抑制BRD4减轻机械应力诱导的TMJ OA样病理变化，并减弱TREM1介导的炎症反应

颞下颌关节骨关节炎（TMJ OA）的实质是退行性关节病变，已经证明，过大的机械应力是造成TMJ OA 的重要病因。既往研究报道，软骨变薄、软骨下骨吸收和ECM损伤是过度机械应力诱发的主要病理改变。最近，研究人员开始关注炎症在TMJ OA中的作用。

溴结构域蛋白4（BRD4）作为表观遗传的阅读器能特异性识别并结合组蛋白上乙酰化赖氨酸，从而调控基因转录过程。BRD4被认为是许多炎症性疾病的潜在治疗靶点。BRD4还能调控破骨细胞分化，参与骨质疏松。近年来，开发了几种BRD4抑制剂，如JQ1，并被证明通过阻断BRD4与乙酰化组蛋白之间的相互作用来抑制炎症。因此，BRD4介导的炎症反应是否也在TMJ OA 中起关键作用，引发了大家的兴趣。

基于先前的研究，南京大学医学院附属口腔医院口腔正畸科、同济大学附属口腔医院口腔正畸科的研究团队曾假设抑制BRD4可以缓解由过度机械应力引起的TMJ OA样病理变化。为了证明这一假设并探索其机制，研究人员设计了体外IL-1β处理模型和体内BRD4抑制剂JQ1和siRNA干扰的大鼠TMJ压缩负荷装置。研究证明了抑制BRD4可以减少超负荷机械应力或IL-1β处理后TREM1介导的炎症反应。相关内容发表在 Clinical Epigenetics 期刊题为“BRD4 inhibition alleviates mechanical stress-induced TMJ OA-like pathological changes and attenuates TREM1-mediated inflammatory response”。

首先，为了探讨抑制BRD4在过大的机械应力（80 g）下是否对软骨有保护作用，实验设置了4个实验组，包括对照组、JQ1组、机械力组（MF）和机械力加JQ1注射组（MF+JQ1）（图1 a）。超负荷14 天后，软骨厚度较对照组减少60%，软骨下骨明显破坏，扩张血管附近有明显的炎症细胞浸润（图1 b）。而BRD4抑制剂JQ1可以缓解机械应力过大引起的软骨变薄，软骨细胞数量增加。这些结果表明，BRD4抑制剂JQ1能有效减少过大的机械应力引起的髁突软骨变薄和软骨细胞丢失（图1 c）。通过观察骨体积比例（BV/TV）、骨小梁数量（Tb.N）、骨小梁厚度（Tb.Th）、和骨小梁间隔（Tb.Sp）等骨微结构参数，检测髁突软骨下骨形态的变化（图1 d、e），结果表明，JQ1能抑制髁突软骨下骨吸收，有利于在过大的机械应力下维持软骨下骨的正常形态结构。

图1 JQ1可以缓解超负荷机械应力引起的髁突软骨变薄和软骨下骨吸收。

接下来，为了确认抑制BRD4是否能抑制机械应力诱导的软骨炎症，通过qRT-PCR和免疫组织化学检测了体内炎症因子的表达。超负荷14 天后，Tnf-α、Il-1β和Il-6的mRNA水平明显增加，而协同JQ1可以降低Tnf-α、Il-1β和Il-6 mRNA的表达（图2 a）。然后，实验进行了TNF-α和IL-1β免疫组织化学染色和评分。结果与qRT-PCR的结果一致（图2 b）。这些结果表明，BRD4抑制剂JQ1可以抑制机械应力诱导的大鼠髁突软骨中炎症因子的表达。

先前的研究报告，IL-1β触发软骨细胞中促炎因子的产生，在TMJ OA 发育中起至关重要的作用。因此，实验以IL-1β为刺激物，研究体外抑制BRD4的抗炎作用，发现JQ1和siBRD4在体外都可以抑制IL-1β诱导的Brd4、Il-6、Tnf-α mRNA和内源性Il-1β mRNA的增加（图2 c）。这些结果表明，抑制BRD4可缓解体内机械应力过大和体外IL-1β诱导的炎症因子的表达。

图2 BRD4抑制可缓解过度机械应力和IL-1β诱导的炎症因子的表达。

由于BRD4可以识别H3K27ac位点来调节基因转录，实验还使用来自对照组和机械力组的软骨样本对H3K27ac抗体进行了ChIP-seq，目的是鉴定超负荷机械应力后软骨细胞中重叠增加的BRD4结合位点和H3K27ac结合位点，并进一步研究BRD4在机械应力诱导的TMJ病理变化中的作用。在超负荷机械应力后，共有522个基因鉴定出H3K27ac结合增加，346个基因鉴定出启动子区域BRD4结合增加（图3 a）。热图中列出了17个与BRD4或H3K27ac结合增加的重叠基因（图3 b）。

其中，发现4个基因与骨关节疾病有关，分别是Cystatin A、Mir-181d、Mir-181c和Trem1。髓样细胞中表达的触发受体1（TREM1）是一种近年来发现广泛表达髓系细胞来源表面的炎症激发受体。基因轨迹表明，超负荷机械应力可以增加BRD4和H3K27ac在Trem1启动子区域的co-occupancy（图3 c）。由于专注于BRD4抑制的抗炎作用，并且Trem1是超负荷后与BRD4结合增加的一种促炎症因子，因此假设BRD4调控的炎症反应可能由Trem1介导。

图3 超负荷机械应力增加了BRD4与包括Trem1在内的17个基因启动子区域的H3K27ac的结合。（a）维恩图描述了过度应力后与BRD4或H3K27ac结合的富集基因数量的增加。（b）热图中列出了17个BRD4和H3K27ac结合增加的重叠基因。（c）对照组（上）和MF组（下）Trem1基因位点处BRD4和H3K27ac的ChIP-seq信号基因轨迹。y 轴显示 ChIP-seq 信号的相对富集。x 轴描绘基因组位置。红色箭头表示Trem1的启动子区域。

研究发现，BRD4抑制剂JQ1和siBRD4均能降低体内机械力或体外IL-1β诱导的Trem1 mRNA的表达。最后，实验构建了siTREM1来研究TREM1是否可以调节其他炎症因子。结果发现，体外IL-1β诱导的内源性Il-1β，Il-6和Tnf-α mRNA的增加被siTREM1降低。结合先前的发现，得出结论，抑制BRD4可以在机械应力或IL-1β处理下调节TREM1介导的炎症反应。

图4 BRD4在机械应力诱导的TMJ OA 病理变化和软骨细胞炎症反应中的作用。在细胞水平上，BRD4与炎症相关基因和microRNA的启动子区域的结合在机械应力刺激下增加。这种结合增强了Trem1和炎症因子如Il-1β，Tnf-α和Il-6的转录。这些受体和炎症因子表达后，加重了软骨细胞的炎症反应。IL-1β诱导的炎症是TREM1依赖性的，IL-1β和TREM1都受BRD4调节。该研究表明，BRD4在机械应力诱导的TMJ 病理变化中起重要作用，尤其是软骨炎症反应。TREM1参与BRD4对炎症的表观遗传调控。

综上所述，该研究首次关注抑制BRD4对过度机械应力诱导的颞下颌关节病理变化的影响，并探讨其机制。最终得出结论，抑制BRD4可以保护颞下颌关节免受软骨变薄和软骨下骨吸收，并通过调节机械应力下的TREM1发挥抗炎作用。研究结果强调了抑制BRD4对 TMJ OA 的保护作用，并表明JQ1可能是针对TMJ OA 的新型治疗药物。

参考文献：Huang Z, Yang R, Zhang L, Zhu M, Zhang C, Wen J, Li H. BRD4 inhibition alleviates mechanical stress-induced TMJ OA-like pathological changes and attenuates TREM1-mediated inflammatory response. Clin Epigenetics. 2021 Jan 15;13(1):10. doi: 10.1186/s13148-021-01008-6. PMID: 33446277; PMCID: PMC7809762.
原文链接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33446277/
5.7 - 2-year Impact Factor (2022)
ISSN: 1868-7083

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