Dihydroartemisinin-induzierte mitochondriale mRNA-Degradation und Apoptose in Keloidfibroblasten
Keloiden sind eine Art proliferatives Fibrom, das sich nach Traumata entwickeln kann. Sie sind durch exzessive Fibroblastenproliferation, gehemmte Apoptose und ein Ungleichgewicht zwischen Kollagensynthese und -abbau in der extrazellulären Matrix gekennzeichnet. Trotz der Wirksamkeit von chirurgischer Resektion und kombinierter Radiotherapie rezidivieren Keloiden häufig nach der Behandlung, was zu verringerter Patientenzufriedenheit und negativen Auswirkungen auf die physische und psychische Gesundheit führt. Dies unterstreicht die Notwendigkeit effektiverer Therapieoptionen. Dihydroartemisinin (DHA), ein Artemisinin-Derivat aus der traditionellen chinesischen Heilpflanze Artemisia annua, wird primär als Malariamittel mit minimalen Nebenwirkungen eingesetzt. Aktuelle Studien zeigen sein Potenzial, Fibrosen in Lunge, Leber und Niere durch Hemmung der Fibroblastenproliferation zu verhindern. Seine Wirkung auf Keloidfibroblasten und seine klinische Anwendbarkeit bei Keloiden wurden jedoch bisher nicht untersucht. Diese Studie analysiert die Mechanismen, durch die DHA differenzielle Genexpression, mitochondriale mRNA (mt-mRNA)-Degradation, Hemmung der Zellviabilität und Apoptose in Keloidfibroblasten induziert.
Keloidproben wurden von Patienten gewonnen, die zwischen Februar 2016 und März 2018 am Department of Plastic and Burn Surgery des West China Hospital der Sichuan Universität operativ behandelt wurden. Das Studienprotokoll wurde von der Ethikkommission des West China Hospital genehmigt, und alle Teilnehmer gaben ihre Einwilligung. Primärkulturen von Keloidfibroblasten wurden etabliert und mit Lösungsmittel oder 40 mmol/L DHA über 4 Stunden behandelt, um Genexpressionsprofile zu evaluieren. Die Transkriptomsequenzierung und Datenbankerstellung erfolgte durch Anoroad Gene Technology Co., Ltd. (Peking, China). Differenziell exprimierte Gene (DEGs) wurden mittels DEGSeq-Software identifiziert (Kriterien: |log2(Fold Change)| ≥ 1, q < 0,5). Es wurden 1606 hochregulierte und 642 herunterregulierte Gene in DHA-behandelten Fibroblasten im Vergleich zur Kontrollgruppe festgestellt. Eine Pfadanalyse mittels der Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG)-Datenbank identifizierte 50 Signalwege, darunter den Phosphoinositid-3-Kinase (PI3K)/Protein-Kinase-B (Akt)-Signalweg, der bereits mit DHA-antifibrotischen Effekten assoziiert wurde. Die Top-10-Signalwege umfassten den Tumornekrosefaktor (TNF)-Signalweg, Krebswege, Brustkrebs, MAP-Kinase (MAPK)-Signalweg, Interleukin (IL)-17-Signalweg, Transkriptionsfehlregulation bei Krebs, Masern, Janus-Kinase/Signaltransduktor-und-Aktivator-der-Transkription (Jak-STAT)-Signalweg, Stammzellpluripotenzregulationswege und Osteoklastendifferenzierung. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass DHA die Expression multipler Gene in diversen Signalwegen moduliert.
Die biologischen Prozesse (BPs) und molekularen Funktionen (MFs) der DEGs wurden ebenfalls analysiert. Die Top-10-BPs umfassten Regulation der IL-10-Biosynthese, negative Regulation der Transkription durch Transkriptionsfaktorlokalisierung, Hemmung neuroepithelialer Zelldifferenzierung, endokardiale Mesenchymtransition und Aufrechterhaltung der Zentrosomenposition. Die Top-10-MFs beinhalteten Protein-Tyrosin/Threonin-Phosphataseaktivität, Retinsäure-responsives Element-Bindung und Interleukin-1-Rezeptoraktivität. Diese Daten unterstreichen die komplexe Interaktion von DHA mit Genen und Systemen in Keloidfibroblasten.
Ein zentraler Befund war die DHA-induzierte Degradation von mt-mRNAs. Die Expression von mt-mRNAs wie NADH-Dehydrogenase (ND)5, ATP8, ND6, 12S, 16S, ND1, ND4L, Cytochrom B (CYB), ND4, ATP6, ND2, Cytochrom-C-Oxidase (CO)1, ND3, CO2 und CO3 war in DHA-behandelten Zellen signifikant reduziert, was mittels qPCR bestätigt wurde. Mitochondriale DNA kodiert Proteine der Atmungskette, sodass mt-mRNAs essenziell für mitochondriale Funktion und Zellüberleben sind. Frühere Studien identifizierten die Degradation mitochondrialer 16S-rRNA als Apoptose-Marker, jedoch war der Zusammenhang zwischen anderen mt-mRNAs und Apoptose unklar. DHA hemmte die Viabilität von Keloidfibroblasten dosis- und zeitabhängig (CCK-8-Assay) und induzierte signifikant Apoptose (Durchflusszytometrie). Diese Befunde legen einen Zusammenhang zwischen mt-mRNA-Degradation, reduzierter Viabilität und Apoptose nahe.
Zusammenfassend zeigt diese Studie, dass DHA die Expression zahlreicher Gene in Keloidfibroblasten verändert, wobei multiple biologische Prozesse, molekulare Funktionen und Signalwege involviert sind. DHA induziert mt-mRNA-Degradation, hemmt die Zellviabilität und fördert Apoptose, was möglicherweise seinen regulierenden Effekt auf Keloidfibroblasten erklärt. Diese Erkenntnisse bieten neue Ansätze für die Erforschung der therapeutischen Anwendung von DHA bei Keloiden.
doi.org/10.1097/CM9.0000000000001860