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Signal Transduction and Targeted Therapy | DKK3在角质形成细胞中调控辐射诱导的皮肤增生和纤维化

Signal Transduction and Targeted Therapy | DKK3在角质形成细胞中调控辐射诱导的皮肤增生和纤维化
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该研究揭示了角质形成细胞中DKK3在辐射诱导皮肤损伤中的关键作用,发现其通过TGF-β-Wnt信号轴驱动表皮增生和皮肤纤维化,靶向DKK3可显著减轻放射性皮炎和纤维化,为放射治疗副作用干预提供了新策略。

 

文献概述

本文《Wnt-associated DKK3 in keratinocytes mediates radiation-induced hyperplasia, dermatitis and skin fibrosis》,发表于《Signal Transduction and Targeted Therapy》杂志,回顾并总结了DKK3在辐射诱导皮肤损伤中的调控机制。研究通过多种体内和体外模型,包括3D人皮肤模型、细胞类型特异性Dkk3敲除小鼠以及照射人皮肤样本,系统揭示了角质形成细胞中DKK3的上调是驱动辐射诱导表皮增生、炎症及皮肤纤维化的核心环节。该研究不仅阐明了Wnt信号通路在放射性皮肤病变中的作用,还提出DKK3为潜在治疗靶点,具有重要的转化医学价值。

背景知识

放射治疗是癌症治疗的重要手段,但常伴随急性或慢性皮肤毒性,如放射性皮炎和皮肤纤维化,严重影响患者生活质量。这些病理过程涉及复杂的细胞间通讯,包括免疫细胞浸润、成纤维细胞活化及细胞外基质(ECM)沉积。目前尚无有效治疗手段,临床管理主要依赖对症处理。Wnt信号通路在组织修复与纤维化中发挥关键作用,其异常激活可促进成纤维细胞分化为肌成纤维细胞,驱动ECM过度沉积。Dickkopf家族蛋白(DKK)是Wnt信号的重要调节因子,其中DKK3功能具有组织特异性,既可激活也可抑制Wnt信号。已有研究表明DKK3参与肾纤维化和心肌病,但其在皮肤辐射损伤中的作用尚不清楚。此外,TGF-β是公认的促纤维化核心因子,与Wnt通路存在广泛串扰。因此,探索DKK3是否在辐射诱导的皮肤纤维化中作为Wnt-TGF-β信号的上游调节因子,具有重要的科学意义和临床价值。该研究通过构建组织特异性基因敲除小鼠模型和人源皮肤样本验证,填补了该领域的知识空白,为开发抗纤维化干预策略提供了新靶点。

 

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研究方法与实验

研究采用多种互补策略探究DKK3在辐射诱导皮肤损伤中的功能。首先,利用全身Dkk3敲除(DKK3-/-)和野生型(WT)小鼠,接受单次20 Gy胸段或后肢照射,评估皮肤毒性表型,包括脱毛、表皮增生和纤维化程度。通过组织学染色(Goldner、Masson三色)、免疫组化及qPCR分析ECM沉积、增殖标志物和炎症细胞浸润。进一步构建角质形成细胞(K14-Cre)、巨噬细胞(CSF1R-Cre)和成纤维细胞(PDGFR-Cre)特异性Dkk3敲除小鼠,明确DKK3作用的细胞来源。体外实验使用人永生化角质形成细胞(N/TERT-1),通过siRNA敲低或诱导性过表达DKK3,结合克隆形成、流式细胞术和β-半乳糖苷酶染色评估辐射敏感性和细胞衰老。利用3D人皮肤模型验证DKK3对表皮厚度和增殖的影响。通过原位杂交和免疫组化分析人和小鼠皮肤样本中DKK3表达。采用双报告小鼠模型(DKK3启动子-mCherry和Wnt-GFP)检测辐射后Wnt活性动态变化。通过ROS检测、TGF-β通路抑制剂和中和抗体实验,解析DKK3-Wnt-TGF-β信号轴。最后,利用人皮肤活检样本和公共单细胞RNA-seq数据,验证DKK3在慢性放射性皮炎及其他纤维化皮肤病中的表达模式。

关键结论与观点

  • 辐射显著上调角质形成细胞中DKK3的表达,特别是在基底层,且这一变化在多种纤维化皮肤病中普遍存在
  • DKK3缺失(全身或角质形成细胞特异性)显著减轻辐射诱导的表皮增生、ECM沉积和皮肤纤维化,而巨噬细胞或成纤维细胞中DKK3缺失则无保护作用
  • DKK3不显著影响角质形成细胞的固有放射敏感性,但促进辐射诱导的细胞周期阻滞和衰老
  • 辐射诱导的ROS上调DKK3表达,进而激活经典Wnt信号通路,DKK3敲低可阻断该过程
  • DKK3通过自分泌TGF-β信号激活Wnt通路,抑制TGF-β受体激酶或中和TGF-β可逆转DKK3驱动的Wnt活化和表皮增生
  • DKK3过表达改变角质形成细胞分泌谱,促进巨噬细胞向CD163highCD206high M2样表型极化,且该效应依赖于细胞间直接接触
  • 经DKK3高表达角质形成细胞条件培养的巨噬细胞可激活成纤维细胞中TGF-β-SMAD信号,促进α-SMA、胶原等纤维化基因表达
  • 人皮肤样本分析显示,慢性放射性皮炎、瘢痕、硬化性苔藓和硬斑病等纤维化疾病中,基底角质形成细胞DKK3表达显著升高,与scRNA-seq数据一致

研究意义与展望

该研究系统阐明了角质形成细胞来源的DKK3在辐射诱导皮肤纤维化中的核心调控作用,揭示了“ROS→DKK3→TGF-β→Wnt→表皮增生→M2巨噬细胞极化→成纤维细胞活化→纤维化”的信号轴,为理解放射性皮肤损伤的分子机制提供了全新视角。传统观点认为角质形成细胞主要参与屏障功能,而本研究强调其在驱动炎症和纤维化中的主动信号调控角色,拓展了对皮肤微环境串扰的认知。

靶向DKK3可能成为预防或治疗放射性皮炎和纤维化的新策略。由于DKK3在多种纤维化疾病中均上调,其抑制剂可能具有广谱抗纤维化潜力。未来研究可开发DKK3中和抗体或小分子抑制剂,评估其在大动物模型中的疗效和安全性。此外,探索DKK3在其他辐射损伤组织(如肺、肠)中的作用,将有助于拓展其临床应用范围。该发现也为其他Wnt相关纤维化疾病提供了新的干预思路。

 

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结语

本研究揭示了角质形成细胞中DKK3在辐射诱导皮肤损伤中的关键作用。研究发现,电离辐射通过ROS上调角质形成细胞中DKK3的表达,进而通过自分泌TGF-β信号激活经典Wnt通路,驱动表皮增生和细胞衰老。DKK3高表达的角质形成细胞分泌特定因子,促进巨噬细胞向M2样表型极化,这些极化巨噬细胞通过直接细胞接触激活成纤维细胞,最终导致皮肤纤维化。在多种小鼠模型中,角质形成细胞特异性而非巨噬细胞或成纤维细胞特异性DKK3缺失,可显著减轻辐射诱导的皮肤病变。临床样本分析进一步证实,DKK3在慢性放射性皮炎及其他纤维化皮肤病患者的基底角质形成细胞中显著上调。综上,DKK3是连接辐射损伤与皮肤纤维化的重要分子节点,靶向DKK3有望成为缓解放射治疗副作用的新型治疗策略,具有重要的转化医学价值。该研究为理解皮肤纤维化机制提供了新视角,并为抗纤维化药物开发提供了潜在靶点。

 

文献来源:
Li Li, Ramon Lopez Perez, Khuram Shehzad, Roger Sandhoff, and Peter E Huber. Wnt-associated DKK3 in keratinocytes mediates radiation-induced hyperplasia, dermatitis and skin fibrosis. Signal Transduction and Targeted Therapy.
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