USP4介导的TGFβ/Smad信号通路在病理性瘢痕形成中的机制研究

Continuous activation of TGF-β/Smad signaling pathway during the wound healing process may lead to pathological scar formation. Studies in recent years have demonstrated that ubiquitin specific protease 4 (USP4) can enhance the level of TGF-β signaling pathway and check the ubiquitination degradation pathway of transforming growth factor-β type I receptor (TβRI). However, there is no study reporting the effect of USP4 on TGF-β signaling pathway in pathological scar formation. Our previous study found that USP4 gene expression was increased markedly in pathological scar tissues, and this increase was positively correlated with TβRI. Our further experiment using scar fibroblasts revealed that interference with USP4 could reduce the TβRI expression markedly, suggesting that USP4 may affect scar formation by regulating TGF-β signaling pathway. In the present study, we used cell test, a rabbit ear hypertrophic scar model and a nude mouse keloid model to study the regulatory effect of USP4 on scar tissue formation using siRNA and lentiviral transfection techniques, and further investigated whether USP4 activated TGF-β signaling pathway by regulating TβRI ubiquitination and finally affected scar formation, hoping that it could elucidate the molecular mechanism of pathological scar formation and thus provide a new strategy for the prevention and treatment of pathological scar.

创面愈合过程中，TGF-β/Smad信号通路的持续激活，会导致病理性瘢痕的形成。近年来研究发现泛素特异性蛋白酶4（USP4）可增强TGF-β信号通路的水平，阻止转化生长因子受体（TβRI）泛素化降解途径，但在病理性瘢痕形成中，USP4对TGF-β信号通路的作用还未见报道。我们前期研究发现病理性瘢痕组织中USP4基因明显增高，且与TβRI呈正相关；进一步利用瘢痕成纤维细胞发现基因沉默USP4能够显著降低TβRI的表达，提示USP4可能通过调控TGF-β信号通路影响瘢痕组织形成。在本研究中，我们通过细胞试验以及兔耳增生性瘢痕模型和裸鼠瘢痕疙瘩模型，利用小干扰RNA以及慢病毒转染技术，研究USP4对瘢痕形成的调控作用，并深入研究USP4是否通过调控TβRI泛素化，从而激活TGF-β信号通路并最终影响瘢痕形成，旨在为阐明病理性瘢痕形成的分子机制，为病理性瘢痕的防治探索新方法。

项目背景：瘢痕是创面愈合的必然产物，其中增生性瘢痕和瘢痕疙瘩统称为病理性瘢痕，是创面异常愈合的一个极端，病理性瘢痕除了造成功能障碍，还会有癌变可能，目前其治疗效果仍不理想，发病机制也不完全清楚。主要研究内容：本研究通过细胞实验、兔耳增生性瘢痕模型和裸鼠瘢痕疙瘩模型，利用小干扰RNA及慢病毒转染技术，研究USP4对病理性瘢痕形成的调控作用，并深入研究USP4是否通过调控TβRI泛素化从而激活TGF-β/Smad信号通路并最终影响瘢痕形成。结果显示：转染USP4慢病毒干扰载体组成纤维细胞活力明显下降，TβRI、Smad7的表达也明显下降，空载+β-TGF组细胞活力明显升高，TβRI、Smad7表达明显上升，差异有统计学意义；并且沉默USP4后TβRI泛素化水平下降；构建兔耳增生性瘢痕模型，给予USP4抑制剂Vialinin A可以显著改善兔耳瘢痕组织外观、降低SEI，抑制TβRI及TGF-β1表达，从而抑制增生性瘢痕形成，构建裸鼠瘢痕疙瘩成瘤模型，分别给予USP4慢病毒干扰的瘢痕疙瘩成纤维细胞（shUSP4）和瘢痕疙瘩成纤维细胞+Vialinin A（Vialinin A），发现与对照空载体组对比，HE结果显示shUSP4组和Vialinin A组瘢痕组织坏死面积明显增加，TβRI、Smad7表达也明显下降（P<0.05）。结论与科学意义：USP4可与TβRI结合，通过抑制Smad7/Smurf2介导的信号通路阻止TβRI的泛素化降解，从而维持TβRI的高水平和TGF-β对皮肤组织的持续刺激，而干扰或抑制USP4的基因或蛋白水平将阻止TGF-β/Smad信号通路并抑制病理性瘢痕的形成，USP4作为治疗靶点可为将来病理性瘢痕的防治提供新方法。