候选细胞因子和生长因子中筛选差异。

后续不需要把大量因子全部验证,而应优先选择与纤维化、MAPK/ERK以及巨噬细胞旁分泌最相关的候选物进行中和。如果中和某一个候选因子后,间质细胞p38/ERK和ECM表型明显下降,再补充外源因子能够把表型重新救回来,就可以真正补齐“巨噬细胞→间质细胞”这一段。

5、救援实验决定整条链条能不能成立

如果只做IL-17C阻断以后CD206下降、α-SMA下降,很难证明两者存在严格上下游关系。更强的实验应该在上游被阻断以后重新恢复下游。

例如阻断IL-17C以后,人工补充已经极化的M2样巨噬细胞,观察间质细胞MAPK/ERK和纤维化能否恢复;或者在IL-17C处理体系中阻断巨噬细胞IL-17RE,再直接激活间质细胞ERK信号,观察ECM生成是否重新上升。只有这种“阻断—恢复”结构,才能把整条机制真正做成连续因果链。

实验层级需要回答的问题推荐验证方式
人组织IL-17C轴是否位于纤维化生态位多重免疫荧光、空间定位、纤维化分级
巨噬细胞IL-17C是否改变特定巨噬细胞状态IL-17C刺激、CD206/CD163及功能评价
受体层面是否依赖巨噬细胞IL-17RE敲低、敲除或受体阻断
细胞通讯巨噬细胞是否间接推动间质细胞纤维化Transwell和条件培养液
下游机制MAPK/ERK是否必要U0126、p38抑制及功能检测
中间介质巨噬细胞向间质细胞传递什么信号候选因子中和与补充
因果闭环上下游关系是否成立阻断后进行细胞或信号救援
体内验证是否真正改变病灶纤维化细胞特异性干预结合动物模型

SECTION 04

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动物模型和检测指标应该怎样围绕纤维化设计

这类课题对模型的要求并不只是“能够长出异位病灶”,而是要形成稳定的炎症—巨噬细胞—间质细胞—纤维化过程。近期研究采用免疫完整的C57BL/6J小鼠,将供体子宫内膜组织碎片移植到受体腹腔,同时给予雌激素支持。异位病灶建立后,再通过IL-17C中和干预观察病灶负荷和纤维化变化。

这种同系移植模型的优势,是保留了完整免疫系统,因此适合研究巨噬细胞和间质细胞之间的通讯。对于IL-17C—M2样巨噬细胞这类免疫机制,比使用免疫缺陷小鼠异种移植人组织更合适。另一个优势是病灶建立时间相对可控,能够将建模阶段和治疗阶段拆开,避免干预只影响组织着床而被误判为抗纤维化作用。

但这种模型也存在需要明确的边界。第一,移植的是人为切取的子宫内膜组织,无法完整再现人类逆行月经、周期性出血和长期病程;第二,外源雌激素会同时影响病灶细胞、巨噬细胞和纤维化反应,因此研究免疫极化时需要考虑激素背景;第三,短期模型能够形成明显病灶和纤维化表型,但与临床多年发展的深部纤维化病灶仍然存在差异。

因此,如果研究目标主要是验证IL-17C轴是否推动纤维化,这类模型适合作为第一模型;如果继续研究长期纤维化、疼痛或复发,最好增加病程更长或者具有反复出血特征的模型进行第二层验证。

指标同样需要把“病灶大小”和“纤维化程度”分开。IL-17C阻断以后病灶变小,并不能自动说明纤维化得到独立改善;只有在校正病灶负荷以后,Masson、Sirius Red、FN1、α-SMA和胶原等指标仍然明显下降,才能支持真正的抗纤维化作用。

评价层级推荐指标主要回答的问题
病灶负荷病灶数量、体积、重量病灶整体是否受到抑制
炎症环境IL-17C、TNF-α、IL-6、IL-1β局部炎症是否改变
IL-17C轴IL-17C、IL-17RE上游信号是否启动
总巨噬细胞CD68、F4/80等巨噬细胞总体浸润
M2样状态CD206、CD163及功能指标是否出现促纤维化状态偏移
间质细胞活化α-SMA、FN1是否发生肌成纤维样转化
MAPK信号p-ERK1/2、p-p38MAPK下游信号是否被激活
ECM沉积COL1A1、胶原、Masson、Sirius Red是否形成真正的纤维化
空间关系巨噬细胞与α-SMA/FN1区域共定位是否形成局部促纤维化生态位

另外一个容易被忽略的问题,是在位内膜也值得同时检测。子宫内膜异位症并不只有异位病灶发生异常,在位内膜本身也可以出现炎症、免疫和纤维化相关变化。如果IL-17C阻断同时影响异位病灶和在位内膜,那么它可能反映的不是单纯“缩小病灶”,而是一个更广泛的子宫内膜—腹腔免疫异常。

SECTION 05

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这条机制继续往下做,真正值得追的还有哪些问题

1、病灶中的IL-17C究竟主要来自哪类细胞

现有结果显示IL-17C主要集中在异位病灶基质和相关区域,但真正承担主要分泌功能的是异位上皮细胞、内膜间质细胞还是其他细胞,目前仍值得进一步区分。不同来源意味着完全不同的上游机制:如果主要来自上皮细胞,可以进一步追损伤和屏障信号;如果主要来自间质细胞,则更可能与机械力、ECM硬化和局部炎症形成自反馈。

时间梯度也很重要。IL-17C究竟是在病灶刚刚建立时就升高,还是在反复损伤和纤维化形成以后进一步增强,将直接决定它属于疾病起始因素还是纤维化维持因素。

2、IL-17C为什么偏向促纤维化M2样状态

这是标题中最值得继续追的问题。现有研究已经证明了这种选择性现象,但真正的分子基础还没有完全展开。后续可以比较不同巨噬细胞亚群的IL-17RE水平,并进一步观察IL-17C刺激后STAT、NF-κB、MAPK、代谢程序以及表观调控状态的变化。

如果IL-17RE高表达只出现在某一类病灶巨噬细胞中,就可以进一步追问这种受体高表达由什么决定。低氧、乳酸、雌激素和病灶来源分泌因子都可能预先把巨噬细胞推入一个更容易响应IL-17C的状态,IL-17C随后再把这种偏移进一步放大。

3、M2样巨噬细胞到底通过什么因子激活MAPK/ERK

目前已经能够证明巨噬细胞和间质细胞之间存在可溶性通讯,也能够证明下游MAPK/ERK参与纤维化,但中间信号尚未完全锁定。这一段非常适合继续做机制深化,而且不需要重新寻找一个完全陌生的新通路。

后续可以围绕TGF-β1、PDGF以及其他巨噬细胞来源生长因子和趋化因子逐层验证。真正理想的结果,是找到一个巨噬细胞来源分子,阻断它以后p38/ERK、α-SMA和FN1同步下降,再补充该分子能够重新恢复纤维化表型。这样整条IL-17C—巨噬细胞—间质细胞链才真正闭合。

4、IL-17RE在巨噬细胞和间质细胞中的作用需要拆开

IL-17RE并不是巨噬细胞专属受体,因此整体阻断IL-17C只能证明这条信号轴重要,不能说明哪一类细胞贡献最大。细胞特异性IL-17RE缺失可能是下一步最有价值的验证方式之一。

如果巨噬细胞IL-17RE缺失能够明显降低M2样状态和纤维化,而间质细胞IL-17RE缺失作用相对较弱,说明巨噬细胞是真正的信号放大器;如果两者都重要,则可能存在“IL-17C同时直接作用于间质细胞,并通过巨噬细胞进一步放大”的双通路结构。

5、不同病灶类型是否共享同一条IL-17C轴

腹膜型、卵巢型和深部浸润型子宫内膜异位症在纤维化程度、铁负荷、神经密度、免疫细胞组成和机械环境上差异很大。IL-17C—M2样巨噬细胞轴是否在所有病灶中同样重要,目前不能简单默认。

尤其是深部浸润型病灶,往往具有更明显的纤维肌性重塑。如果这一类型中IL-17C、IL-17RE和促纤维化巨噬细胞进一步富集,那么这条轴可能更接近“纤维化亚型”的核心机制;如果不同病灶类型表现完全不同,则说明IL-17C作用具有明显的微环境依赖性。

从这个方向继续推进,研究重点就会从“IL-17C是否促进子宫内膜异位症”进一步转向“在哪一种病灶、哪个疾病阶段、哪一类巨噬细胞中,IL-17C最容易把慢性炎症推过纤维化阈值”。这类问题更接近子宫内膜异位症长期进展的真实病理过程,也更容易形成从细胞状态、组织空间到动物因果验证的完整实验链。

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