BACH1在维生素E的作用下得以稳定，并通过Wnt/β-Catenin通路抑制肥大性瘢痕的形成

《Burns》：BACH1 is stabilized by vitamin E and attenuate the formation of hypertrophic scar through the Wnt/β-Catenin pathway

本研究通过孟德尔随机化分析探究血浆蛋白和饮食对瘢痕增生的影响，发现BACH1具有保护作用，维生素E通过稳定BACH1抑制Wnt/β-Catenin通路，验证了其在体外和动物模型中的抗瘢痕效果。

　　

栾文康|范书军|姜汉一|姜东文|杨金秀|何乐然

中国医学科学院整形外科医院耳廓重建科，北京，中国

摘要

目前，导致增生性瘢痕（HS）形成的分子机制尚未得到全面阐明。此外，关于维生素E在HS中的作用也尚未达成共识。因此，我们通过孟德尔随机化（MR）方法深入研究了2940种血浆蛋白和187种饮食对HS的因果影响。我们采用了共定位分析、基于汇总数据的MR（SMR）、依赖工具的异质性分析（HEIDI）以及MR全表型关联研究（MR-PheWAS）来识别HS的潜在药物靶点。人类蛋白质图谱、差异表达分析、加权共表达网络分析（WGCNA）和单细胞分析被用来确认HS中的关键生物分子。为了研究关键分子的作用，我们分离了原代成纤维细胞，并在体外和体内动物模型中进行了验证。我们提出BACH1与HS的发生具有因果关系，它是HS的保护因子，可能作为其治疗靶点。进一步研究发现，BACH1在人体组织中表达量较高，但在HS组织和成纤维细胞中表达量较低。我们通过Wnt/β-连环蛋白通路证实了BACH1和维生素E在原代成纤维细胞和动物模型中的抗瘢痕作用。总体而言，我们的结果表明BACH1具有抑制HS的作用，而维生素E通过稳定BACH1来减缓HS的形成。

引言

增生性瘢痕（HS）是一种由严重皮肤创伤后异常伤口愈合引起的纤维增生性疾病[1]，[2]。烧伤后HS的发生率约为70%[3]。据估计，每年有1亿人受到异常皮肤瘢痕的影响[4]，[5]。HS不仅会导致外观受损，还会破坏皮肤功能，并引发自卑和焦虑等心理问题[6]，[7]。目前，HS已成为一个值得关注的全球性健康问题。最新研究表明机械力在HS形成中起着关键作用[1]。然而，HS的形成机制尚未完全明确，个体差异给研究带来了困难。

从统计学角度来看，孟德尔随机化（MR）利用单核苷酸多态性（SNPs）基于全基因组关联研究（GWAS）推断暴露与疾病结果之间的因果关系[8]。MR具有两大主要优势：首先，在配子形成过程中，遗传等位基因的分离遵循严格的随机化原则，从而减少了混杂因素的影响[9]；由于遗传变异的固定性，它们与疾病状态的关联保持不变，避免了反向因果关系的问题[10]。因此，我们首先使用MR方法研究了2940种血浆蛋白定量性状位点（pQTL）与HS之间的因果关系。根据实验结果，86种血浆蛋白与HS存在因果关联。此外，我们还进行了共定位分析以验证工具变量（IV）的稳健性，并基于表达定量性状位点（eQTL）和pQTL数据，通过基于汇总数据的MR（SMR）和依赖工具的异质性分析（HEIDI）确认了HS的潜在药物靶点。最后，我们通过MR全表型关联研究（MR-PheWAS）评估了这些基因治疗HS的潜在不良反应。综上所述，我们确定转录因子BTB和CNC同源物1（BACH1）是HS的保护因子，可能作为其治疗靶点。

作为基本的亮氨酸拉链转录因子，BACH1已被证实与氧化应激反应相关[11]，[12]。值得注意的是，BACH1不仅能结合抗氧化反应元件（AREs），还能抑制抗氧化基因（包括血红素加氧酶-1（HO-1）的转录[13]。BACH1在炎症性疾病和多种癌症中起着重要作用[14]，[15]，[16]。然而，BACH1在HS中的作用尚未得到研究。在皮肤组织中，BACH1主要富集在角质形成细胞和朗格汉斯细胞中，而非成纤维细胞中。成纤维细胞向肌成纤维细胞的转分化（其特征是α-平滑肌肌动蛋白阳性，α-SMA+）是瘢痕形成的关键过程[17]。我们进一步证实了BACH1在HS组织和原代成纤维细胞中的低表达，并验证了其抗瘢痕效果。

抗氧化剂（包括维生素E）通过降低ROS和游离血红蛋白水平来稳定BACH1[18]。尽管关于维生素E对瘢痕形成的影响有大量讨论，但其实际效果仍存在争议[19]。在本研究中，我们证明维生素E通过抑制原代成纤维细胞和动物模型中的Wnt/β-连环蛋白通路来减缓HS的形成。此外，我们还研究了187种饮食对HS的因果影响。总体而言，我们的研究具有重要的临床和公共卫生意义。

研究设计

研究设计描述

为了探讨血浆蛋白、饮食模式与HS发生之间的因果关系，我们进行了双样本MR分析，将187种饮食摄入和2940种血浆蛋白作为暴露因素，HS作为结果变量。随后系统地进行了共定位分析、SMR、HEIDI和MR-PheWAS分析。人类蛋白质图谱（https://www.proteinatlas.org/）、HS的单细胞转录组和RNA-seq数据也被纳入分析中

血浆蛋白对HS的因果效应

我们首先研究了血浆蛋白与HS之间的因果关联。根据筛选标准，5624个与2940种血浆蛋白相关的SNP被选为工具变量（IVs），用于MR分析，IVs的详细信息见表S1。通过Wald比值或IVW方法，我们确定了86种与HS具有因果关联的血浆蛋白，其中45种具有保护作用，41种具有有害作用（图2）。

讨论

HS是一种严重的纤维化皮肤疾病，在临床环境中亟需关注[2]。目前，许多研究致力于探究HS的病理机制，并取得了重要突破。例如，BMP-7已被发现能抑制过度瘢痕形成[33]；MiR-192-5p通过靶向IL-17RA/Smad通路改善HS纤维化[2]。然而，HS形成的分子机制尚未完全阐明。

伦理批准和参与同意

本研究获得了中国医学科学院整形外科医院的伦理委员会批准，并获得了所有参与者的知情同意。临床试验编号：不适用

作者贡献

栾文康（WKL）和郎荣华（LRH）构思并设计了实验；栾文康（WKL）和杜文军（DWJ）收集了公共数据集并进行了生物信息学分析；孙志芬（SJF）、姜汉一（HYJ）和贾晓燕（JXY）进行了实验；孙志芬（SJF）和姜汉一（HYJ）收集了样本；栾文康（WKL）、杜文军（DWJ）和郎荣华（LRH）分析和解释了数据。郎荣华（LRH）提供了技术支持。栾文康（WKL）和郎荣华（LRH）共同撰写了论文。郎荣华（LRH）对论文进行了重要内容的审稿。

资助

本项目得到了北京协和医学院中央高校基本科研业务费（3332024147）和中国医学科学院医学与健康技术创新项目（2021-I2M-1-001）的支持。

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。

致谢

不适用。

出版同意

已获得所有参与者的书面出版同意。