TMF and Catechol attenuate pulmonary fibrosis by inhibiting ROS-mediated EGFR phosphorylation and EMT

Abstract

특발성 폐섬유증 (Idiopathic pulmonary fibrosis, IPF)은 폐포 손상에 대한 점진적이며 잘못 조절된 반응으로, 과도한 세포외기질 (Extracellular matrix, ECM) 생성을 초래한다. IPF는 일반적으로 현재의 약리학적 방법에 의해 치료될 수 없어 환자들에게서 높은 사망률을 보인다. 그러나, IPF가 발생하는 분자생물학적 경로는 여전히 불분명하다. 그 경로를 규명해내는 것은 효과적인 항섬유화 치료 전략을 개발하는 데 기여할 것이다. 본 연구는 섬유화를 가속화 하는 데 있어 표피 성장인자 수용체 (Epidermal growth factor receptor, EGFR)가 하는 역할에 초점을 맞추었다. 인간 폐포상피세포인 A549에 EGF 혹은 종양증식인자 (TGF)-β1을 처리함으로써, 활성산소종(ROS)과 EGFR의 인산화가 이루는 분자축을 조사하였다. 이 시험관내 접근법은, ROS에 의해 촉진된 인산화의 결과로 EGFR의 활성화가 증가하면, 이는 섬유화를 가속화 할 수 있음을 시사했다. 또한 세포 내 ROS를 소거하거나 그것의 주 공급원인 NADPH 산화효소 (NOX)의 활성을 억제함으로써, EGFR의 인산화뿐만 아니라 섬유화 관련 인자들의 발현도 감소되는 것을 확인할 수 있었다. 또한 우리 실험실에서 항산화물질의 후보로 새로 시험하고 있는 물질들을 사용하여 EGFR 인산화가 저해되는 결과를 재확인하였다.|IPF는 평균 생존기간이 3 년에 불과한 치명적인 폐질환으로 여전히 난치병이다. IPF는 활성화된 근섬유아세포에 의한 비정상적인 ECM 증착을 특징으로 한다. 그러한 근섬유아세포가 어디에서 유래되는지 수년 동안 논의되어왔으며, 상피-간엽 전이 (EMT)가 근섬유아세포 활성화의 메커니즘 중 하나로 주목받고 있다. 4',6,7-트리메톡시이소플라본 (4',6,7-trimethoxyisoflavone, TMF)과 카테콜 (Catechol)이 EMT 및 섬유화에 미치는 영향을 확인하기 위해, 시험관내 TGF-β1에 의해 유도된 섬유화 모델과 생체내 블레오마이신(Bleomycin, BLM)에 의해 유도된 섬유화 모델을 사용했다. 그 결과 TMF/Catechol의 공동 투여는, TGF-β1의 Smad 및 non-Smad 신호 경로를 저해함으로써 EMT 및 ECM 축적을 억제하여, 유도되었던 폐섬유화를 완화하였다. 또한 BLM을 주사한 생쥐의 폐에서 유의미하게 증가되었던 염증성 사이토카인(IL-1β, IL-13, TNF-α)의 수치가, TMF/Catechol 공동치료에 의해 감소되었다. 위와 같은 연구 결과는 TMF/Catechol을 사용한 공동치료가 폐섬유화에 대한 잠재적 치료 후보일 수 있음을 시사한다.|Idiopathic pulmonary fibrosis (IPF) is a progressive and dysregulated response to alveolar injury which results in excess extracellular matrix (ECM) production. Associated with high mortality, IPF is generally incurable by current pharmacological therapies. However, the molecular pathway through which IPF occurs remains unclear. Uncovering the molecular mechanism will contribute to developing effective antifibrotic treatment strategies. This study focused on the role of Epidermal Growth Factor Receptor (EGFR) in accelerating fibrosis. I investigated the molecular axis behind Reactive Oxygen Species (ROS) and the phosphorylation of EGFR, treating human alveolar epithelial cells (A549) with EGF and transforming growth factor (TGF)-β1. This in vitro approach suggested that increased activation of EGFR, as a result of its phosphorylation supported by ROS, can accelerate fibrosis. By scavenging ROS or inhibiting NADPH Oxidases (NOXs), the main source of cellular ROS, I could confirm that not only the phosphorylation of EGFR but also the expression of fibrotic protein was decreased. I also reconfirmed the results using the newly tested materials in our lab, which interrupted EGFR phosphorylation.|Idiopathic pulmonary fibrosis (IPF) is a fatal lung disorder with a median survival of only 3 years and remains a clinical dilemma. IPF is characterized by abnormal extracellular matrix (ECM) deposition by activated myofibroblasts. While the origin of myofibroblasts has been discussed for many years, the epithelial-mesenchymal transition (EMT) is being noticed as one of the mechanisms of myofibroblast activation. To evaluate the effects of 4′,6,7-trimethoxyisoflavone (TMF) and catechol on EMT and fibrosis, we used an in vitro transforming growth factor (TGF)-β1-induced model and an in vivo bleomycin (BLM)-induced model. Results showed that co-administration of TMF/catechol ameliorated the established pulmonary fibrosis by suppressing EMT and ECM accumulation through hindering both Smad and non-Smad TGF-β signaling cascades. Further, a significant increase in the level of inflammatory cytokines (IL-1β, IL-13, and TNF-α) of BLM-treated mice’ lungs was put down with TMF/catechol co-treatment, compared to control group. Our findings suggest that co-intervention using TMF/catechol might be a potential therapeutic candidate for the treatment of pulmonary fibrosis.