CCN5はTGF-β経路を調節することで靱帯肥大を減少させる

CCN5 Reduces Ligamentum Flavum Hypertrophy by Modulating the TGF-β Pathway.

• Sunghyeok Ye
• Woo-Keun Kwon
• Taegeun Bae
• Sunghyun Kim
• Jang-Bo Lee
• Tai-Hyoung Cho
• Jung-Yul Park
• Kyoungmi Kim
• Junho K Hur
• Junseok W Hur

抄録

靭帯肥大（LFH）は腰部脊柱管狭窄症の最も重要な構成要素である。LFHの病態生理は広く研究されていますが、その予防法や治療法は提案されていません。トランスフォーミング成長因子-β（TGF-β）経路がLFHの病態に重要であることが知られていることから、TGF-β機構を遮断または調節することでLFHを予防できるかどうかを検討した。実験にはヒトLF細胞を用いた。まず、CRISPR(clustered regularly interspaced short palindromic repeatats)/Cas9 バイオテクノロジーを用いてTGF-β受容体1(TGFBR1)ノックアウト(KO)細胞を作製し、TGF-β1で処理することでTGF-β経路を遮断する効果を調べた。その後、最近TGF-β経路を修飾することが提案されているCCN5の効果を調べた。線維化の素因を評価するために、α平滑筋アクチン（αSMA）、フィブロネクチン、コラーゲン-1、コラーゲン-3、CCN2を定量的リアルタイムポリメラーゼ連鎖反応、ウエスタンブロッティング、免疫細胞化学で評価した。TGFBR1 KO LF細胞を高いKO効率で構築することに成功した。野生型（WT）細胞では、TGF-β1で処理すると、線維化関連因子のメッセンジャーRNA（mRNA）が過剰発現した。しかし、KO細胞ではTGF-β1刺激に対する反応は有意に低かった。さらに、CCN5とTGF-β1の共処理は、TGF-β1刺激のみの場合と比較して、mRNA発現レベルの顕著な低下をもたらした。αSMAタンパク質の発現はTGF-β1で増加したが、CCN5処理では減少した。TGF-β1はLF細胞の線維芽細胞から筋線維芽細胞への転移を誘導した。TGF-x3B2;1はLF細胞の線維芽細胞から筋線維芽細胞への移行を誘導したが、CCN5の存在下ではこの細胞移行は劇的に減少した。結論として、CCN5はTGF-β経路を調節することでLFHを防ぐことができた。 © 2019 The Authors.整形外科研究学会に代わってWiley Periodicals, Inc.が発行するJournal of Orthopaedic Research。J Orthop Res 37:2634-2644, 2019.

Ligamentum flavum hypertrophy (LFH) is the most important component of lumbar spinal canal stenosis. Although the pathophysiology of LFH has been extensively studied, no method has been proposed to prevent or treat it. Since the transforming growth factor-β (TGF-β) pathway is known to be critical in LFH pathology, we investigated whether LFH could be prevented by blocking or modulating the TGF-β mechanism. Human LF cells were used for the experiments. First, we created TGF-β receptor 1 (TGFBR1) knock out (KO) cells with CRISPR (clustered regularly interspaced short palindromic repeats)/Cas9 biotechnology and treated them with TGF-β1 to determine the effects of blocking the TGF-β pathway. Subsequently, we studied the effect of CCN5, which has recently been proposed to modulate the TGF-β pathway. To assess the predisposition toward fibrosis, α-smooth muscle actin (αSMA), fibronectin, collagen-1, collagen-3, and CCN2 were evaluated with quantitative real-time polymerase chain reaction, western blotting, and immunocytochemistry. The TGFBR1 KO LF cells were successfully constructed with high KO efficiency. In wild-type (WT) cells, treatment with TGF-β1 resulted in the overexpression of the messenger RNA (mRNA) of fibrosis-related factors. However, in KO cells, the responses to TGF-β1 stimulation were significantly lower. In addition, CCN5 and TGF-β1 co-treatment caused a notable reduction in mRNA expression levels compared with TGF-β1 stimulation only. The αSMA protein expression increased with TGF-β1 but decreased with CCN5 treatment. TGF-β1 induced LF cell transdifferentiation from fibroblasts to myofibroblasts. However, this cell transition dramatically decreased in the presence of CCN5. In conclusion, CCN5 could prevent LFH by modulating the TGF-β pathway. © 2019 The Authors. Journal of Orthopaedic Research published by Wiley Periodicals, Inc. on behalf of Orthopaedic Research Society. J Orthop Res 37:2634-2644, 2019.

© 2019 The Authors. Journal of Orthopaedic Research® published by Wiley Periodicals, Inc. on behalf of Orthopaedic Research Society.