Il11-flox 基因敲除小鼠

Il11，也称为Interleukin 11，是一种属于IL6家族的细胞因子。最初，Il11被认为是造血和细胞保护因子，但最近的数据表明，Il11对于造血是多余的，并且是有毒的[1]。在组织损伤后，作为进化古老的内稳态反应的一部分，Il11从受损的哺乳动物细胞中分泌出来，通过JAK/STAT3、ERK/P90RSK、LKB1/mTOR和GSK3β/SNAI1信号通路在自分泌和旁分泌中发挥作用。这激活了上皮、间质和内皮细胞的间质转变程序，导致炎症、纤维化和组织修复停滞，最终导致器官衰竭[1]。Il11信号在细胞和器官特异性病理生物学中的作用已被描述，关于Il11生物学的大未知数被讨论，并且靶向Il11信号作为治疗方法的潜力得到了审查[1]。

在肾脏损伤和修复中，Il11在肾小管上皮细胞（TECs）中的作用已被研究。Il11刺激TECs导致ERK和p90RSK介导的GSK3β失活，SNAI1上调和促炎症基因表达。急性肾脏损伤小鼠的TECs上调Il11，导致SNAI1表达和肾脏功能障碍，这在Il11缺失小鼠或给予中和Il11抗体的小鼠中没有观察到[2]。在急性肾脏损伤中，抗TGFβ减少了肾纤维化，但加剧了炎症和肾小管损伤，而抗Il11则减少了所有病理变化[2]。在慢性肾脏疾病模型中，抗Il11治疗促进了TEC增殖和实质再生，逆转了纤维炎症，恢复了肾质量和功能[2]。这些数据突出了Il11诱导的损伤TECs的间质转变作为重要的肾脏病理学，并表明Il11是恢复疾病肾脏中停滞的内生再生的治疗靶点[2]。

炎症小体是一种复杂的蛋白质复合物，对细胞死亡和炎症反应的调节起着重要作用。研究表明，抑制这些促炎症caspases在感染和自身免疫性疾病中的治疗潜力，因为已成功部署抗Il-1疗法来控制与异常炎症小体信号相关的自身炎症性疾病[3]。

SARS-CoV-2的辅助蛋白在感染过程中的作用尚不完全清楚。转录组分析表明，WNT5A和Il11在表达SARS-CoV-2（Wuhan-Hu-1分离株）的ORF6、ORF8、ORF9b或ORF9c的A549细胞中显著上调。Il11是IL6家族细胞因子的一员。Il11信号相关基因也被差异表达[4]。生物信息学分析表明，WNT5A和Il11都与特发性肺纤维化疾病和促纤维化细胞反应有关[4]。与感染SARS-CoV-2的肺细胞系或COVID-19患者的肺活检相比，数据显示了与本研究中获得的相似的促纤维化基因表达改变[4]。因此，这些辅助蛋白可能是针对COVID-19疾病的新疗法的靶点[4]。

纤维化是心血管疾病中常见的病理学。在心脏中，纤维化会导致机械和电功能障碍，而在肾脏中，它预示着肾衰竭的发生。转化生长因子β1（TGFβ1）是主要的促纤维化因子，但其抑制与由于其多效性作用而引起的副作用有关。研究发现，使用原发性人成纤维细胞的综合成像-基因组分析，Il11的上调是对TGFβ1暴露的主要转录反应，并且对于其促纤维化作用是必需的。Il11及其受体（Il11ra）在成纤维细胞中特异性表达，它们在成纤维细胞中驱动非经典、ERK依赖性自分泌信号传导，这对于纤维生成蛋白合成是必需的。在小鼠中，成纤维细胞特异性Il11转基因表达或Il-11注射导致心脏和肾脏纤维化和器官衰竭，而Il11ra1的基因缺失则保护免受疾病的影响。因此，抑制Il11可防止成纤维细胞对一系列重要促纤维化刺激的反应，并在器官和物种之间发挥作用。这些结果揭示了Il11在纤维化中的核心作用，并建议抑制Il11是治疗纤维化疾病的潜在治疗策略[5]。

缺氧在肿瘤进展，包括侵袭和转移中起着关键作用。为了确定由缺氧调节的关键基因，这些基因促进侵袭和转移，研究人员筛选了五十个缺氧诱导基因，以评估它们对侵袭的影响。在这项研究中，他们确定v-maf肌腱纤维肉瘤癌基因同源物F（MAFF）是一种强大的肿瘤侵袭调节因子，而不会影响细胞活力。MAFF表达在转移性乳腺癌患者中升高，并且与缺氧肿瘤有特定的相关性。结合ChIP和RNA测序确定了Il11作为MAFF和BACH1异源二聚体之间直接转录靶点的激活STAT3信号传导。抑制Il11导致与抑制MAFF相似的转移抑制水平。这项研究证明了MAFF作为乳腺癌中Il11/STAT3途径激活剂的原癌基因作用[6]。

非酒精性脂肪性肝炎（NASH）是一种肝脏疾病，其特征是脂肪积累、炎症和纤维化。研究探讨了Il11信号在NASH发病机制中的作用。使用肝星状细胞（HSCs）、肝细胞和小鼠NASH模型，研究人员刺激小鼠和人成纤维细胞、HSCs或肝细胞，并用Il11和其他细胞因子，通过成像、免疫印迹和功能测定以及酶联免疫吸附测定进行分析。小鼠接受Il11注射。具有Il11受体亚基α1基因（Il11ra1-/-）的小鼠和Il11ra1+/+小鼠被喂食高脂肪蛋氨酸和胆碱缺乏饮食（HFMCD）或含液态果糖的西方饮食（WDF）以诱导脂肪性肝炎；对照组小鼠被喂食正常饮食。db/db小鼠被喂食蛋氨酸和胆碱缺乏饮食12周，C57BL/6 NTac小鼠被喂食HFMCD 10周或WDF 16周。一些小鼠在饮食的不同时间点接受腹腔注射抗Il11（X203）、抗Il11RA（X209）或对照抗体。收集肝脏和血液样本；血液样本通过生物化学分析，肝脏组织通过组织学、RNA测序、免疫印迹、免疫组织化学、羟脯氨酸和质谱飞行时间分析。与细胞因子孵育的HSCs产生Il11，导致ERK激活（磷酸化）和纤维化标记物的表达。接受Il11注射的小鼠的肝脏受损，纤维化标记物增加，肝细胞死亡和炎症增加。在HFMCD或WDF喂养后，与喂食相同饮食的Il11ra1+/+小鼠相比，Il11ra1-/-小鼠的肝脏脂肪变性、纤维化、炎症和脂肪性肝炎标记物的表达减少。根据在HFMCD或WDF喂养的野生型小鼠中给予抗Il11或抗Il11RA抗体的时间，或在喂食蛋氨酸和胆碱缺乏饮食的db/db小鼠中，这些抗体可以防止、停止或逆转纤维化和脂肪变性的发展。喂食WDF并给予抗Il11或抗Il11RA注射的Il11ra1+/+小鼠以及喂食WDF的Il11ra1-/-小鼠的血液样本，其血脂和葡萄糖水平低于未注射抗体或Il11ra1基因缺失的小鼠。阻断Il11信号的中和抗体减少了饮食诱导的脂肪性肝炎小鼠的纤维化、脂肪变性、肝细胞死亡、炎症和高血糖。这些抗体还改善了小鼠的代谢状况，可能被开发用于NASH的治疗[7]。

转化生长因子β（TGF-β）和RAS通过SMAD和RAS反应元件结合蛋白1（RREB1）信号传导，共同触发癌细胞的EMT和纤维生成因子的表达，作为共同转录反应的两个不同分支。研究人员证明了这两个分支共同形成一个程序，以促进肺腺癌的转移，并确定了将组成基因的表达与TGF-β和RAS输入相关的染色质决定因素。RREB1定位于H4K16acK20ac标记的组蛋白H2A.Z加载核小体在纤维生成基因Il11、血小板衍生生长因子-B（PDGFB）、透明质酸合成酶2（HAS2）以及EMT转录因子SNAI1的增强子上，以响应TGF-β的SMAD4-INO80核小体重塑复合物激活这些增强子。这些调节特性将纤维生成EMT程序与RAS非依赖性TGF-β基因反应分开，并阐明了促进转移生长的双功能程序的运作和脆弱性[8]。

肠道微生物群在癌症进展中发挥着重要作用。研究人员报告，广谱抗生素（ABX）治疗通过改变肠道微生物群组成导致转移增强。癌症LLC和B16-F10细胞转移小鼠模型和微阵列/RNA测序分析用于揭示微生物群介导的环状RNA（circRNA）/microRNA（miRNA）网络可能有助于癌症转移的调节功能。ABX处理的SPF小鼠表现出增强的肺转移。从SPF小鼠或双歧杆菌到无菌小鼠的粪便微生物群移植（FMT）显着抑制了肺转移。机制上，肠道微生物群影响circRNA表达，以调节相应miRNA的水平。特别是，微生物群调节的肠道微生物群以Il-11依赖性方式抑制mmu_circ_0000730的表达。生物信息学分析与荧光素酶报告基因测定相结合，揭示了mmu_circ_0000730和mmu-miR-466i-3p之间的相互抑制。进一步的研究表明，mmu-miR-466i-3p和mmu-miR-466f-3p抑制了参与上皮-间质转化（EMT）和癌症干细胞干性的基因，如SOX9的表达。这些结果表明，非编码RNA在微生物群介导的癌症转移中具有以前未被认识的调节作用，因此，微生物群可能成为治疗靶点[9]。

炎症性肠病（IBD）是一种多因素疾病，其特征是宿主无法限制对腔内抗原的炎症反应。CARD15基因中的多态性与克罗恩病（CD）的相关性表明，单核细胞中激活的转录因子NF(kappa)B的相关性。Il11介导抗炎作用，能够下调LPS诱导的NF(kappa)B激活。因此，Il11基因是IBD遗传易感性的良好候选者。为了评估Il11基因在IBD中的作用，研究人员对222例CD患者、152例溃疡性结肠炎（UC）患者和400例健康对照者进行了两种多态性的基因分型，包括启动子区域中的二核苷酸重复。编码区的PCR-SSCP分析显示，外显子4中有一个单核苷酸多态性导致氨基酸交换（G335A；R112H），与任何一种疾病均无显著相关性。Il11.A1等位基因和Il11.A1纯合子个体的二核苷酸重复频率在UC患者中显着增加（P < 0.002和P < 0.003），而CD患者中则没有增加。Il11表达的改变似乎与UC的遗传易感性有关[10]。

综上所述，Il11是一种重要的细胞因子，在多种生物学过程中发挥作用，包括炎症、纤维化、器官损伤和修复。Il11信号在肾脏、心脏、肝脏和肿瘤生物学中起着关键作用，并且与多种疾病有关，包括急性肾脏损伤、慢性肾脏疾病、非酒精性脂肪性肝炎、心血管纤维化和癌症。靶向Il11信号的治疗方法可能为这些疾病的治疗提供新的策略。