Interleukin-6 Family of Cytokines Mediates Isoproterenol-induced Delayed STAT3 Activation in Mouse Heart
Creators
- 1. Peking University
- 2. Peking University Third Hospital
Description
This study was aimed to determine whether β-adrenergic receptor (β-AR) stimulated by isoproterenol (ISO) activates signal transducers and activators of transcription (STAT) in mouse heart and, if so, to examine the underlying mechanism. We found that treatment of adult male mice by ISO (15 mg/kg body weight, intraperitoneal) caused a delayed STAT3 activation (at 60–120 min), which was fully abolished by β-AR antagonist, propranolol. ISO-induced phosphorylation of STAT3 was markedly enhanced by phosphodiesterase inhibitor amrinone, indicating that cAMP is critically involved in β-AR-mediated STAT3 activation. In addition, β-AR stimulation significantly increased gene expression of interleukin-6 (IL-6) family of cytokines (IL-6, leukemia inhibitory factor, ciliary neurotrophic factor, and cardiotrophin-1). IL-6 protein levels in serum and mouse myocardium were also significantly increased in response to ISO treatment. In cultured cardiac fibroblasts, IL-6 level was enhanced significantly after ISO (10-6 mol/liter) stimulation for 2 h and then peaked at 12 h, whereas the response of IL-6 in cultured cardiomyocytes to ISO stimulation was not significant, suggesting that ISO-induced increase in IL-6 is primarily from cardiac fibroblasts rather than cardiomyocytes. Most importantly, IL-6 could activate STAT3 in a time-dependent manner in cultured cardiomyocytes, and inhibition of IL-6 level by anti-IL-6-neutralizing antibody clearly attenuated ISO-induced phosphorylation of STAT3 in myocardium. Taken together, these results indicate that β-AR stimulation leads to a delayed STAT3 activation via an IL-6 family of cytokine-mediated pathway and that cardiac fibroblasts, but not cardiomyocytes, is probably the predominant source of IL-6 in response to ISO stimulation in mouse myocardium. This study was aimed to determine whether β-adrenergic receptor (β-AR) stimulated by isoproterenol (ISO) activates signal transducers and activators of transcription (STAT) in mouse heart and, if so, to examine the underlying mechanism. We found that treatment of adult male mice by ISO (15 mg/kg body weight, intraperitoneal) caused a delayed STAT3 activation (at 60–120 min), which was fully abolished by β-AR antagonist, propranolol. ISO-induced phosphorylation of STAT3 was markedly enhanced by phosphodiesterase inhibitor amrinone, indicating that cAMP is critically involved in β-AR-mediated STAT3 activation. In addition, β-AR stimulation significantly increased gene expression of interleukin-6 (IL-6) family of cytokines (IL-6, leukemia inhibitory factor, ciliary neurotrophic factor, and cardiotrophin-1). IL-6 protein levels in serum and mouse myocardium were also significantly increased in response to ISO treatment. In cultured cardiac fibroblasts, IL-6 level was enhanced significantly after ISO (10-6 mol/liter) stimulation for 2 h and then peaked at 12 h, whereas the response of IL-6 in cultured cardiomyocytes to ISO stimulation was not significant, suggesting that ISO-induced increase in IL-6 is primarily from cardiac fibroblasts rather than cardiomyocytes. Most importantly, IL-6 could activate STAT3 in a time-dependent manner in cultured cardiomyocytes, and inhibition of IL-6 level by anti-IL-6-neutralizing antibody clearly attenuated ISO-induced phosphorylation of STAT3 in myocardium. Taken together, these results indicate that β-AR stimulation leads to a delayed STAT3 activation via an IL-6 family of cytokine-mediated pathway and that cardiac fibroblasts, but not cardiomyocytes, is probably the predominant source of IL-6 in response to ISO stimulation in mouse myocardium. It is widely accepted that when the heart is subject to neurohumoral factors or mechanical pressure overload, cardiomyocytes exhibit hypertrophic response, which is a leading predictor of heart failure (1Molkentin J.D. Wdorn G. Annu. Rev. Physiol. 2001; 63: 391-426Crossref PubMed Scopus (578) Google Scholar). Increasing evidence has demonstrated that cardiomyocyte hypertrophy is initiated by endocrine, paracrine, or autocrine factors that activate a variety of intracellular signaling pathways and ultimately modulate transcription factors and gene expression (2Sadoshima J. Xu Y. Slayter H.S. Izumo S. Cell. 1993; 75: 977-984Abstract Full Text PDF PubMed Scopus (1163) Google Scholar, 3Ito H. Hirata Y. Adachi S. Tanaka M. Tsujino M. Koike A. Nogami A. Murumo F. Hiroe M. J. Clin. Invest. 1993; 92: 398-403Crossref PubMed Scopus (526) Google Scholar, 4Long C.S. Ordahl C.P. Simpson P.C. J. Clin. Invest. 1989; 83: 1078-1082Crossref PubMed Scopus (108) Google Scholar, 5Pennica D. King K.L. Shaw K.J. Luis E. Rullamas J. Luoh S.M. Darbonne W.C. Knutzon D.S. Yen R. Chien K.R. Baker J.B. Wood W.I. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 1995; 92: 1142-1146Crossref PubMed Scopus (501) Google Scholar, 6Dzimiri N. Pharmacol. Rev. 1999; 51: 465-501PubMed Google Scholar, 7Morisco C. Zebrowski D. Condorelli G. Tsichlis P. Vatner S.F. Sadoshima J. J. Biol. Chem. 2000; 275: 14466-14475Abstract Full Text Full Text PDF PubMed Scopus (225) Google Scholar). For instance, angiotensin II, endothelin-1, catecholamines, and the IL-6 1The abbreviations used are: IL, interleukin; STAT, signal transducers and activators of transcription; Jak, Janus kinase; LIF, leukemia inhibitory factor; ELISA, enzyme-linked immunosorbent assay; CNTF, ciliary neurotrophic factor; CT, cardiotrophin-1; gp, glycoprotein; ISO, isoproterenol; ANOVA, analysis of variance; PDE, phosphodiesterase; β-AR, β-adrenergic receptor. family of cytokines that regulate proliferation in cancer cells or immune cells instead trigger hypertrophic growth in cardiomyocytes. Both in vivo and in vitro studies have shown that stimulation of myocardium β-ARs results in cardiac remodeling characterized by increased cell size, reexpression of the "fetal gene" program (atrial natriuretic factor and skeletal α-actin), and organization of actin cytoskeleton (6Dzimiri N. Pharmacol. Rev. 1999; 51: 465-501PubMed Google Scholar, 7Morisco C. Zebrowski D. Condorelli G. Tsichlis P. Vatner S.F. Sadoshima J. J. Biol. Chem. 2000; 275: 14466-14475Abstract Full Text Full Text PDF PubMed Scopus (225) Google Scholar). The mechanism underlying β-AR-mediated cardiac remodeling in vivo, however, remains largely unclear. Recently, it has been reported that Janus kinase/signal transducers and activators of transcription (Jak/STAT), a newly discovered intracellular signal transduction pathway, may play an important role in the process of cardiac remodeling. In vivo studies have demonstrated that Jak1, Jak2, and Tyk2 kinases as well as STATs are activated in the rat heart during acute pressure overloading (8Pan J. Fukuda K. Kodama H. Makino S. Takahashi T. Sano M. Hori S. Ogawa S. Circ. Res. 1997; 81: 611-617Crossref PubMed Scopus (126) Google Scholar). Jak/STAT also responds to many cytokines and growth factors (9Darnell J.E. Kerr I.M. Stark G.R. Science. 1994; 264: 1415-1421Crossref PubMed Scopus (5028) Google Scholar, 10Ihle J.N. Cell. 1996; 84: 331-334Abstract Full Text Full Text PDF PubMed Scopus (1266) Google Scholar). The binding of ligands to receptor leads to the activation of the Jak tyrosine kinase family, and subsequently, the activated receptor-kinase complexes recruit and activate members of the STAT family by phosphorylation. As a result, the phosphorylated STAT proteins dimerize, translocate into the nucleus, and bind to response elements in the promoters of target genes, thereby regulating gene expression. Up to date, seven mammalian STAT proteins have been identified. Among these proteins, STAT3 is highlighted as a critical mediator of cardiac remodeling and survival of cardiomyocytes (11Yamauchi-Takihara K. Kishimoto T. Trends Cardiovasc. Med. 2000; 10: 298-303Crossref PubMed Scopus (62) Google Scholar, 12Negoro S. Kunisada K. Tone E. Funamoto M. Oh H. Kishimoto T. Yamauchi-Takihara K. Cardiovasc. Res. 2000; 47: 797-805Crossref PubMed Scopus (189) Google Scholar, 13Sano M. Fukuda K. Kodama H. Pan J. Saito M. Matsuzaki J. Takahashi T. Makino S. Kato T. Ogawa S. J. Biol. Chem. 2000; 275: 29717-29723Abstract Full Text Full Text PDF PubMed Scopus (207) Google Scholar). Accumulating evidence has suggested that IL-6 family of cytokines plays an important role in the activation of STAT3 (11Yamauchi-Takihara K. Kishimoto T. Trends Cardiovasc. Med. 2000; 10: 298-303Crossref PubMed Scopus (62) Google Scholar). The IL-6 family of cytokines including IL-6, IL-11, leukemia inhibitory factor (LIF), oncostatin M, ciliary neurotrophic factor (CNTF), and cardiotrophin-1 (CT-1) interacts with membrane-bound receptors, which consist of a common signaltransducing subunit, gp130, and various ligand-binding sub-units. Propagation of these cytokine signals requires gp130, which activates STAT3 by binding to its SH2 domain via phosphotyrosine residues in the gp130 cytoplasmic domain. We hypothesized that Jak/STAT pathway could be activated by β-AR stimulation and then involved in β-AR-induced cardiac remodeling. To test this hypothesis, the effect of isoproterenol, a β-AR agonist, on activation of STAT3 in mouse heart was studied. Materials and Animals—Materials were obtained from the following sources. Isoproterenol (ISO), propranolol, atenolol, amrinone, and goat IgG were from (Sigma). Anti-phospho-STAT3 was from New England Biolabs (Beverly, MA). Anti-STAT3 and horseradish peroxidase-conjugated anti-rabbit antibody was from Santa Cruz Biotechnology (Santa Cruz, CA). Murine IL-6 ELISA kit was from Diaclone (Besancon, France). Recombinant murine IL-6 was from PeproTech EC Ltd. (London, United Kingdom). Goat anti-murine IL-6 polyclonal antibody was from R&D Systems (Minneapolis, MN). Male 8-week-old BALB/c mice (weighing 18–20 g) and 1-day-old Balb/c mice were obtained from the Medical Experimental Animal Center of Peking University. Experiments were approved by the Committee on the Ethical Aspects of Research Involving Animals of the Peking University Health Science Center. Western Blot Analysis—Mice were treated with ISO (15 mg/kg body weight) or vehicle by intraperitoneal injection. The left ventricular myocardium was excised at various time points and homogenized by using a Polytron homogenizer with ice-cold lysis buffer containing 20 mmol/liter Tris-HCl (pH 7.4), 150 mmol/liter NaCl, 2.5 mmol/liter EDTA, 50 mmol/liter NaF, 0.1 mmol/liter Na4P2O7, 1 mmol/liter Na3VO4, 1% Triton X-100, 10% glycerol, 0.1% SDS, 1% deoxycholic acid, 1 mmol/liter phenylmethylsulfonyl fluoride, and 1 μg/ml aprotinin. The protein concentration was determined with the BCA protein assay kit (Pierce) using the manufacturer's instructions, and the extracts were stored at -70 °C before use. For Western blot analysis, samples (30 μg each) were separated by electrophoresis on 10% SDS-polyacrylamide gel and transferred onto polyvinylidene difluoride membranes. The membranes were probed with antibodies to phospho-STAT3, and horseradish peroxidase-conjugated anti-rabbit antibodies were used as secondary antibodies. The peroxidase reaction products were visualized by LumiGLO® chemiluminescent substrate (New England Biolabs). The same membrane was then stripped and reprobed with anti-STAT3 antibody to determine the total protein abundance using a similar procedure. Immunohistochemistry—Paraffin sections (6 μm) were deparaffinized, hydrated, and pretreated by boiling in 0.01 mol/liter phosphatebuffered saline (pH 6.0) for 10 min. After treatment for 30 min with 5% normal rabbit serum, samples were treated with polyclonal STAT3 antibody overnight at 4 °C, rinsed with phosphate-buffered saline, and treated for 2 h with horseradish peroxidase-conjugated anti-rabbit antibodies (1:200 dilution) and the peroxidase activity was visualized by using diamine benzidine, resulting in a brown precipitate. RNA Extraction and Reverse Transcriptase-PCR Analysis—Total RNA was extracted from cultured cells and mouse hearts using TRIzol reagent (Invitrogen). The samples were treated with DNase I and then subjected to first-strand synthesis using oligo(dT) primer and reverse transcriptase (Superscript II). Mouse IL-6, LIF, CNTF, CT-1, and β-actin mRNA were amplified by PCR using the following primers (14Ito Y. Yamamoto M. Li M. Doyu M. Tanaka F. Mutch T. Mitsuma T. Sobue G. Brain Res. 1998; 793: 321-327Crossref PubMed Scopus (88) Google Scholar, 15Funamoto M. Hishinuma S. Fujio Y. Matsuda Y. Kunisada K. Oh H. Negoro S. Tone E. Kishimoto T. Yamauchi-Takihara K. J. Mol. Cell Cardiol. 2000; 32: 1275-1284Abstract Full Text PDF PubMed Scopus (45) Google Scholar): mouse IL-6, 5′-GGA GAC TTC ACA GAG GAT ACC-3′ and 5′-CAA GAT GAA TTG GAT GGT CTT-3′ (483-bp product size); mouse LIF, 5′-ATG CCA CGG CAA CCT CAT GAA-3′ and 5′-GAC TTG CTT GTA TGT CCC CAG-3′ (466 bp); mouse CNTF, 5′-TGG CTA GCA AGG AAG ATT CGT T-3′ and 5′-CCC ATA ATG GCT CTC ATG TGC-3′ (519 bp); mouse CT-1, 5′-GAG ACA GTG CTG GCC GCG CTG-3′ and 5′-AGA GGA GAG CAG AAG AGA GAG A-3′ (345 bp); and mouse β-actin, 5′-GTG GGG CGC CCC AGG CAC CA-3′ and 5′-CTT CCT TAA TGT CAC GCA CGA TTT C-3′ (540 bp). The PCR mixture was incubated on a DNA Thermal Cycler (Stratagene) using various cycles. The reaction conditions involved denaturation at 95 °C for 1 min, annealing at 60 °C for 1 min, and extension at 72 °C for 1 min, 20 s with an initial denaturation at 95 °C for 5 min and a final extension step at 72 °C for 7 min, 30 s. After amplification, products were analyzed by electrophoresis on a 2% agarose gel. Cell Culture—Primary ventricular myocytes were prepared as described previously (16Gray M.O. Long C.S. Kalinyak J.E. Li H.T. Karliner J.S. Cardiovasc. Res. 1998; 40: 352-363Crossref PubMed Scopus (356) Google Scholar). Ventricles from 1-day-old BALB/c mice were minced, and cells were isolated by multiple rounds of 8-min-long tissue dissociation with 0.01% trypsin. After each incubation with trypsin, the supernatant was added to an equal volume of Dulbecco's modified Eagle's medium containing 10% fetal bovine serum and all of the supernatants were combined. The cardiomyocytes were collected by differential adhesiveness. Cardiomyocyte-enriched suspensions were removed from the culture dishes and plated at a density of 150–200 cells/mm2 after overnight incubation. Cultures were maintained in Dulbecco's modified Eagle's medium supplemented with 10% fetal bovine serum and 0.1 mm bromodeoxyuridine to prevent fibroblast proliferation. Cardiac fibroblasts obtained during the preplating step of the myocytes isolation procedure were maintained in complete culture medium, allowed to proliferate, and then trypsinized and passaged once at 1:3 dilution. Cardiac fibroblasts in the third passages were used. By immunostaining and by examination of the morphology of the cells, it has been indicated that the cultured cells were pure cardiomyocytes and cardiac fibroblasts. Enzyme-linked Immunosorbent Assay—IL-6 levels in serum, myocardium homogenates, or cell culture medium were measured by ELISA using commercially available kit (Diaclone) according to the manufacturer's protocol. As reported by the manufacturer, this kit is a solidphase sandwich ELISA. A specific anti-IL-6 antibody was coated onto the wells of the microtiter strips. Standards of known IL-6 content, control specimens, and unknown samples were placed into the wells by pipette followed by the addition of biotinylated secondary antibody. After a first incubation and the removal of excess secondary antibody, streptavidin peroxidase was added, which bound to the biotinylated antibody to complete the 4-member sandwich. After a second incubation and washing to remove all of the unbound enzyme, a substrate (tetra-methyl benzidine) solution was then added to produce color. The intensity of this colored product is directly proportional to the concentration of IL-6 present in the sample. Absorbance was read with a microtiter plate reader at 450 nm. In Vivo Antibodies Treatment—Goat anti-murine IL-6 polyclonal antibody was obtained from R&D Systems (<10 ng of endotoxin/mg of polyclonal antibody). Goat IgG was used as an isotype control antibody. Four male 8-week-old BALB/c mice were given 200 μg of anti-murine IL-6-neutralizing antibody intraperitoneally 30 min before ISO treatment (15 mg/kg body weight, intraperitoneal). Control mice received intraperitoneal injection of goat IgG (200 μg each, n = 4). At the conclusion of the study, all of the mice were sacrificed and the blood and tissue samples were collected for further analysis. Statistical Analysis—Data are expressed as the mean ± S.E. The statistical significance of the differences between the means of the groups was determined by one-way ANOVA or unpaired two-tailed Student's t tests. A value of p < 0.05 was considered significant. ISO Activates Jak/STAT Pathway in Mouse Myocardium— Western blot analysis revealed that treatment of mice with ISO (15 mg/kg body weight, intraperitoneal) for 1 or 2 h markedly increased tyrosine phosphorylation of STAT3 in myocardium without altering the protein abundance of STAT3 (Fig. 1A). In contrast, the phosphorylation status of STAT1, STAT5, and STAT6 was unaffected by β-AR stimulation (data not shown). Using immunohistochemical staining, we examined whether the increase in STAT3 tyrosine phosphorylation after ISO treatment was correlated with its changes in subcellular localization. Mouse myocardium treated with ISO for 2 h was processed for immunohistochemical staining with specific rabbit antibody to STAT3 (upper panel). As shown in Fig. 1B, although nontreated myocardium showed little nuclear staining for STAT3, clear nuclear staining was observed in mouse myocardium treated with ISO for 2 h. To further explore whether the increased accumulation of STAT3 in the nucleus was tyrosine-phosphorylated STAT3, we also performed the immunohistochemical staining with rabbit anti-pSTAT3 antibody (lower panel) and the results showed a similar staining pattern. These findings indicate that ISO causes delayed tyrosine phosphorylation of STAT3 and mediates its translocation from the cytoplasm to the nucleus. cAMP-mediate β-AR-induced STAT3 Activation—Fig. 2A shows that phosphorylation of STAT3 was completely inhibited by pretreatment with a nonselective β-AR antagonist, propranolol (30 mg/kg, intraperitoneal), but only partially inhibited by atenolol, a selective β1-AR antagonist, indicating that ISO-induced STAT3 activation was probably mediated by both β1-AR and β2-AR. Because β-AR stimulation increases intracellular cAMP formation, cAMP signaling in mammalian cells is terminated by phosphodiesterases (PDEs), which could catalyze the hydrolysis of cyclic nucleotides to 5′-nucleotide monophosphates so that inhibition of the breakdown of cAMP by PDE inhibitors would produce a sustained increase in the intracellular level of cAMP (6Dzimiri N. Pharmacol. Rev. 1999; 51: 465-501PubMed Google Scholar). Therefore, we next evaluated the possible role of this important second messenger in ISO-induced STAT3 activation by using amrinone, a widely used PDE3 inhibitor. As shown in Fig. 2B, ISO-induced phosphorylation of STAT3 was markedly enhanced by pretreatment with amrinone in a dose-dependent manner. These results strongly suggest that ISO-induced STAT3 activation is mainly mediated by β-AR-cAMP signaling cascade. β-AR Stimulation Up-regulates Gene Expression of IL-6 Family Cytokines and IL-6 Secretion—In contrast to the present in vivo study, our preliminary in vitro studies have shown that ISO could not increase the phosphorylation level of STAT3 in either cultured cardiomyocytes or cardiac fibroblasts (data not shown). This discrepancy suggests that there are some key factors missing in cultured myocytes or fibroblasts. Because IL-6 family of cytokines has been implicated in the regulation of STAT3 activation, we examined the potential effect of ISO on IL-6 family of cytokines gene expression in mouse myocardium. Indeed, the expression of IL-6 family of cytokines including IL-6, LIF, and CNTF mRNA was increased after ISO injection and peaked at 60–120 min (Fig. 3), which was temporally correlated with the delayed phosphorylation of STAT3 (Fig. 1A). Interestingly, although substantial CT-1 mRNA expression was observed in mouse myocardium, the expression was significantly increased at 15 min after ISO injection and had declined to its basal level by 60 min. To further investigate alterations in protein levels of IL-6, we examined their levels in serum and myocardium homogenates after ISO stimulation. The mean IL-6 serum level determined before ISO injection was 120.3 ± 33.7 pg/ml, which increased at 1 h (195.4 ± 28.4 pg/ml), and was further elevated significantly at 2 h (448.0 ± 46.1 pg/ml, p < 0.01) (Fig. 4A). We also observed that in myocardium homogenate samples, the mean IL-6 level was 632.1 ± 38.7 pg/mg in control group and then reached the plateau at 1 h after ISO injection (824.2 ± 38.9 pg/mg, p < 0.05) (Fig. 4B). These data strongly suggest that autocrine/paracrine-secreted IL-6 family of cytokines may be involved in ISO-induced STAT3 activation. Cardiac Fibroblast Is the Main Source of IL-6 Secretion in Myocardium—To clarify the source of increased IL-6 in mouse myocardium, cardiomyocytes and cardiac fibroblasts were prepared from 1-day-old BALB/c mice. Cells were serum-deprived for 24 h prior to ISO (10-6 mol/liter), and the supernatants were collected at different time points for the measurement of IL-6 by ELISA. In unstimulated cardiac fibroblasts, low levels of IL-6 were detected in culture medium (67.4 ± 1.3 pg/ml). IL-6 level was enhanced significantly at 2 h after ISO stimulation (502.1 ± 146.7 pg/ml, p < 0.05) and then peaked at 12 h (773.7 ± 161.9 pg/ml, p < 0.01). Interestingly, despite similar IL-6 levels between unstimulated cardiomyocytes and cardiac fibroblasts, the response of IL-6 measured in the supernatants from cultured cardiomyocytes to ISO stimulation was not significant (Fig. 5A). Our data indicate that cardiac fibroblast but not cardiomyocytes is probably a predominant source of IL-6 in response to ISO stimulation in mouse myocardium. Effect of IL-6 on Tyrosine Phosphorylation of STAT3 in Cardiomyocytes—To demonstrate that IL-6 could activate STAT3 in cultured cardiomyocytes, we analyzed the tyrosine phosphorylation of STAT3 by Western blot analysis. After 24 h of serum depletion, primary cultured cardiomyocytes were stimulated with recombinant murine IL-6 (10 ng/ml) for 30 min. As illustrated in Fig. 5B, tyrosine phosphorylation of STAT3 was observed at 5 min after ISO stimulation and then peaked at 30 min, and it was still sustained at 60 min. These findings suggest that in cultured cardiomyocytes, IL-6 could activate STAT3 in a time-dependent manner. Effect of Anti-IL-6-neutralizing Antibody on Tyrosine Phosphorylation of STAT3 in Vivo—Mice were treated with either anti-murine IL-6-neutralizing antibody or goat IgG (200 μg, intraperitoneal) for 30 min and then received intraperitoneal injection of ISO (15 mg/kg body weight). Blood and myocardium samples were taken at 2 h after ISO injection. In ISO-treated mice, serum IL-6 levels were elevated 4-fold above sham group (p < 0.01). Treatment with an anti-murine IL-6 polyclonal antibody completely inhibited the elevated IL-6 levels (94.4 ± 14.9% versus control, n = 4, p > 0.05). (Fig. 6A) Based on the potential of anti-IL-6 antibody treatment to neutralize endogenous IL-6 in our model, further studies examined the effects of blocking IL-6 on ISO-induced myocardium STAT3 activation in vivo. As shown in Fig. 6B, treatment with anti-murine IL-6-neutralizing antibody significantly inhibited ISO-induced STAT3 phosphorylation, which was consistent with the complete inhibition of IL-6 level. These data clearly indicate that IL-6 plays a pivotal role in ISO-induced STAT3 activation in mouse myocardium. The manifestation of cardiac remodeling is almost always associated with hypertension and left ventricular pressure/volume overload disease. In addition to heart muscle diseases, chronic pressure overload and the associated cardiac remodeling are considered to be not only very common causes but also predictors for the development of chronic heart failure. Previous studies have been focused on the functional roles of β-AR stimulation in left ventricular hypertrophy (6Dzimiri N. Pharmacol. Rev. 1999; 51: 465-501PubMed Google Scholar). More recently, the Jak/STAT pathway, which is activated by a multitude of cytokines and tyrosine kinase receptors (9Darnell J.E. Kerr I.M. Stark G.R. Science. 1994; 264: 1415-1421Crossref PubMed Scopus (5028) Google Scholar, 10Ihle J.N. Cell. 1996; 84: 331-334Abstract Full Text Full Text PDF PubMed Scopus (1266) Google Scholar), has been also implicated in cardiac hypertrophy. However, there is no information available linking these two cardiac hypertrophy pathways. The major finding of this study is that β-AR stimulation leads to delayed phosphorylation of STAT3 via an IL-6-dependent mechanism in addition to the well established cAMP/protein kinase A pathway. Moreover, the present study provides direct evidence that cardiac fibroblast but not cardiomyocytes is probably the predominant source of IL-6 in response to ISO stimulation in mouse myocardium. The coexistence of β1-AR and β2-AR has been demonstrated with the radioligand binding assay in the hearts of rat, mouse, cat, guinea pig, dog, and rabbit (17Brodde O.E. Pharmacol. Rev. 1991; 43: 203-243PubMed Google Scholar). Stimulation of these β-ARs activates the classic guanine nucleotide-binding proteins (G proteins), adenylate cyclases, and cAMP-protein kinase A cascade, which regulates multiple effects. In this study, we have demonstrated that ISO injection could induce tyrosine phosphorylation of STAT3 in myocardium, simultaneously mediating its translocation from the cytoplasm to the nucleus. Furthermore, our findings indicate that ISO-induced STAT3 activation is mediated by both β1-AR and β2-AR via increasing intracellular cAMP. Interestingly, we have found that ISO robustly increases mouse myocardium STAT3 phosphorylation in vivo but has no such effect in cultured cardiomyocytes or cardiac fibroblasts. This discrepancy reminds us that some key factors might be missing in cultured cells. Recent studies have demonstrated that autocrine/paracrine-secreted IL-6 family of cytokines plays a critical role in STAT activation in response to mechanical stretch and angiotensin II (18Taga T. Kishimoto T. Annu. Rev. Immunol. 1997; 15: 797-819Crossref PubMed Scopus (1298) Google Scholar, 19Pan J. Fukuda K. Sato T. Matsuzaki J. Kodama H. Sano M. Takahashi T. Kato T. Ogawa S. Circ. Res. 1999; 84: 1127-1136Crossref PubMed Scopus (250) Google Scholar). Moreover, the levels of angiotensin II, plasma renin activity, and norepinephrine are proportionally correlated with the level of IL-6, suggesting a link between neurohormones and cytokine activation (20Orus J. Roig E. Perez-Villa F. Pare C. Azqueta M. Filella X. Heras M. Sanz G. J. Heart Lung Transplant. 2000; 19: 419-425Abstract Full Text Full Text PDF PubMed Scopus (113) Google Scholar). In this study, we have observed that the gene expression of IL-6 family of cytokines including IL-6, LIF, and CNTF are increased in response to β-AR stimulation by ISO and the time course is comparable with STAT3 activation. The ELISA was used to determine whether the increases in the expression level of IL-6 mRNA was associated with increases in the extracellular secretion of IL-6. Our results indicate that ISO significantly increased IL-6 levels in serum and myocardium homogenates in a pattern similar to that of IL-6 mRNA expression in mouse myocardium. Thus, we have for the first time demonstrated that autocrine/paracrine-secreted IL-6 family of cytokines may be critically involved in β-AR-induced STAT3 activation. It should be noted that the elevation of IL-6 level in mouse myocardium is slightly premature than those in serum. The myocardium is believed to be a major source of IL-6 in patients with acute myocardial infarction and heart failure (21Kucharz E.J. Wilk T. Eur. J. Intern. Med. 2000; 11: 253-256Abstract Full Text Full Text PDF PubMed Scopus (12) Google Scholar). It is well accepted that the heart is composed of multiple cell types including cardiomyocytes and nonmyocytes (mostly cardiac fibroblasts). Accumulating evidence has established that cardiac fibroblasts similar to cardiomyocytes synthesize and secrete a local peptide hormone and cytokines that may modulate myocardial structure and function (16Gray M.O. Long C.S. Kalinyak J.E. Li H.T. Karliner J.S. Cardiovasc. Res. 1998; 40: 352-363Crossref PubMed Scopus (356) Google Scholar, 22Wan S. DeSmet J.M. Barvais L. Goldstein M. Vincent J.L. LeClerc J.L. J. Thorac. Cardiovasc. Surg. 1996; 112: 806-811Abstract Full Text Full Text PDF PubMed Scopus (232) Google Scholar). In this study, our findings indicate that cardiac fibroblasts but not cardiomyocytes is served as the predominant source of IL-6 in response to ISO stimulation in mouse myocardium. These results are consistent with those of a previous study (24Burger A. Benicke M. Deten A. Zimmer H.G. Am. J. Physiol. 2001; 281: H14-H21Crossref PubMed Google Scholar), which reported that a catecholamine, norepinephrine, significantly increased IL-6 mRNA expression in rat cardiac fibroblasts. Clinical investigation has demonstrated that the plasma levels of proinflammatory cytokines including tumor necrosis factor-α and IL-6 were elevated in patients with congestive heart failure (25Kubota T. Miyagishima M. Alvarez R.J. Kormos R. Rosenblum W.D. Demetris A.J. Semigran M.J. Dec G.M. Holubkov R. McTiernan C.F. Mann D.L. Feldman A.M. McNamara D.M. J. Heart Lung Transplant. 2000; 19: 819-824Abstract Full Text Full Text PDF PubMed Scopus (121) Google Scholar). It has also been reported that increased cAMP can stabilize the mRNA for several inflammatory mediators during chronic β-AR stimulation (26Baumgarten G. Knuefermann P. Mann D.L. Trends Cardiovasc. Med. 2001; 10: 216-223Crossref Scopus (53) Google Scholar, 27Gustafsson A.B. Brunton L.L. Mol. Pharmacol. 2000; 58: 1470-1478Crossref PubMed Scopus (60) Google Scholar, 28Murray D.R. Prabhu S.D. Chandrasekar B. Circulation. 2000; 101: 2338-2341Crossref PubMed Scopus (207) Google Scholar). Moreover, β-adrenergic blockade has been shown to attenuate proinflammatory cytokine gene expression in experimental infarct models (29Prabhu S.D. Chandrasekar B. Murray D.R. Freeman G.L. Circulation. 2000; 101: 2103-2109Crossref PubMed Scopus (248) Google Scholar). In patients with congestive heart failure, increased serum IL-6 has been identified as a powerful independent predictor of the combined end point: death, new heart failure episodes, and the need for heart transplantation (30Sano M. Fukuda K. Sato T. Kawaguchi H. Suematsu M. Matsuda S. Koyasu S. Plenz G. Song Z.F. Tjan T.D.T. Koenig C. Baba H.A. Erren M. Flesch M. Wichter T. Scheld H.H. Deng M.C. Eur. J. Heart Fail. 2001; 3: 415-421Crossref PubMed Scopus (71) Google Scholar, 31Tanaka T. Kanda T. McManus B.M. Kanai H. Akiyama H. Sekiguchi K. Yokoyama T. Kurabayashi M. J. Mol. Cell. Cardiol. 2001; 33: 1627-1635Abstract Full Text PDF PubMed Scopus (72) Google Scholar). Although it is perhaps premature to speculate whether modulating cytokine levels will translate into clinical improvements in morbidity and mortality for patients with heart failure, a growing body of evidence suggests that modulating cytokine levels may represent a new therapeutic paradigm for treating patients with heart failure (26Baumgarten G. Knuefermann P. Mann D.L. Trends Cardiovasc. Med. 2001; 10: 216-223Crossref Scopus (53) Google Scholar). In fact, passive immunization of experimental animals with neutralizing antibodies to various cytokines or with blocking antibodies to cytokine receptors has proven to be a powerful approach to evaluate the contribution of specific cytokines to host defense (32Havell E.A. Sehgal P.B. J. Immunol. 1991; 146: 756-761PubMed Google Scholar, 33Gershenwald J.E. Fong Y.M. Fahey T.J. Calvano S.E. Chizzonite R. Kilian P.L. Lowry S.F. Moldawer L.L. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 1990; 87: 4966-4970Crossref PubMed Scopus (200) Google Scholar). Present studies were performed with polyclonal anti-IL-6 antibody as other investigators have suggested that anti-IL-6 monoclonal antibodies paradoxically increase serum IL-6 levels, which may be the result of monoclonal antibodies acting as a "chaperone" shielding IL-6 from renal clearance (23May L.T. Neta R. Moldawer L.L. Kenney J.S. Patel K. Sehgal P.B. J. Immunol. 1993; 151: 3225-3236PubMed Google Scholar, 34Van Andel R.A. Franklin C.L. Besch-Williford C.L. Hook R.R. Riley L.K. J. Med. Microbiol. 2000; 49: 171-176Crossref PubMed Scopus (11) Google Scholar). In agreement with those of previous reports (34Van Andel R.A. Franklin C.L. Besch-Williford C.L. Hook R.R. Riley L.K. J. Med. Microbiol. 2000; 49: 171-176Crossref PubMed Scopus (11) Google Scholar), our results here indicate that polyclonal antibody is capable of depleting serum IL-6. Most importantly, the inhibition of IL-6 level by anti-IL-6-neutralizing antibody significantly attenuated ISO-induced phosphorylation of STAT3 in mouse myocardium. Thus, these direct evidences confirm the critical role of IL-6 in STAT3 activation after ISO injection. Moreover, based on the present finding, (I) expression of other IL-6 families of cytokines including LIF, CNTF, and CT-1 mRNA were also increased after ISO treatment and (II) anti-IL-6-neutralizing antibody at a high dose (200 μg each) failed to completely inhibit STAT3 activation. Despite its great capability in depleting endogenous IL-6, we supposed that other IL-6-related cytokines (LIF, CNTF, and CT-1) might be also partially involved in this activation, although their contribution should be weaker than that of IL-6. In summary, β-AR stimulation induces the Jak/STAT pathway activation in mouse heart and autocrine/paracrine-secreted IL-6 family of cytokines plays a pivotal role in ISO-induced delayed STAT3 activation. Moreover, the present findings suggest that cardiac fibroblasts but not cardiomyocytes is probably the predominant source of IL-6 in response to ISO stimulation in mouse myocardium. We thank Dr. Rui-Ping Xiao for the critical reading of the paper.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
تهدف هذه الدراسة إلى تحديد ما إذا كانت مستقبلات بيتا الأدرينالية (β - AR) التي يحفزها الأيزوبروترينول (ISO) تنشط محولات الإشارة ومنشطات النسخ (STAT) في قلب الفأر، وإذا كان الأمر كذلك، لفحص الآلية الأساسية. وجدنا أن علاج الفئران الذكور البالغين بواسطة الأيزو (15 مجم/كجم من وزن الجسم، داخل الصفاق) تسبب في تأخر تنشيط STAT3 (عند 60–120 دقيقة)، والذي تم إلغاؤه بالكامل بواسطة مضاد β - AR، بروبرانولول. تم تعزيز الفسفرة المستحثة بـ ISO لـ STAT3 بشكل ملحوظ بواسطة مثبط فسفوديستراز الأمرينون، مما يشير إلى أن المخيم يشارك بشكل حاسم في تنشيط STAT3 بوساطة β - AR. بالإضافة إلى ذلك، أدى تحفيز β - AR إلى زيادة كبيرة في التعبير الجيني لعائلة إنترلوكين 6 (IL -6) من السيتوكينات (IL -6، عامل تثبيط سرطان الدم، عامل التغذية العصبية الهدبية، و Cardiotrophin -1). كما زادت مستويات بروتين IL -6 في عضلة القلب في المصل والفأر بشكل كبير استجابة لعلاج الأيزو. في الخلايا الليفية القلبية المستزرعة، تم تحسين مستوى IL -6 بشكل كبير بعد تحفيز ISO (10-6 مول/لتر) لمدة ساعتين ثم بلغ ذروته في 12 ساعة، في حين أن استجابة IL -6 في الخلايا العضلية القلبية المستزرعة لتحفيز ISO لم تكن كبيرة، مما يشير إلى أن الزيادة التي يسببها ISO في IL -6 هي في المقام الأول من الخلايا الليفية القلبية بدلاً من الخلايا العضلية القلبية. الأهم من ذلك، يمكن لـ IL -6 تنشيط STAT3 بطريقة تعتمد على الوقت في خلايا عضلة القلب المستزرعة، وتثبيط مستوى IL -6 بواسطة الأجسام المضادة المعادلة لـ IL -6 التي تعمل بوضوح على توهين الفسفرة المستحثة بـ ISO لـ STAT3 في عضلة القلب. تشير هذه النتائج مجتمعة إلى أن تحفيز β - AR يؤدي إلى تأخر تنشيط STAT3 عبر عائلة IL -6 من المسار بوساطة السيتوكين وأن الخلايا الليفية القلبية، ولكن ليس الخلايا العضلية القلبية، ربما تكون المصدر السائد لـ IL -6 استجابة لتحفيز ISO في عضلة القلب الفأرية. تهدف هذه الدراسة إلى تحديد ما إذا كانت مستقبلات بيتا الأدرينالية (β - AR) التي يحفزها الأيزوبروترينول (ISO) تنشط محولات الإشارة ومنشطات النسخ (STAT) في قلب الفأر، وإذا كان الأمر كذلك، لفحص الآلية الأساسية. وجدنا أن علاج الفئران الذكور البالغين بواسطة الأيزو (15 مجم/كجم من وزن الجسم، داخل الصفاق) تسبب في تأخر تنشيط STAT3 (عند 60–120 دقيقة)، والذي تم إلغاؤه بالكامل بواسطة مضاد β - AR، بروبرانولول. تم تعزيز الفسفرة المستحثة بـ ISO لـ STAT3 بشكل ملحوظ بواسطة مثبط فسفوديستراز الأمرينون، مما يشير إلى أن المخيم يشارك بشكل حاسم في تنشيط STAT3 بوساطة β - AR. بالإضافة إلى ذلك، أدى تحفيز β - AR إلى زيادة كبيرة في التعبير الجيني لعائلة إنترلوكين 6 (IL -6) من السيتوكينات (IL -6، عامل تثبيط سرطان الدم، عامل التغذية العصبية الهدبية، و Cardiotrophin -1). كما زادت مستويات بروتين IL -6 في عضلة القلب في المصل والفأر بشكل كبير استجابة لعلاج الأيزو. في الخلايا الليفية القلبية المستزرعة، تم تحسين مستوى IL -6 بشكل كبير بعد تحفيز ISO (10-6 مول/لتر) لمدة ساعتين ثم بلغ ذروته في 12 ساعة، في حين أن استجابة IL -6 في الخلايا العضلية القلبية المستزرعة لتحفيز ISO لم تكن كبيرة، مما يشير إلى أن الزيادة التي يسببها ISO في IL -6 هي في المقام الأول من الخلايا الليفية القلبية بدلاً من الخلايا العضلية القلبية. الأهم من ذلك، يمكن لـ IL -6 تنشيط STAT3 بطريقة تعتمد على الوقت في خلايا عضلة القلب المستزرعة، وتثبيط مستوى IL -6 بواسطة الأجسام المضادة المعادلة لـ IL -6 التي تعمل بوضوح على توهين الفسفرة المستحثة بـ ISO لـ STAT3 في عضلة القلب. تشير هذه النتائج مجتمعة إلى أن تحفيز β - AR يؤدي إلى تأخر تنشيط STAT3 عبر عائلة IL -6 من المسار بوساطة السيتوكين وأن الخلايا الليفية القلبية، ولكن ليس الخلايا العضلية القلبية، ربما تكون المصدر السائد لـ IL -6 استجابة لتحفيز ISO في عضلة القلب الفأرية. من المقبول على نطاق واسع أنه عندما يخضع القلب لعوامل عصبية أو ضغط ميكانيكي زائد، فإن خلايا عضلة القلب تظهر استجابة تضخمية، وهي مؤشر رئيسي لفشل القلب (1Molkentin JD Wdorn G. Annu. Rev. Physiol. 2001 ؛ 63: 391-426 Crossref PubMed Scopus (578) باحث جوجل). أظهرت الأدلة المتزايدة أن تضخم عضلة القلب يبدأ بعوامل الغدد الصماء أو نظير الصماوي أو الغدد الصماء الذاتية التي تنشط مجموعة متنوعة من مسارات الإشارات داخل الخلايا وتعدل في النهاية عوامل النسخ والتعبير الجيني (2Sadoshima J. Xu Y. Slayter H.S. Izumo S. Cell. 1993 ؛ 75: 977-984 ملخص النص الكامل PDF PubMed Scopus (1163) Google Scholar، 3Ito H. Hirata Y. Adachi S. Tanaka M. Tsujino M. Koike A. Nogami A. Murumo F. Hiroe M. J Clin. Invest. 1993; 92: 398-403 Crossref PubMed Scopus (526) Google Scholar, 4Long C.S. Ordahl C.P. Simpson P.C.J. Clin. Invest. 1989; 83: 1078-1082 Crossref PubMed Scopus (108) Google Scholar, 5Pennica D. King KL Shaw KJ Luis E. Rullamas J. Luoh SM Darbonne WC Knutzon D.S. Yen R. Chien KR Baker JB Wood W.I. Proc. ناتل. أكاد. خيال علمي. الولايات المتحدة الأمريكية 1995 ؛ 92: 1142-1146 Crossref PubMed Scopus (501) Google Scholar، 6Dzimiri N. Pharmacol. المراجعة. 1999 ؛ 51: 465-501 الباحث العلمي من Google، 7Morisco C. Zebrowski D. Condorelli G. Tsichlis P. Vatner S.F. Sadoshima J. J. Biol. Chem. 2000 ؛ 275: 14466-14475 ملخص النص الكامل PDF PubMed Scopus (225) Google Scholar). على سبيل المثال، أنجيوتنسين 2، إندوثيلين -1، كاتيكولامينات، و IL -6 1 الاختصارات المستخدمة هي: IL، إنترلوكين ؛ STAT، محولات الإشارات ومنشطات النسخ ؛ جاك، جانوس كيناز ؛ LIF، عامل تثبيط سرطان الدم ؛ ELISA، مقايسة الماصة المناعية المرتبطة بالإنزيم ؛ CNTF، عامل التغذية العصبية الهدبية ؛ CT، Cardiotrophin -1 ؛ GP، البروتين السكري ؛ ISO، isoproterenol ؛ ANOVA، تحليل التباين ؛ PDE، فوسفوديستراز ؛ β - AR، مستقبلات β - adrenergic. عائلة السيتوكينات التي تنظم التكاثر في الخلايا السرطانية أو الخلايا المناعية بدلاً من تحفيز النمو الضخامي في عضلات القلب. أظهرت الدراسات في الجسم الحي وفي المختبر أن تحفيز عضلة القلب β - ARS يؤدي إلى إعادة تشكيل القلب الذي يتميز بزيادة حجم الخلية، وإعادة التعبير عن برنامج "الجين الجنيني" (عامل مدر للبول الأذيني والهيكل العظمي α - Actin)، وتنظيم الهيكل الخلوي للأكتين (6Dzimiri N. Pharmacol. المراجعة. 1999 ؛ 51: 465-501 الباحث العلمي من Google، 7Morisco C. Zebrowski D. Condorelli G. Tsichlis P. Vatner S.F. Sadoshima J. J. Biol. Chem. 2000 ؛ 275: 14466-14475 ملخص النص الكامل PDF PubMed Scopus (225) Google Scholar). ومع ذلك، لا تزال الآلية الكامنة وراء إعادة تشكيل القلب بوساطة β - AR في الجسم الحي غير واضحة إلى حد كبير. في الآونة الأخيرة، تم الإبلاغ عن أن جانوس كيناز/محولات الإشارة ومنشطات النسخ (JAK/STAT)، وهو مسار نقل إشارة داخل الخلايا مكتشف حديثًا، قد يلعب دورًا مهمًا في عملية إعادة تشكيل القلب. أظهرت الدراسات في الجسم الحي أن كينازات Jak1 و Jak2 و Tyk2 بالإضافة إلى STATs يتم تنشيطها في قلب الفئران أثناء التحميل الزائد للضغط الحاد (8Pan J. Fukuda K. Kodama H. Makino S. Takahashi T. Sano M. Hori S. Ogawa S. Circ. Res. 1997; 81: 611-617 Crossref PubMed Scopus (126) Google Scholar). يستجيب JAK/STAT أيضًا للعديد من السيتوكينات وعوامل النمو (9Darnell J.E. Kerr I.M. Stark G.R. Science. 1994 ؛ 264: 1415-1421 Crossref PubMed Scopus (5028) Google Scholar، 10Ihle JN Cell. 1996 ؛ 84: 331-334 ملخص النص الكامل PDF PubMed Scopus (1266) Google Scholar). يؤدي ربط الروابط بالمستقبلات إلى تنشيط عائلة جاك تيروزين كيناز، وبعد ذلك، تقوم مجمعات مستقبلات كيناز المنشط بتجنيد وتنشيط أعضاء من عائلة ستات عن طريق الفسفرة. ونتيجة لذلك، فإن بروتينات STAT الفسفورية تتناقص، وتنتقل إلى النواة، وترتبط بعناصر الاستجابة في معززات الجينات المستهدفة، وبالتالي تنظم التعبير الجيني. حتى الآن، تم تحديد سبعة بروتينات من الثدييات. من بين هذه البروتينات، يتم تسليط الضوء على STAT3 كوسيط حاسم لإعادة تشكيل القلب وبقاء خلايا عضلة القلب (11 Yamauchi - Takihara K. Kishimoto T. Trends Cardiovasc. Med. 2000; 10: 298-303 Crossref PubMed Scopus (62) Google Scholar, 12Negoro S. Kunisada K. Tone E. Funamoto M. Oh H. Kishimoto T. Yamauchi - Takihara K. Cardiovasc. Res. 2000; 47: 797-805 Crossref PubMed Scopus (189) Google Scholar, 13Sano M. Fukuda K. Kodama H. Pan J. Saito M. Matsuzaki J. Takahashi T. Makino S. Kato T. Ogawa S. J. Biol. Chem. 2000 ؛ 275: 29717-29723 ملخص النص الكامل PDF PubMed Scopus (207) Google Scholar). تشير الأدلة المتراكمة إلى أن عائلة السيتوكينات IL -6 تلعب دورًا مهمًا في تنشيط STAT3 (11 Yamauchi - Takihara K. Kishimoto T. Trends Cardiovasc. Med. 2000; 10: 298-303 Crossref PubMed Scopus (62) Google Scholar). تتفاعل عائلة IL -6 من السيتوكينات بما في ذلك IL -6 و IL -11 والعامل المثبط لسرطان الدم (LIF) والأونكوستاتين M والعامل العصبي الهدبي (CNTF) والكارديوتروفين -1 (CT -1) مع المستقبلات المرتبطة بالغشاء، والتي تتكون من وحدة فرعية مشتركة لنقل الإشارات، gp130، ووحدات فرعية مختلفة مرتبطة بالروابط. يتطلب نشر إشارات السيتوكين هذه gp130، الذي ينشط STAT3 عن طريق الارتباط بمجال SH2 الخاص به عبر بقايا الفوسفوتيروسين في مجال gp130 السيتوبلازمي. افترضنا أن مسار JAC/STAT يمكن تنشيطه عن طريق تحفيز β - AR ثم مشاركته في إعادة تشكيل القلب الناجم عن β - AR. لاختبار هذه الفرضية، تمت دراسة تأثير الأيزوبروترينول، وهو ناهض β - AR، على تنشيط STAT3 في قلب الفأر. تم الحصول على المواد والمواد الحيوانية من المصادر التالية. الأيزوبروترينول (إسو)، بروبرانولول، أتينولول، أمرينون، والماعز إيغغ كانت من (سيغما). كان Anti - phospho - STAT3 من New England Biolabs (بيفرلي، ماساتشوستس). كان الجسم المضاد للبيروكسيداز المضاد لـ STAT3 والفجل المقترن بالأرانب من سانتا كروز للتكنولوجيا الحيوية (سانتا كروز، كاليفورنيا). كانت مجموعة MURINE IL -6 ELISA من Diaclone (Besancon، فرنسا). كان الفئران المؤتلف IL -6 من PeproTech EC Ltd. (لندن، المملكة المتحدة). كان الجسم المضاد متعدد النسائل IL -6 للماعز المضاد للبول من أنظمة البحث والتطوير (مينيابوليس، مينيسوتا). تم الحصول على ذكور فئران BALB/c البالغة من العمر 8 أسابيع (تزن 18–20 جم) وفئران BALB/c البالغة من العمر يومًا واحدًا من مركز الحيوانات التجريبي الطبي بجامعة بكين. تمت الموافقة على التجارب من قبل اللجنة المعنية بالجوانب الأخلاقية للبحوث المتعلقة بالحيوانات التابعة لمركز العلوم الصحية بجامعة بكين. تحليل اللطخة الغربية - عولجت الفئران باستخدام الأيزو (15 مجم/كجم من وزن الجسم) أو السيارة عن طريق الحقن داخل الصفاق. تم استئصال عضلة القلب البطينية اليسرى في نقاط زمنية مختلفة وتجانسها باستخدام مجانس بوليترون مع عازلة تحلل باردة على الجليد تحتوي على 20 مليمول/لتر ثلاثي هيدروكلوريد (الرقم الهيدروجيني 7.4)، 150 مليمول/لتر كلوريد الصوديوم، 2.5 مليمول/لتر EDTA، 50 مليمول/لتر NaF، 0.1 مليمول/لتر Na4P2O7، 1 مليمول/لتر Na3VO4، 1 ٪ تريتون X -100، 10 ٪ جلسرين، 0.1 ٪ SDS، 1 ٪ حمض الديوكسيكوليك، 1 مليمول/لتر فلوريد فينيل ميثيل سلفونيل، و 1 ميكروغرام/مل بروتينين. تم تحديد تركيز البروتين باستخدام مجموعة اختبار البروتين BCA (PIERCE) باستخدام تعليمات الشركة المصنعة، وتم تخزين المستخلصات عند -70 درجة مئوية قبل الاستخدام. لتحليل اللطخة الغربية، تم فصل العينات (30 ميكروغرام لكل منها) عن طريق الرحلان الكهربائي على جل SDS - polyacrylamide بنسبة 10 ٪ ونقلها إلى أغشية البولي فينيلدين ثنائي الفلوريد. تم فحص الأغشية بالأجسام المضادة لـ phospho - STAT3، واستخدمت الأجسام المضادة المضادة للأرانب المترافقة مع البيروكسيداز الفجل كأجسام مضادة ثانوية. تم تصور منتجات تفاعل البيروكسيداز بواسطة ركيزة LumiGLO® chemiluminescent (New England Biolabs). ثم تم تجريد نفس الغشاء واستنساخه بجسم مضاد لـ STAT3 لتحديد إجمالي وفرة البروتين باستخدام إجراء مماثل. تم إزالة البارافين من أقسام الكيمياء الهيستولوجية المناعية - البارافين (6 ميكرومتر) وترطيبها ومعالجتها مسبقًا عن طريق الغليان في 0.01 مول/لتر من المحلول الملحي المخزن بالفوسفات (الأس الهيدروجيني 6.0) لمدة 10 دقائق. بعد العلاج لمدة 30 دقيقة باستخدام مصل الأرانب الطبيعي بنسبة 5 ٪، عولجت العينات بالأجسام المضادة STAT3 متعددة النسائل بين عشية وضحاها عند 4 درجات مئوية، وشطفها بمحلول ملحي مخزن بالفوسفات، وعولجت لمدة ساعتين بأجسام مضادة للأرانب مترافقة مع بيروكسيداز الفجل (تخفيف 1:200) وتم تصور نشاط البيروكسيداز باستخدام ثنائي أمين البنزيدين، مما أدى إلى ترسيب بني. استخراج الحمض النووي الريبي وتحليل تفاعل البوليميراز المتسلسل العكسي - تم استخراج إجمالي الحمض النووي الريبي من الخلايا المستزرعة وقلوب الفئران باستخدام كاشف تريزول (إنفيتروجين). عولجت العينات باستخدام دناز 1 ثم خضعت لتوليف الجديلة الأولى باستخدام أوليجو(دي تي) التمهيدي ونسخة عكسية (سوبر سكريبت 2). تم تضخيم Mouse IL -6 و LIF و CNTF و CT -1 و β - actin mRNA بواسطة تفاعل البوليميراز المتسلسل باستخدام الدلائل التالية (14Ito Y. Yamamoto M. Li M. Doyu M. Tanaka F. Mutch T. Mitsuma T. Sobue G. Brain Res. 1998 ؛ 793: 321-327 Crossref PubMed Scopus (88) Google Scholar، 15Funamoto M. Hishinuma S. Fujio Y. Matsuda Y. Kunisada K. Oh H. Negoro S. Tone E. Kishimoto T. Yamauchi - Takihara K. J. Mol. خلية القلب. 2000 ؛ 32: 1275-1284 ملخص النص الكامل PDF PubMed Scopus (45) باحث جوجل): ماوس IL -6، 5'- GGA GAC TTC ACA GAG GAT ACC -3 'و 5'- CAA GAT GAA TTG GAT GGT CTT -3' (483 - BP حجم المنتج) ؛ ماوس LIF، 5 '- ATG CCA CGG CAA CCT CAT GAA -3 'و 5 '- GAC TT TT TTA TTA TGT CCCT CAG -3' (466 bp) ؛ ماوس CNTF، 5'- TGG CTA GCA AGG AAG ATT CGT T -3′ و 5'- CC ATA ATGT CTC ATG TGC -3 ′ (519 bp) ؛ ماوس CT -1، 5'- GGA ACG GCG GCG 5 ′ و CAGA GA GA GA GA GA GA GA GA GA GA GA 3 '(345 ′ و 5'- CACG ATA ATA CTC TGC TGC -3′ (519 bp). تم تحضين خليط تفاعل البوليميراز المتسلسل على سيكلر حراري للحمض النووي (ستراتاجين) باستخدام دورات مختلفة. تضمنت ظروف التفاعل تغيير الطبيعة عند 95 درجة مئوية لمدة دقيقة واحدة، والتلدين عند 60 درجة مئوية لمدة دقيقة واحدة، والتمديد عند 72 درجة مئوية لمدة دقيقة واحدة، 20 ثانية مع تغيير الطبيعة الأولي عند 95 درجة مئوية لمدة 5 دقائق وخطوة التمديد النهائية عند 72 درجة مئوية لمدة 7 دقائق، 30 ثانية. بعد التضخيم، تم تحليل المنتجات عن طريق الرحلان الكهربائي على هلام الاغاروز 2 ٪. مزرعة الخلايا - تم تحضير الخلايا العضلية البطينية الأولية كما هو موضح سابقًا (16Gray M.O. Long C.S. Kalinyak J.E. Li H.T. Karliner J.S. Cardiovasc. Res. 1998; 40: 352-363 Crossref PubMed Scopus (356) Google Scholar). تم تفتيت البطينين من فئران BALB/c البالغة من العمر يومًا واحدًا، وتم عزل الخلايا عن طريق جولات متعددة من تفكك الأنسجة لمدة 8 دقائق مع 0.01 ٪ من التربسين. بعد كل حضانة مع التربسين، تمت إضافة المادة الطافية إلى حجم متساوٍ من وسط النسر المعدل في دولبيكو الذي يحتوي على 10 ٪ من مصل الأبقار الجنيني وتم دمج جميع المواد الطافية. تم جمع الخلايا العضلية القلبية عن طريق الالتصاق التفاضلي. تمت إزالة المعلقات الغنية بالخلايا العضلية القلبية من أطباق المزرعة وطليها بكثافة 150–200 خلية/مم 2 بعد الحضانة الليلية. تم الحفاظ على المزارع في وسط النسر المعدل في دولبيكو مع استكمال 10 ٪ من مصل الأبقار الجنيني و 0.1 ملم بروموديوكسيوريدين لمنع تكاثر الخلايا الليفية. تم الحفاظ على الخلايا الليفية القلبية التي تم الحصول عليها خلال خطوة الطلاء المسبق لإجراء عزل الخلايا العضلية في وسط استزراع كامل، وتم السماح لها بالتكاثر، ثم تم تحويلها إلى التربسين وتمريرها مرة واحدة عند تخفيف 1:3. تم استخدام الخلايا الليفية القلبية في الممرات الثالثة. من خلال التلوين المناعي وفحص مورفولوجيا الخلايا، تمت الإشارة إلى أن الخلايا المستزرعة كانت خلايا عضلية قلبية نقية وأرومات ليفية قلبية. تم قياس مستويات مقايسة الماصة المناعية المرتبطة بالإنزيم IL -6 في المصل أو متجانسات عضلة القلب أو وسط زراعة الخلايا بواسطة ELISA باستخدام مجموعة متاحة تجاريًا (Diaclone) وفقًا لبروتوكول الشركة المصنعة. كما ذكرت الشركة المصنعة، فإن هذه المجموعة عبارة عن شطيرة ELISA صلبة الطور. تم طلاء جسم مضاد محدد لـ IL -6 على آبار شرائط ميكروتيتر. تم وضع معايير محتوى IL -6 المعروف وعينات التحكم والعينات غير المعروفة في الآبار بواسطة ماصة تليها إضافة جسم مضاد ثانوي معالج بالبيوتين. بعد الحضانة الأولى وإزالة الأجسام المضادة الثانوية الزائدة، تمت إضافة بيروكسيداز الستربتافيدين، والذي يرتبط بالجسم المضاد المعالج بالبيوتينيل لإكمال الشطيرة المكونة من 4 أعضاء. بعد الحضانة الثانية والغسيل لإزالة كل الإنزيم غير المرتبط، تمت إضافة محلول الركيزة (رباعي ميثيل البنزيدين) لإنتاج اللون. تتناسب شدة هذا المنتج الملون بشكل مباشر مع تركيز IL -6 الموجود في العينة. تمت قراءة الامتصاص باستخدام قارئ لوحة ميكرو تيتر عند 450 نانومتر. في علاج الأجسام المضادة في الجسم الحي - تم الحصول على الجسم المضاد متعدد النسائل IL -6 المضاد للبول من أنظمة البحث والتطوير (<10 نانوغرام من الذيفان الداخلي/ملغ من الجسم المضاد متعدد النسائل). تم استخدام الغلوبولين المناعي G للماعز كجسم مضاد للتحكم في النمط المتساوي. تم إعطاء أربعة ذكور من فئران BALB/c البالغة من العمر 8 أسابيع 200 ميكروغرام من الأجسام المضادة المعادلة لـ IL -6 داخل الصفاق قبل 30 دقيقة من العلاج بـ ISO (15 مجم/كجم من وزن الجسم، داخل الصفاق). تلقت الفئران الضابطة حقنة داخل الصفاق من الغلوبولين المناعي G للماعز (200 ميكروغرام لكل منهما، العدد = 4). في ختام الدراسة، تم التضحية بجميع الفئران وتم جمع عينات الدم والأنسجة لمزيد من التحليل. التحليل الإحصائي - يتم التعبير عن البيانات على أنها المتوسط ± S.E. تم تحديد الدلالة الإحصائية للاختلافات بين متوسطات المجموعات من خلال اختبارات ANOVA أحادية الاتجاه أو اختبارات t ثنائية الذيل للطالب. اعتبرت قيمة p < 0.05 كبيرة. ينشط الأيزو مسار جاك/ستات في عضلة القلب الفأرية - كشف تحليل اللطخة الغربية أن علاج الفئران باستخدام الأيزو (15 مجم/كجم من وزن الجسم، داخل الصفاق) لمدة ساعة أو ساعتين يزيد بشكل ملحوظ من فسفرة التيروزين في STAT3 في عضلة القلب دون تغيير وفرة البروتين في STAT3 (الشكل 1A). في المقابل، لم تتأثر حالة فسفرة STAT1 و STAT5 و STAT6 بتحفيز β - AR (البيانات غير معروضة). باستخدام التلوين الكيميائي المناعي، قمنا بفحص ما إذا كانت الزيادة في فسفرة التيروزين STAT3 بعد علاج الأيزو مرتبطة بتغيراتها في التوطين تحت الخلوي. تمت معالجة عضلة القلب الفأرية المعالجة بالأيزو لمدة ساعتين للتلطيخ الكيميائي النسيجي المناعي بجسم مضاد محدد للأرانب إلى STAT3 (اللوحة العلوية). كما هو موضح في الشكل. 1 ب، على الرغم من أن عضلة القلب غير المعالجة أظهرت القليل من التلطيخ النووي لـ STAT3، فقد لوحظ تلطيخ نووي واضح في عضلة القلب الفأرية المعالجة بـ ISO لمدة ساعتين. لمزيد من الاستكشاف ما إذا كان التراكم المتزايد لـ STAT3 في النواة هو STAT3 المعالج بفوسفات التيروزين، أجرينا أيضًا تلطيخًا كيميائيًا هيستولوجيًا مناعيًا بجسم مضاد لـ STAT3 للأرانب (اللوحة السفلية) وأظهرت النتائج نمط تلطيخ مماثل. تشير هذه النتائج إلى أن الأيزو يسبب فسفرة التيروزين المتأخرة لـ STAT3 ويتوسط انتقالها من السيتوبلازم إلى النواة. 2A يوضح أن فسفرة STAT3 تم تثبيطها تمامًا عن طريق المعالجة المسبقة بمضاد β - AR غير انتقائي، بروبرانولول (30 مجم/كجم، داخل الصفاق)، ولكن تم تثبيطها جزئيًا فقط بواسطة أتينولول، وهو مضاد انتقائي لـ β 1 - AR، مما يشير إلى أن تنشيط STAT3 المستحث بـ ISO ربما كان بوساطة كل من β 1 - AR و β 2 - AR. نظرًا لأن تحفيز β - AR يزيد من تكوين المخيم داخل الخلايا، يتم إنهاء إشارات المخيم في خلايا الثدييات بواسطة الفوسفوديستريز (PDEs)، والتي يمكن أن تحفز التحلل المائي للنيوكليوتيدات الحلقية إلى أحادي فوسفات 5'- نيوكليوتيد بحيث يؤدي تثبيط انهيار المخيم بواسطة مثبطات PDE إلى زيادة مستدامة في المستوى داخل الخلايا من المخيم (6Dzimiri N. Pharmacol. Rev. 1999; 51: 465-501 PubMed Google Scholar). لذلك، قمنا بعد ذلك بتقييم الدور المحتمل لهذا الرسول الثاني المهم في تنشيط STAT3 الناجم عن ISO باستخدام amrinone، وهو مثبط PDE3 مستخدم على نطاق واسع. كما هو موضح في الشكل. 2B، تم تعزيز الفسفرة المستحثة بـ ISO لـ STAT3 بشكل ملحوظ من خلال المعالجة المسبقة بالأمرينون بطريقة تعتمد على الجرعة. تشير هذه النتائج بقوة إلى أن تنشيط STAT3 الناجم عن ISO يتوسطه بشكل أساسي سلسلة إشارات β - AR - CAMP. يعمل تحفيز β - AR على تنظيم التعبير الجيني لسيتوكينات عائلة IL -6 وإفراز IL -6 - على النقيض من الدراسة الحالية في الجسم الحي، أظهرت دراساتنا الأولية في المختبر أن ISO لا يمكن أن يزيد من مستوى فسفرة STAT3 في أي من خلايا عضلة القلب المستزرعة أو الخلايا الليفية القلبية (البيانات غير موضحة). يشير هذا التناقض إلى أن هناك بعض العوامل الرئيسية المفقودة في الخلايا العضلية أو الخلايا الليفية المستزرعة. نظرًا لتورط عائلة IL -6 من السيتوكينات في تنظيم تنشيط STAT3، قمنا بفحص التأثير المحتمل لـ ISO على عائلة IL -6 من التعبير الجيني للسيتوكينات في عضلة القلب لدى الفئران. في الواقع، تم زيادة التعبير عن عائلة IL -6 من السيتوكينات بما في ذلك IL -6 و LIF و CNTF mRNA بعد حقن ISO وبلغت ذروتها في 60–120 دقيقة (الشكل 3)، والتي كانت مرتبطة مؤقتًا بتأخر فسفرة STAT3 (الشكل 1A). ومن المثير للاهتمام أنه على الرغم من ملاحظة تعبير كبير عن الحمض النووي الريبوزي المرسال CT -1 في عضلة القلب لدى الفئران، إلا أن التعبير زاد بشكل كبير عند 15 دقيقة بعد حقن الأيزو وانخفض إلى مستواه القاعدي بمقدار 60 دقيقة. لمزيد من التحقيق في التغيرات في مستويات البروتين في IL -6، قمنا بفحص مستوياتها في المصل ومتجانسات عضلة القلب بعد تحفيز ISO. كان متوسط مستوى مصل IL -6 المحدد قبل حقن الأيزو 120.3 ± 33.7 بيكوغرام/مل، والذي زاد عند ساعة واحدة (195.4 ± 28.4 بيكوغرام/مل)، وارتفع بشكل كبير عند ساعتين (448.0 ± 46.1 بيكوغرام/مل، p < 0.01) (الشكل 4A). لاحظنا أيضًا أنه في عينات متجانسات عضلة القلب، كان متوسط مستوى IL -6 632.1 ± 38.7 بيكوغرام/ملغ في المجموعة الضابطة ثم وصل إلى الهضبة عند 1 ساعة بعد حقن ISO (824.2 ± 38.9 بيكوغرام/ملغ، p < 0.05) (الشكل 4B). تشير هذه البيانات بقوة إلى أن عائلة IL -6 من السيتوكينات المفرزة للغدد الصماء/شبه الصماء قد تشارك في تنشيط STAT3 المستحث بـ ISO. الأرومة الليفية القلبية هي المصدر الرئيسي لإفراز IL -6 في عضلة القلب - لتوضيح مصدر زيادة IL -6 في عضلة القلب الفأرية، تم تحضير خلايا عضلة القلب والأرومات الليفية القلبية من فئران BALB/c البالغة من العمر يوم واحد. تم تجريد الخلايا من المصل لمدة 24 ساعة قبل ISO (10-6 مول/لتر)، وتم جمع المواد الطافية في نقاط زمنية مختلفة لقياس IL -6 بواسطة ELISA. في الخلايا الليفية القلبية غير المحفزة، تم اكتشاف مستويات منخفضة من IL -6 في وسط المزرعة (67.4 ± 1.3 بيكوغرام/مل). تم تحسين مستوى IL -6 بشكل كبير عند ساعتين بعد تحفيز ISO (502.1 ± 146.7 بيكوغرام/مل، p < 0.05) ثم بلغ ذروته عند 12 ساعة (773.7 ± 161.9 بيكوغرام/مل، p < 0.01). ومن المثير للاهتمام، أنه على الرغم من تشابه مستويات IL -6 بين الخلايا العضلية القلبية غير المحفزة والأرومات الليفية القلبية، فإن استجابة IL -6 المقاسة في المواد الفائقة من الخلايا العضلية القلبية المستزرعة إلى تحفيز ISO لم تكن كبيرة (الشكل 5A). تشير بياناتنا إلى أن الخلايا الليفية القلبية وليس الخلايا العضلية القلبية هي على الأرجح المصدر السائد لـ IL -6 استجابة لتحفيز ISO في عضلة القلب لدى الفئران. تأثير IL -6 على فسفرة التيروزين لـ STAT3 في الخلايا العضلية القلبية - لإثبات أن IL -6 يمكن أن ينشط STAT3 في الخلايا العضلية القلبية المستزرعة، قمنا بتحليل فسفرة التيروزين لـ STAT3 بواسطة تحليل اللطخة الغربية. بعد 24 ساعة من استنزاف المصل، تم تحفيز خلايا عضلة القلب الأولية المستزرعة مع الفئران المؤتلفة IL -6 (10 نانوغرام/مل) لمدة 30 دقيقة. كما هو موضح في الشكل. 5 ب، لوحظ فسفرة التيروزين في STAT3 بعد 5 دقائق من التحفيز ISO ثم بلغت ذروتها عند 30 دقيقة، وظلت مستمرة عند 60 دقيقة. تشير هذه النتائج إلى أنه في الخلايا العضلية القلبية المستزرعة، يمكن لـ IL -6 تنشيط STAT3 بطريقة تعتمد على الوقت. تم علاج تأثير الأجسام المضادة المعادلة لـ IL -6 على فسفرة التيروزين لـ STAT3 في الجسم الحي - الفئران إما بأجسام مضادة معادلة لـ IL -6 أو IgG للماعز (200 ميكروغرام، داخل الصفاق) لمدة 30 دقيقة ثم تم تلقي الحقن داخل الصفاق من ISO (15 مجم/كجم من وزن الجسم). تم أخذ عينات الدم وعضلة القلب بعد ساعتين من حقن الأيزو. في الفئران المعالجة بمعيار ISO، كانت مستويات IL -6 في المصل مرتفعة 4 أضعاف فوق المجموعة الصورية (P < 0.01). أدى العلاج باستخدام جسم مضاد متعدد النسائل IL -6 مضاد للبول إلى تثبيط مستويات IL -6 المرتفعة تمامًا (94.4 ± 14.9 ٪ مقابل التحكم، n = 4، p > 0.05). (الشكل 6 أ) بناءً على إمكانات العلاج بالأجسام المضادة لـ IL -6 لتحييد IL -6 الداخلي في نموذجنا، فحصت دراسات أخرى آثار حجب IL -6 على تنشيط عضلة القلب STAT3 المستحث بـ ISO في الجسم الحي. كما هو موضح في الشكل. 6 ب، أدى العلاج بالأجسام المضادة المحايدة IL -6 المضادة للبول إلى تثبيط فسفرة STAT3 المستحثة بـ ISO بشكل كبير، والذي كان متسقًا مع التثبيط الكامل لمستوى IL -6. تشير هذه البيانات بوضوح إلى أن IL -6 يلعب دورًا محوريًا في تنشيط STAT3 المستحث بـ ISO في عضلة القلب لدى الفئران. يرتبط مظهر إعادة تشكيل القلب دائمًا تقريبًا بارتفاع ضغط الدم ومرض الحمل الزائد للضغط/الحجم البطيني الأيسر. بالإضافة إلى أمراض عضلة القلب، لا يعتبر الضغط الزائد المزمن وإعادة تشكيل القلب المرتبطة به أسبابًا شائعة جدًا فحسب، بل أيضًا تنبؤات لتطور قصور القلب المزمن. ركزت الدراسات السابقة على الأدوار الوظيفية لتحفيز β - AR في تضخم البطين الأيسر (6Dzimiri N. Pharmacol. Rev. 1999; 51: 465-501 PubMed Google Scholar). في الآونة الأخيرة، مسار JAK/STAT، الذي يتم تنشيطه من خلال العديد من السيتوكينات ومستقبلات كيناز التيروزين (9Darnell J.E. Kerr I.M. Stark G.R. Science. 1994 ؛ 264: 1415-1421 Crossref PubMed Scopus (5028) Google Scholar، 10Ihle JN Cell. 1996 ؛ 84: 331-334 ملخص النص الكامل PDF PubMed Scopus (1266) Google Scholar)، متورط أيضًا في تضخم القلب. ومع ذلك، لا توجد معلومات متاحة تربط بين هذين المسارين لتضخم القلب. النتيجة الرئيسية لهذه الدراسة هي أن تحفيز β - AR يؤدي إلى تأخر فسفرة STAT3 عبر آلية تعتمد على IL -6 بالإضافة إلى مسار CAMP/PROTEIN KINASE A الراسخ. علاوة على ذلك، تقدم الدراسة الحالية دليلًا مباشرًا على أن الخلايا الليفية القلبية وليس الخلايا العضلية القلبية هي على الأرجح المصدر السائد لـ IL -6 استجابةً لتحفيز ISO في عضلة القلب لدى الفئران. تم إثبات التعايش بين β 1 - AR و β 2 - AR مع اختبار ربط المادة المشعة في قلوب الفئران والفئران والقطط وخنازير غينيا والكلب والأرانب (17Brodde O.E. Pharmacol. Rev. 1991; 43: 203-243 PubMed Google Scholar). ينشط تحفيز هذه البروتينات β - ARs البروتينات الكلاسيكية المرتبطة بالنيوكليوتيدات الغوانين (بروتينات G)، وأنزيمات الأدينيلات الحلقية، وشلال كيناز البروتين المخيمي A، الذي ينظم التأثيرات المتعددة. في هذه الدراسة، أثبتنا أن حقن الأيزو يمكن أن يحفز فسفرة التيروزين لـ STAT3 في عضلة القلب، وفي الوقت نفسه يتوسط في انتقاله من السيتوبلازم إلى النواة. علاوة على ذلك، تشير النتائج التي توصلنا إليها إلى أن تنشيط STAT3 المستحث بـ ISO يتم بوساطة كل من β 1 - AR و β 2 - AR عن طريق زيادة المخيم داخل الخلايا. ومن المثير للاهتمام أننا وجدنا أن الأيزو يزيد بقوة من فسفرة عضلة القلب الفأرية STAT3 في الجسم الحي ولكن ليس له مثل هذا التأثير في خلايا عضلة القلب المستزرعة أو الخلايا الليفية القلبية. يذكرنا هذا التناقض بأن بعض العوامل الرئيسية قد تكون مفقودة في الخلايا المستزرعة. أظهرت الدراسات الحديثة أن عائلة السيتوكينات IL -6 التي تفرزها الأوتوكسينات/الباراسيرين تلعب دورًا حاسمًا في تنشيط STAT استجابةً للتمدد الميكانيكي والأنجيوتنسين II (18Taga T. Kishimoto T. Annu. Rev. Immunol. 1997; 15: 797-819 Crossref PubMed Scopus (1298) Google Scholar, 19Pan J. Fukuda K. Sato T. Matsuzaki J. Kodama H. Sano M. Takahashi T. Kato T. Ogawa S. Circ. Res. 1999; 84: 1127-1136 Crossref PubMed Scopus (250) Google Scholar). علاوة على ذلك، ترتبط مستويات الأنجيوتنسين الثاني، ونشاط الرينين في البلازما، والنورادرينالين بشكل متناسب مع مستوى IL -6، مما يشير إلى وجود صلة بين الهرمونات العصبية وتنشيط السيتوكين (20 أورس ج. رويج إي. بيريز فيلا إف. باري سي. أزكويتا م. فيليلا X. هيراس م. سانز جي. ج. زراعة القلب والرئة. 2000 ؛ 19: 419-425 ملخص النص الكامل PDF PubMed Scopus (113) الباحث العلمي من Google). في هذه الدراسة، لاحظنا أن التعبير الجيني لعائلة IL -6 من السيتوكينات بما في ذلك IL -6 و LIF و CNTF يزداد استجابة لتحفيز β - AR بواسطة ISO وأن الدورة الزمنية قابلة للمقارنة مع تنشيط STAT3. تم استخدام ELISA لتحديد ما إذا كانت الزيادات في مستوى تعبير IL -6 mRNA مرتبطة بالزيادات في إفراز IL -6 خارج الخلية. تشير نتائجنا إلى أن الأيزو زاد بشكل كبير من مستويات IL -6 في المصل ومتجانسات عضلة القلب في نمط مماثل لتعبير IL -6 mRNA في عضلة القلب لدى الفئران. وبالتالي، فقد أثبتنا لأول مرة أن عائلة السيتوكينات IL -6 التي تفرزها الغدد الصماء/الباراكرين قد تشارك بشكل حاسم في تنشيط STAT3 المستحث بـ β - AR. تجدر الإشارة إلى أن ارتفاع مستوى IL -6 في عضلة القلب لدى الفئران سابق لأوانه قليلاً من تلك الموجودة في المصل. يُعتقد أن عضلة القلب مصدر رئيسي لـ IL -6 في المرضى الذين يعانون من احتشاء عضلة القلب الحاد وفشل القلب (21Kucharz E.J. Wilk T. Eur. J. طبيب متدرب. 2000 ؛ 11: 253-256 ملخص النص الكامل PDF PubMed Scopus (12) الباحث العلمي من Google). من المقبول جيدًا أن القلب يتكون من أنواع متعددة من الخلايا بما في ذلك الخلايا العضلية القلبية والخلايا غير العضلية (معظمها من الخلايا الليفية القلبية). أثبتت الأدلة المتراكمة أن الخلايا الليفية القلبية المشابهة للخلايا العضلية القلبية تقوم بتوليف وإفراز هرمون الببتيد الموضعي والسيتوكينات التي قد تعدل بنية ووظيفة عضلة القلب (16Gray M.O. Long C.S. Kalinyak J.E. Li H.T. Karliner J.S. Cardiovasc. Res. 1998; 40: 352-363 Crossref PubMed Scopus (356) Google Scholar, 22Wan S. DeSmet J.M. Barvais L. Goldstein M. Vincent J.L. LeClerc J.L.J. Thorac. Cardiovasc. Surg. 1996 ؛ 112: 806-811 ملخص النص الكامل النص الكامل PDF PubMed Scopus (232) Google Scholar). في هذه الدراسة، تشير النتائج التي توصلنا إليها إلى أن الخلايا الليفية القلبية وليس الخلايا العضلية القلبية هي المصدر السائد لـ IL -6 استجابة لتحفيز ISO في عضلة القلب لدى الفئران. تتوافق هذه النتائج مع نتائج دراسة سابقة (24Burger A. Benicke M. Deten A. Zimmer H.G. Am. J. Physiol. 2001 ؛ 281: H14 - H21Crossref PubMed Google Scholar)، الذي أفاد بأن الكاتيكولامين، النورإبينفرين، زاد بشكل كبير من تعبير IL -6 mRNA في الخلايا الليفية القلبية للفئران. أظهر التحقيق السريري أن مستويات البلازما من السيتوكينات المسببة للالتهابات بما في ذلك عامل نخر الورم - α و IL -6 كانت مرتفعة في المرضى الذين يعانون من قصور القلب الاحتقاني (25Kubota T. Miyagishima M. Alvarez R.J. Kormos R. Rosenblum W.D. Demetris A.J. Semigran M.J. Dec G.M. Holubkov R. McTiernan C.F. Mann D.L. Feldman AM McNamara D.M.J. Heart Lung Transplant. 2000 ؛ 19: 819-824 ملخص النص الكامل PDF PubMed Scopus (121) Google Scholar). كما تم الإبلاغ عن أن زيادة المعسكر يمكن أن تثبت الحمض النووي الريبي للعديد من الوسطاء الالتهابيين أثناء التحفيز المزمن لـ β - AR (26Baumgarten G. Knuefermann P. Mann D.L. Trends Cardiovasc. Med. 2001; 10: 216-223 Crossref Scopus (53) Google Scholar, 27Gustafsson A.B. Brunton L.L. Mol. Pharmacol. 2000 ؛ 58: 1470-1478 Crossref PubMed Scopus (60) Google Scholar، 28Murray D.R. Prabhu S.D. Chandrasekar B. Circulation. 2000 ؛ 101: 2338-2341 Crossref PubMed Scopus (207) الباحث العلمي من Google). علاوة على ذلك، ثبت أن الحصار بيتا الأدرينالي يخفف من التعبير الجيني للسيتوكين المؤيد للالتهابات في النماذج الاحتشائية التجريبية (29Prabhu S.D. Chandrasekar B. Murray D.R. Freeman G.L. Circulation. 2000 ؛ 101: 2103-2109 Crossref PubMed Scopus (248) الباحث العلمي من Google). في المرضى الذين يعانون من قصور القلب الاحتقاني، تم تحديد زيادة مصل IL -6 كمؤشر مستقل قوي لنقطة النهاية المجمعة: الموت، ونوبات قصور القلب الجديدة، والحاجة إلى زراعة القلب (30Sano M. Fukuda K. Sato T. Kawaguchi H. Suematsu M. Matsuda S. Koyasu S. Plenz G. Song Z.F. Tjan T.D.T. Koenig C. Baba H.A. Erren M. Flesch M. Wichter T. Scheld H.H. Deng M.C. Eur. J. Heart Fail. 2001 ؛ 3: 415-421 Crossref PubMed Scopus (71) Google Scholar، 31Tanaka T. Kanda T. McManus B.M. Kanai H. Akiyama H. Sekiguchi K. Yokoyama T. Kurabayashi M. J. Mol. خلية. Cardiol. 2001 ؛ 33: 1627-1635 ملخص النص الكامل PDF PubMed Scopus (72) Google Scholar). على الرغم من أنه ربما من السابق لأوانه التكهن بما إذا كان تعديل مستويات السيتوكين سيترجم إلى تحسينات سريرية في المراضة والوفيات للمرضى الذين يعانون من قصور القلب، إلا أن مجموعة متزايدة من الأدلة تشير إلى أن تعديل مستويات السيتوكين قد يمثل نموذجًا علاجيًا جديدًا لعلاج المرضى الذين يعانون من قصور القلب (26Baumgarten G. Knuefermann P. Mann D.L. Trends Cardiovasc. Med. 2001; 10: 216-223 Crossref Scopus (53) Google Scholar). في الواقع، أثبت التحصين السلبي للحيوانات التجريبية مع تحييد الأجسام المضادة لمختلف السيتوكينات أو مع حجب الأجسام المضادة لمستقبلات السيتوكينات أنه نهج قوي لتقييم مساهمة السيتوكينات المحددة في الدفاع المضيف (32Havell E.A. Sehgal P.B.J. Immunol. 1991 ؛ 146: 756-761 PubMed Google Scholar، 33Gershenwald J.E. Fong Y.M. Fahey T.J. Calvano S.E. Chizzonite R.L. Kilian P.L. Lary S.F. Moldawer L.L. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1990 ؛ 87: 4966-4970 Crossref PubMed Scopus (200) Google Scholar). أجريت الدراسات الحالية باستخدام الأجسام المضادة متعددة النسائل لـ IL -6 حيث اقترح باحثون آخرون أن الأجسام المضادة أحادية النسيلة المضادة لـ IL -6 تزيد بشكل متناقض من مستويات IL -6 في المصل، والتي قد تكون نتيجة للأجسام المضادة أحادية النسيلة التي تعمل بمثابة "مرافق" يحمي IL -6 من التصفية الكلوية (23 مايو L.T. Neta R. Moldawer L.L. Kenney J.S. Patel K. Sehgal P.B.J Immunol. 1993 ؛ 151: 3225-3236 PubMed Google Scholar، 34Van Andel R.A. Franklin C.L. Besch - Williford C.L. Hook R.R. Riley L.K. J. Med. ميكروبيول. 2000 ؛ 49: 171-176 Crossref PubMed Scopus (11) الباحث العلمي من Google). بالاتفاق مع التقارير السابقة (34Van Andel R.A. Franklin C.L. Besch - Williford C.L. Hook R.R. Riley L.K. J. Med. Microbiol. 2000 ؛ 49: 171-176 Crossref PubMed Scopus (11) Google Scholar)، تشير نتائجنا هنا إلى أن الجسم المضاد متعدد النسائل قادر على استنفاد المصل IL -6. والأهم من ذلك، أن تثبيط مستوى IL -6 بواسطة الأجسام المضادة المعادلة لـ IL -6 يضعف بشكل كبير الفسفرة المستحثة بـ ISO لـ STAT3 في عضلة القلب لدى الفئران. وبالتالي، تؤكد هذه الأدلة المباشرة الدور الحاسم لـ IL -6 في تنشيط STAT3 بعد حقن ISO. علاوة على ذلك، بناءً على النتيجة الحالية، (1) تم أيضًا زيادة التعبير عن عائلات IL -6 الأخرى من السيتوكينات بما في ذلك LIF و CNTF و CT -1 mRNA بعد علاج ISO و (2) الأجسام المضادة المعادلة لـ IL -6 بجرعة عالية (200 ميكروغرام لكل منهما) فشلت في تثبيط تنشيط STAT3 تمامًا. على الرغم من قدرته الكبيرة على استنفاد IL -6 الداخلي، فقد افترضنا أن السيتوكينات الأخرى المرتبطة بـ IL -6 (LIF و CNTF و CT -1) قد تشارك جزئيًا في هذا التنشيط، على الرغم من أن مساهمتها يجب أن تكون أضعف من IL -6. باختصار، يحفز تحفيز β - AR تنشيط مسار JAK/STAT في قلب الفأر وتلعب عائلة IL -6 من السيتوكينات المفرزة للغدد الصماء/شبه الصماء دورًا محوريًا في تنشيط STAT3 المتأخر الناجم عن ISO. علاوة على ذلك، تشير النتائج الحالية إلى أن الخلايا الليفية القلبية وليس الخلايا العضلية القلبية هي على الأرجح المصدر السائد لـ IL -6 استجابة لتحفيز ISO في عضلة القلب لدى الفئران. نشكر الدكتور روي بينغ شياو على القراءة النقدية للورقة.Translated Description (French)
Cette étude visait à déterminer si le récepteur β-adrénergique (β-AR) stimulé par l'isoprotérénol (ISO) active les transducteurs de signal et les activateurs de transcription (STAT) dans le cœur de la souris et, dans l'affirmative, à examiner le mécanisme sous-jacent. Nous avons constaté que le traitement des souris mâles adultes par ISO (15 mg/kg de poids corporel, intrapéritonéal) provoquait une activation retardée de STAT3 (à 60–120 min), qui a été complètement abolie par l'antagoniste β-AR, le propranolol. La phosphorylation de STAT3 induite par l'ISO a été nettement améliorée par l'amrinone, un inhibiteur de la phosphodiestérase, ce qui indique que l'AMPc est impliqué de manière critique dans l'activation de STAT3 médiée par β-AR. De plus, la stimulation β-AR a significativement augmenté l'expression génique de la famille des cytokines de l'interleukine-6 (IL-6) (IL-6, facteur inhibiteur de la leucémie, facteur neurotrophique ciliaire et cardiotrophine-1). Les taux de protéines IL-6 dans le sérum et le myocarde de souris ont également augmenté de manière significative en réponse au traitement par ISO. Dans les fibroblastes cardiaques en culture, le taux d'IL-6 a été augmenté de manière significative après une stimulation ISO (10-6 mol/litre) pendant 2 h, puis a culminé à 12 h, alors que la réponse de l'IL-6 dans les cardiomyocytes en culture à la stimulation ISO n'était pas significative, ce qui suggère que l'augmentation de l'IL-6 induite par l'ISO provient principalement des fibroblastes cardiaques plutôt que des cardiomyocytes. Plus important encore, l'IL-6 pourrait activer STAT3 de manière dépendante du temps dans les cardiomyocytes en culture, et l'inhibition du taux d'IL-6 par un anticorps anti-IL-6 neutralisant a clairement atténué la phosphorylation de STAT3 induite par l'ISO dans le myocarde. Pris ensemble, ces résultats indiquent que la stimulation β-AR conduit à une activation retardée de STAT3 via une famille IL-6 de voies médiées par les cytokines et que les fibroblastes cardiaques, mais pas les cardiomyocytes, sont probablement la source prédominante d'IL-6 en réponse à la stimulation ISO dans le myocarde de souris. Cette étude visait à déterminer si le récepteur β-adrénergique (β-AR) stimulé par l'isoprotérénol (ISO) active les transducteurs de signal et les activateurs de transcription (STAT) dans le cœur de la souris et, dans l'affirmative, à examiner le mécanisme sous-jacent. Nous avons constaté que le traitement des souris mâles adultes par ISO (15 mg/kg de poids corporel, intrapéritonéal) provoquait une activation retardée de STAT3 (à 60–120 min), qui a été complètement abolie par l'antagoniste β-AR, le propranolol. La phosphorylation de STAT3 induite par l'ISO a été nettement améliorée par l'amrinone, un inhibiteur de la phosphodiestérase, ce qui indique que l'AMPc est impliqué de manière critique dans l'activation de STAT3 médiée par β-AR. De plus, la stimulation β-AR a significativement augmenté l'expression génique de la famille des cytokines de l'interleukine-6 (IL-6) (IL-6, facteur inhibiteur de la leucémie, facteur neurotrophique ciliaire et cardiotrophine-1). Les taux de protéines IL-6 dans le sérum et le myocarde de souris ont également augmenté de manière significative en réponse au traitement par ISO. Dans les fibroblastes cardiaques en culture, le taux d'IL-6 a été augmenté de manière significative après une stimulation ISO (10-6 mol/litre) pendant 2 h, puis a culminé à 12 h, alors que la réponse de l'IL-6 dans les cardiomyocytes en culture à la stimulation ISO n'était pas significative, ce qui suggère que l'augmentation de l'IL-6 induite par l'ISO provient principalement des fibroblastes cardiaques plutôt que des cardiomyocytes. Plus important encore, l'IL-6 pourrait activer STAT3 de manière dépendante du temps dans les cardiomyocytes en culture, et l'inhibition du taux d'IL-6 par un anticorps anti-IL-6 neutralisant a clairement atténué la phosphorylation de STAT3 induite par l'ISO dans le myocarde. Pris ensemble, ces résultats indiquent que la stimulation β-AR conduit à une activation retardée de STAT3 via une famille IL-6 de voies médiées par les cytokines et que les fibroblastes cardiaques, mais pas les cardiomyocytes, sont probablement la source prédominante d'IL-6 en réponse à la stimulation ISO dans le myocarde de souris. Il est largement admis que lorsque le cœur est soumis à des facteurs neurohumoraux ou à une surcharge de pression mécanique, les cardiomyocytes présentent une réponse hypertrophique, qui est l'un des principaux prédicteurs de l'insuffisance cardiaque (1Molkentin J.D. Wdorn G. Annu. Rev. Physiol. 2001 ; 63: 391-426Crossref PubMed Scopus (578) Google Scholar). De plus en plus de preuves ont démontré que l'hypertrophie cardiomyocytaire est initiée par des facteurs endocriniens, paracriniens ou autocriniens qui activent une variété de voies de signalisation intracellulaires et modulent finalement les facteurs de transcription et l'expression des gènes (2Sadoshima J. Xu Y. Slayter H.S. Izumo S. Cell. 1993 ; 75: 977-984Abstract Full Text PDF PubMed Scopus (1163) Google Scholar, 3Ito H. Hirata Y. Adachi S. Tanaka M. Tsujino M. Koike A. Nogami A. Murumo F. Hiroe M. J. Clin. Invest. 1993 ; 92: 398-403Crossref PubMed Scopus (526) Google Scholar, 4Long C.S. Ordahl C.P. Simpson p.c. J. Clin. Invest. 1989 ; 83: 1078-1082Crossref PubMed Scopus (108) Google Scholar, 5Pennica D. King K.L. Shaw K.J. Luis E. Rullamas J. Luoh S.M. Darbonne W.C. Knutzon D.S. Yen R. Chien K.R. Baker J.B. Wood W.I. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 1995 ; 92: 1142-1146Crossref PubMed Scopus (501) Google Scholar, 6Dzimiri N. Pharmacol. Rev. 1999 ; 51: 465-501PubMed Google Scholar, 7Morisco C. Zebrowski D. Condorelli G. Tsichlis P. Vatner S.F. Sadoshima J. J. Biol. Chem. 2000 ; 275: 14466-14475Abstract Full Text Full Text PDF PubMed Scopus (225) Google Scholar). Par exemple, l'angiotensine II, l'endothéline-1, les catécholamines et l'IL-6 1Les abréviations utilisées sont : IL, interleukine ; STAT, transducteurs de signal et activateurs de transcription ; Jak, Janus kinase ; LIF, facteur inhibiteur de la leucémie ; ELISA, dosage immuno-enzymatique ; CNTF, facteur neurotrophique ciliaire ; CT, cardiotrophine-1 ; gp, glycoprotéine ; ISO, isoprotérénol ; ANOVA, analyse de variance ; PDE, phosphodiestérase ; β-AR, récepteur β-adrénergique. famille de cytokines qui régulent la prolifération dans les cellules cancéreuses ou les cellules immunitaires au lieu de déclencher une croissance hypertrophique dans les cardiomyocytes. Des études in vivo et in vitro ont montré que la stimulation des β-AR du myocarde entraîne un remodelage cardiaque caractérisé par une augmentation de la taille des cellules, la ré-expression du programme « gène fœtal » (facteur natriurétique auriculaire et α-actine squelettique) et l'organisation du cytosquelette d'actine (6Dzimiri N. Pharmacol. Rev. 1999 ; 51: 465-501PubMed Google Scholar, 7Morisco C. Zebrowski D. Condorelli G. Tsichlis P. Vatner S.F. Sadoshima J. J. Biol. Chem. 2000 ; 275: 14466-14475Abstract Full Text Full Text PDF PubMed Scopus (225) Google Scholar). Cependant, le mécanisme sous-jacent au remodelage cardiaque in vivo à médiation β-AR reste largement flou. Récemment, il a été rapporté que les transducteurs de Janus kinase/signal et les activateurs de transcription (Jak/STAT), une voie de transduction de signal intracellulaire récemment découverte, peuvent jouer un rôle important dans le processus de remodelage cardiaque. Des études in vivo ont démontré que les kinases Jak1, Jak2 et Tyk2 ainsi que les STAT sont activées dans le cœur du rat lors d'une surcharge de pression aiguë (8Pan J. Fukuda K. Kodama H. Makino S. Takahashi T. Sano M. Hori S. Ogawa S. Circ. Res. 1997 ; 81: 611-617Crossref PubMed Scopus (126) Google Scholar). Jak/STAT répond également à de nombreuses cytokines et facteurs de croissance (9Darnell J.E. Kerr I.M. Stark G.R. Science. 1994 ; 264: 1415-1421Crossref PubMed Scopus (5028) Google Scholar, 10Ihle J.N. Cell. 1996 ; 84: 331-334Abstract Full Text Full Text PDF PubMed Scopus (1266) Google Scholar). La liaison des ligands au récepteur conduit à l'activation de la famille de la tyrosine kinase Jak, et par la suite, les complexes récepteur-kinase activés recrutent et activent les membres de la famille STAT par phosphorylation. En conséquence, les protéines STAT phosphorylées se dimérisent, se translocent dans le noyau et se lient aux éléments de réponse dans les promoteurs des gènes cibles, régulant ainsi l'expression des gènes. À ce jour, sept protéines STAT de mammifères ont été identifiées. Parmi ces protéines, STAT3 est mis en évidence comme un médiateur critique du remodelage cardiaque et de la survie des cardiomyocytes (11Yamauchi-Takihara K. Kishimoto T. Trends Cardiovasc. Med. 2000 ; 10: 298-303Crossref PubMed Scopus (62) Google Scholar, 12Negoro S. Kunisada K. Tone E. Funamoto M. Oh H. Kishimoto T. Yamauchi-Takihara K. Cardiovasc. Res. 2000 ; 47: 797-805Crossref PubMed Scopus (189) Google Scholar, 13Sano M. Fukuda K. Kodama H. Pan J. Saito M. Matsuzaki J. Takahashi T. Makino S. Kato T. Ogawa S. J. Biol. Chem. 2000 ; 275: 29717-29723Abstract Full Text Full Text PDF PubMed Scopus (207) Google Scholar). L'accumulation de preuves a suggéré que la famille des cytokines IL-6 joue un rôle important dans l'activation de STAT3 (11Yamauchi-Takihara K. Kishimoto T. Trends Cardiovasc. Med. 2000 ; 10: 298-303Crossref PubMed Scopus (62) Google Scholar). La famille de cytokines IL-6 comprenant IL-6, IL-11, le facteur inhibiteur de la leucémie (LIF), l'oncostatine M, le facteur neurotrophique ciliaire (CNTF) et la cardiotrophine-1 (CT-1) interagit avec les récepteurs liés à la membrane, qui consistent en une sous-unité commune de transmission du signal, gp130, et diverses sous-unités de liaison au ligand. La propagation de ces signaux de cytokine nécessite la gp130, qui active STAT3 en se liant à son domaine SH2 via des résidus de phosphotyrosine dans le domaine cytoplasmique de la gp130. Nous avons émis l'hypothèse que la voie Jak/STAT pourrait être activée par la stimulation β-AR puis impliquée dans le remodelage cardiaque induit par β-AR. Pour tester cette hypothèse, l'effet de l'isoprotérénol, un agoniste β-AR, sur l'activation de STAT3 dans le cœur de souris a été étudié. Matériaux et animaux - Les matériaux ont été obtenus auprès des sources suivantes. L'isoprotérénol (ISO), le propranolol, l'aténolol, l'amrinone et les IgG de chèvre provenaient de (Sigma). L'antiphospho-STAT3 provenait de New England Biolabs (Beverly, MA). L'anticorps anti-STAT3 et anti-lapin conjugué à la peroxydase de raifort provenait de Santa Cruz Biotechnology (Santa Cruz, CA). Le kit IL-6 ELISA murin provenait de Diaclone (Besançon, France). L'IL-6 murine recombinante provenait de PeproTech EC Ltd. (Londres, Royaume-Uni). L'anticorps polyclonal IL-6 anti-murin de chèvre provenait de R&D Systems (Minneapolis, MN). Des souris BALB/c mâles de 8 semaines (pesant 18–20 g) et des souris Balb/c de 1 jour ont été obtenues auprès du Medical Experimental Animal Center de l'Université de Pékin. Les expériences ont été approuvées par le Comité sur les aspects éthiques de la recherche impliquant des animaux du Centre des sciences de la santé de l'Université de Pékin. Analyse Western Blot - Les souris ont été traitées avec de l'ISO (15 mg/kg de poids corporel) ou un véhicule par injection intrapéritonéale. Le myocarde ventriculaire gauche a été excisé à différents moments et homogénéisé à l'aide d'un homogénéisateur Polytron avec un tampon de lyse glacé contenant 20 mmol/litre de Tris-HCl (pH 7,4), 150 mmol/litre de NaCl, 2,5 mmol/litre d'EDTA, 50 mmol/litre de NaF, 0,1 mmol/litre de Na4P2O7, 1 mmol/litre de Na3VO4, 1 % de Triton X-100, 10 % de glycérol, 0,1 % de SDS, 1 % d'acide désoxycholique, 1 mmol/litre de fluorure de phénylméthylsulfonyle et 1 μg/ml d'aprotinine. La concentration en protéines a été déterminée avec le kit de dosage des protéines BCA (Pierce) en utilisant les instructions du fabricant, et les extraits ont été conservés à -70 °C avant utilisation. Pour l'analyse par Western blot, des échantillons (30 μg chacun) ont été séparés par électrophorèse sur gel de polyacrylamide à 10% de SDS et transférés sur des membranes de difluorure de polyvinylidène. Les membranes ont été sondées avec des anticorps contre la phospho-STAT3, et des anticorps anti-lapin conjugués à la peroxydase de raifort ont été utilisés comme anticorps secondaires. Les produits de réaction de la peroxydase ont été visualisés par substrat chimioluminescent LumiGLO ® (New England Biolabs). La même membrane a ensuite été décapée et reproduite avec un anticorps anti-STAT3 pour déterminer l'abondance totale de protéines en utilisant une procédure similaire. Immunohistochimie - Les sections de paraffine (6 μm) ont été déparaffinées, hydratées et prétraitées par ébullition dans une solution saline tamponnée au phosphate de 0,01 mol/litre (pH 6,0) pendant 10 min. Après 30 min de traitement avec 5% de sérum de lapin normal, les échantillons ont été traités avec un anticorps polyclonal STAT3 pendant une nuit à 4 °C, rincés avec une solution saline tamponnée au phosphate et traités pendant 2 h avec des anticorps anti-rabbit conjugués à la peroxydase de raifort (dilution 1:200) et l'activité de la peroxydase a été visualisée en utilisant de la diamine benzidine, entraînant un précipité brun. Extraction d'ARN et analyse de la transcriptase inverse-PCR - L'ARN total a été extrait de cellules cultivées et de coeurs de souris à l'aide du réactif TRIzol (Invitrogen). Les échantillons ont été traités avec la DNase I, puis soumis à la synthèse du premier brin à l'aide de l'amorce oligo(dT) et de la transcriptase inverse (Superscript II). Mouse IL-6, LIF, CNTF, CT-1, and β-actin mRNA were amplified by PCR using the following primers (14Ito Y. Yamamoto M. Li M. Doyu M. Tanaka F. Mutch T. Mitsuma T. Sobue G. Brain Res. 1998 ; 793: 321-327Crossref PubMed Scopus (88) Google Scholar, 15Funamoto M. Hishinuma S. Fujio Y. Matsuda Y. Kunisada K. Oh H. Negoro S. Tone E. Kishimoto T. Yamauchi-Takihara K. J. Mol. Cardiol cellulaire. 2000 ; 32: 1275-1284Abstract Full Text PDF PubMed Scopus (45) Google Scholar) : souris IL-6, 5′-GGA GAC TTC ACA GAG Gat ACC-3′ et 5′-CAA Gat GAA TTG Gat GGT CTT-3 ′ (483 pb de taille de produit) ; souris LIF, 5′-ATG CCA CGG CAA CCT CAT GAA-3′ et 5′ -GAC TTG CTT GTA TGT CCC CAG-3′ (466 pb) ; souris CNTF, 5′-TGG CTA GCA AGG AAG ATT CGT T-3′ et 5′-CCC ATA ATG GCT CTC ATG TGC-3′ (519 pb) ; souris CT-1, 5′ -GAG ACA GTG CTG GCC GCG CTG-3 ′ et 5′-AGA GGA GAG CAG AAG AGA GAG A-3′ (345 pb) ; et souris β-actine, 5′ -GT GGG CGC CCG AGCG CAAC-3 ′ et 5′-CTT TATAC TG CACG CGA TTT-3 ′ (5 ′ -BP). Le mélange PCR a été incubé sur un cycleur thermique à ADN (Stratagene) en utilisant divers cycles. Les conditions de réaction impliquaient une dénaturation à 95 °C pendant 1 min, un recuit à 60 °C pendant 1 min et une extension à 72 °C pendant 1 min, 20 s avec une dénaturation initiale à 95 °C pendant 5 min et une étape d'extension finale à 72 °C pendant 7 min, 30 s. Après amplification, les produits ont été analysés par électrophorèse sur gel d'agarose à 2%. Culture cellulaire - Les myocytes ventriculaires primaires ont été préparés comme décrit précédemment (16Gray M.O. Long C.S. Kalinyak J.E. Li H.T. Karliner J.S. Cardiovasc. Res. 1998 ; 40: 352-363Crossref PubMed Scopus (356) Google Scholar). Les ventricules de souris BALB/c âgées d'un jour ont été hachés et les cellules ont été isolées par plusieurs séries de dissociation tissulaire de 8 minutes avec 0,01 % de trypsine. Après chaque incubation avec de la trypsine, le surnageant a été ajouté à un volume égal de milieu Eagle' s modifié de Dulbecco contenant 10% de sérum bovin fœtal et tous les surnageants ont été combinés. Les cardiomyocytes ont été collectés par adhérence différentielle. Les suspensions enrichies en cardiomyocytes ont été retirées des boîtes de culture et plaquées à une densité de 150–200 cellules/mm2 après une incubation d'une nuit. Des cultures ont été maintenues dans le milieu Eagle' s modifié de Dulbecco supplémenté avec 10% de sérum bovin foetal et 0,1 mm de bromodésoxyuridine pour prévenir la prolifération des fibroblastes. Les fibroblastes cardiaques obtenus lors de l'étape de préplaquage de la procédure d'isolement des myocytes ont été maintenus dans du milieu de culture complet, laissés proliférer, puis trypsinés et passés une fois à dilution 1:3. Des fibroblastes cardiaques dans les troisièmes passages ont été utilisés. Par immunocoloration et par examen de la morphologie des cellules, il a été indiqué que les cellules cultivées étaient des cardiomyocytes purs et des fibroblastes cardiaques. Test immunosorbant lié à l'enzyme - Les taux d'IL-6 dans le sérum, les homogénats de myocarde ou le milieu de culture cellulaire ont été mesurés par ELISA à l'aide d'un kit disponible dans le commerce (Diaclone) selon le protocole du fabricant. Comme indiqué par le fabricant, ce kit est un sandwich ELISA en phase solide. Un anticorps anti-IL-6 spécifique a été appliqué sur les puits des bandes de microtitration. Des étalons de teneur connue en IL-6, des échantillons témoins et des échantillons inconnus ont été placés dans les puits par pipette, suivis de l'ajout d'anticorps secondaire biotinylé. Après une première incubation et l'élimination de l'excès d'anticorps secondaire, la streptavidine peroxydase a été ajoutée, qui s'est liée à l'anticorps biotinylé pour compléter le sandwich à 4 membres. Après une seconde incubation et un lavage pour éliminer toute l'enzyme non liée, une solution de substrat (tétra-méthylbenzidine) a ensuite été ajoutée pour produire de la couleur. L'intensité de ce produit coloré est directement proportionnelle à la concentration d'IL-6 présente dans l'échantillon. L'absorbance a été lue avec un lecteur de plaque de microtitration à 450 nm. Traitement par anticorps in vivo - L'anticorps polyclonal anti IL-6 murin de Goat a été obtenu à partir de systèmes de R&D (<10 ng d'endotoxine/mg d'anticorps polyclonal). Les IgG de chèvre ont été utilisées comme anticorps de contrôle de l'isotype. Quatre souris BALB/c mâles âgées de 8 semaines ont reçu 200 μg d'anticorps neutralisant l'IL-6 par voie intrapéritonéale 30 minutes avant le traitement ISO (15 mg/kg de poids corporel, par voie intrapéritonéale). Des souris témoins ont reçu une injection intrapéritonéale d'IgG de chèvre (200 μg chacune, n = 4). À la fin de l'étude, toutes les souris ont été sacrifiées et les échantillons de sang et de tissus ont été prélevés pour une analyse plus approfondie. Analyse statistique - Les données sont exprimées en tant que moyenne ± S.E. La signification statistique des différences entre les moyennes des groupes a été déterminée par des tests ANOVA unidirectionnels ou des tests t à deux queues de Student non appariés. Une valeur de p < 0,05 a été considérée comme significative. L'ISO active la voie Jak/STAT dans le myocarde de la souris - L'analyse par Western blot a révélé que le traitement des souris avec l'ISO (15 mg/kg de poids corporel, intrapéritonéal) pendant 1 ou 2 h augmentait nettement la phosphorylation de la tyrosine de STAT3 dans le myocarde sans modifier l'abondance protéique de STAT3 (Fig. 1A). En revanche, l'état de phosphorylation de STAT1, STAT5 et STAT6 n'a pas été affecté par la stimulation β-AR (données non présentées). En utilisant la coloration immunohistochimique, nous avons examiné si l'augmentation de la phosphorylation de la tyrosine STAT3 après le traitement ISO était corrélée avec ses changements de localisation subcellulaire. Le myocarde de souris traité à l'ISO pendant 2 h a été traité pour une coloration immunohistochimique avec un anticorps spécifique de lapin contre STAT3 (panneau supérieur). Comme le montre la Fig. 1B, bien que le myocarde non traité ait montré peu de coloration nucléaire pour STAT3, une coloration nucléaire claire a été observée dans le myocarde de souris traité à l'ISO pendant 2 h. Pour explorer davantage si l'accumulation accrue de STAT3 dans le noyau était de la STAT3 phosphorylée par la tyrosine, nous avons également effectué la coloration immunohistochimique avec un anticorps anti-pSTAT3 de lapin (panneau inférieur) et les résultats ont montré un modèle de coloration similaire. Ces résultats indiquent que l'ISO provoque une phosphorylation retardée de la tyrosine de STAT3 et induit sa translocation du cytoplasme vers le noyau. cAMP-mediate β-AR-induced STAT3 Activation—Fig. 2A montre que la phosphorylation de STAT3 était complètement inhibée par un prétraitement avec un antagoniste β-AR non sélectif, le propranolol (30 mg/kg, intrapéritonéal), mais seulement partiellement inhibée par l'aténolol, un antagoniste β1-AR sélectif, indiquant que l'activation de STAT3 induite par l'ISO était probablement médiée à la fois par β1-AR et β2-AR. Parce que la stimulation β-AR augmente la formation d'AMPc intracellulaire, la signalisation de l'AMPc dans les cellules de mammifères est interrompue par les phosphodiestérases (PDE), qui pourraient catalyser l'hydrolyse des nucléotides cycliques en 5′-nucléotides monophosphates de sorte que l'inhibition de la dégradation de l'AMPc par les inhibiteurs de la PDE produirait une augmentation soutenue du taux intracellulaire d'AMPc (6Dzimiri N. Pharmacol. Rev. 1999 ; 51: 465-501PubMed Google Scholar). Par conséquent, nous avons ensuite évalué le rôle possible de cet important second messager dans l'activation de STAT3 induite par l'ISO en utilisant l'amrinone, un inhibiteur de la PDE3 largement utilisé. Comme le montre la Fig. 2B, la phosphorylation de STAT3 induite par l'ISO a été nettement améliorée par un prétraitement à l'amrinone de manière dose-dépendante. Ces résultats suggèrent fortement que l'activation de STAT3 induite par l'ISO est principalement médiée par la cascade de signalisation β-AR-cAMP. La stimulation β-AR régule à la hausse l'expression génique des cytokines de la famille IL-6 et de la sécrétion d'IL-6. Contrairement à la présente étude in vivo, nos études préliminaires in vitro ont montré que l'ISO ne pouvait pas augmenter le niveau de phosphorylation de STAT3 dans les cardiomyocytes cultivés ou les fibroblastes cardiaques (données non présentées). Cette divergence suggère qu'il manque certains facteurs clés dans les myocytes ou les fibroblastes en culture. Étant donné que la famille des cytokines IL-6 a été impliquée dans la régulation de l'activation de STAT3, nous avons examiné l'effet potentiel de l'ISO sur l'expression du gène de la famille des cytokines IL-6 dans le myocarde de souris. En effet, l'expression de la famille de cytokines IL-6, y compris l'ARNm IL-6, LIF et CNTF, a été augmentée après l'injection d'ISO et a culminé à 60–120 min (Fig. 3), ce qui était temporellement corrélé avec la phosphorylation retardée de STAT3 (Fig. 1A). Fait intéressant, bien qu'une expression substantielle de l'ARNm CT-1 ait été observée dans le myocarde de souris, l'expression a été significativement augmentée 15 min après l'injection d'ISO et a diminué jusqu'à son niveau basal de 60 min. Pour étudier plus en détail les altérations des niveaux de protéines de l'IL-6, nous avons examiné leurs niveaux dans le sérum et les homogénats du myocarde après stimulation ISO. Le taux sérique moyen d'IL-6 déterminé avant l'injection ISO était de 120,3 ± 33,7 pg/ml, qui augmentait à 1 h (195,4 ± 28,4 pg/ml), et était encore élevé de manière significative à 2 h (448,0 ± 46,1 pg/ml, p < 0,01) (Fig. 4A). Nous avons également observé que dans les échantillons d'homogénat de myocarde, le taux moyen d'IL-6 était de 632,1 ± 38,7 pg/mg dans le groupe témoin, puis atteignait le plateau 1 h après l'injection ISO (824,2 ± 38,9 pg/mg, p < 0,05) (Fig. 4B). Ces données suggèrent fortement que la famille des cytokines IL-6 sécrétées par l'autocrine/paracrine peut être impliquée dans l'activation de STAT3 induite par l'ISO. Le fibroblaste cardiaque est la principale source de sécrétion d'IL-6 dans le myocarde - Pour clarifier la source d'augmentation de l'IL-6 dans le myocarde de souris, des cardiomyocytes et des fibroblastes cardiaques ont été préparés à partir de souris BALB/c âgées d'un jour. Les cellules ont été privées de sérum pendant 24 h avant l'ISO (10-6 mol/litre), et les surnageants ont été recueillis à différents moments pour la mesure de l'IL-6 par ELISA. Dans les fibroblastes cardiaques non stimulés, de faibles taux d'IL-6 ont été détectés dans le milieu de culture (67,4 ± 1,3 pg/ml). Le taux d'IL-6 a été augmenté de manière significative 2 h après la stimulation ISO (502,1 ± 146,7 pg/ml, p < 0,05), puis a culminé à 12 h (773,7 ± 161,9 pg/ml, p < 0,01). Fait intéressant, malgré des niveaux similaires d'IL-6 entre les cardiomyocytes non stimulés et les fibroblastes cardiaques, la réponse de l'IL-6 mesurée dans les surnageants des cardiomyocytes cultivés à la stimulation ISO n'était pas significative (Fig. 5A). Nos données indiquent que les fibroblastes cardiaques, mais pas les cardiomyocytes, sont probablement une source prédominante d'IL-6 en réponse à la stimulation ISO dans le myocarde de souris. Effet de l'IL-6 sur la phosphorylation de la tyrosine de STAT3 dans les cardiomyocytes - Pour démontrer que l'IL-6 pourrait activer STAT3 dans les cardiomyocytes en culture, nous avons analysé la phosphorylation de la tyrosine de STAT3 par analyse Western blot. Après 24 h de déplétion sérique, les cardiomyocytes primaires cultivés ont été stimulés avec de l'IL-6 murine recombinante (10 ng/ml) pendant 30 min. Comme illustré à la Fig. 5B, la phosphorylation de la tyrosine de STAT3 a été observée à 5 min après la stimulation ISO, puis a culminé à 30 min, et elle était toujours soutenue à 60 min. Ces résultats suggèrent que dans les cardiomyocytes cultivés, l'IL-6 pourrait activer STAT3 de manière dépendante du temps. Effet de l'anticorps neutralisant Anti-IL-6 sur la phosphorylation de la tyrosine de STAT3 chez des souris Vivo-Mice ont été traitées avec soit un anticorps neutralisant l'IL-6 anti-murin, soit des IgG de chèvre (200 μg, intrapéritonéales) pendant 30 min, puis ont reçu une injection intrapéritonéale d'ISO (15 mg/kg de poids corporel). Des échantillons de sang et de myocarde ont été prélevés 2 h après l'injection ISO. Chez les souris traitées à l'ISO, les taux sériques d'IL-6 étaient 4 fois plus élevés que dans le groupe témoin (p < 0,01). Le traitement avec un anticorps polyclonal anti IL-6 murin a complètement inhibé les taux élevés d'IL-6 (94,4 ± 14,9% par rapport au contrôle, n = 4, p > 0,05). (Fig. 6A) Sur la base du potentiel du traitement par anticorps anti-IL-6 à neutraliser l'IL-6 endogène dans notre modèle, d'autres études ont examiné les effets du blocage de l'IL-6 sur l'activation de STAT3 du myocarde induite par l'ISO in vivo. Comme le montre la Fig. 6B, le traitement avec un anticorps neutralisant l'IL-6 anti-murin a significativement inhibé la phosphorylation de STAT3 induite par l'ISO, ce qui était compatible avec l'inhibition complète du taux d'IL-6. Ces données indiquent clairement que l'IL-6 joue un rôle central dans l'activation de STAT3 induite par l'ISO dans le myocarde de souris. La manifestation du remodelage cardiaque est presque toujours associée à l'hypertension et à la maladie de surcharge de pression/volume ventriculaire gauche. En plus des maladies du muscle cardiaque, la surcharge de pression chronique et le remodelage cardiaque associé sont considérés non seulement comme des causes très fréquentes, mais aussi comme des prédicteurs du développement de l'insuffisance cardiaque chronique. Des études antérieures ont porté sur les rôles fonctionnels de la stimulation β-AR dans l'hypertrophie ventriculaire gauche (6Dzimiri N. Pharmacol. Rev. 1999 ; 51: 465-501PubMed Google Scholar). Plus récemment, la voie Jak/STAT, qui est activée par une multitude de cytokines et de récepteurs de la tyrosine kinase (9Darnell J.E. Kerr I.M. Stark G.R. Science. 1994 ; 264: 1415-1421Crossref PubMed Scopus (5028) Google Scholar, 10Ihle J.N. Cell. 1996 ; 84: 331-334Abstract Full Text PDF PubMed Scopus (1266) Google Scholar), a également été impliqué dans l'hypertrophie cardiaque. Cependant, aucune information n'est disponible reliant ces deux voies d'hypertrophie cardiaque. La principale conclusion de cette étude est que la stimulation β-AR conduit à une phosphorylation retardée de STAT3 via un mécanisme dépendant de l'IL-6 en plus de la voie bien établie AMPc/protéine kinase A. De plus, la présente étude fournit des preuves directes que les fibroblastes cardiaques, mais pas les cardiomyocytes, sont probablement la source prédominante d'IL-6 en réponse à la stimulation ISO dans le myocarde de souris. La coexistence de β1-AR et β2-AR a été démontrée avec le test de liaison au radioligand dans le cœur du rat, de la souris, du chat, du cobaye, du chien et du lapin (17Brodde O.E. Pharmacol. Rev. 1991 ; 43: 203-243PubMed Google Scholar). La stimulation de ces β-AR active les protéines classiques de liaison aux nucléotides de la guanine (protéines G), les adénylcyclases et la cascade de la protéine kinase A de l'AMPc, qui régule de multiples effets. Dans cette étude, nous avons démontré que l'injection d'ISO pouvait induire la phosphorylation de la tyrosine de STAT3 dans le myocarde, en médiant simultanément sa translocation du cytoplasme vers le noyau. De plus, nos résultats indiquent que l'activation de STAT3 induite par l'ISO est médiée à la fois par β1-AR et β2-AR via l'augmentation de l'AMPc intracellulaire. Fait intéressant, nous avons constaté que l'ISO augmente considérablement la phosphorylation de STAT3 du myocarde de souris in vivo, mais n'a pas un tel effet dans les cardiomyocytes en culture ou les fibroblastes cardiaques. Cet écart nous rappelle que certains facteurs clés pourraient manquer dans les cellules cultivées. Des études récentes ont démontré que la famille des cytokines IL-6 autocrines/paracrines sécrétées joue un rôle essentiel dans l'activation des STAT en réponse à l'étirement mécanique et à l'angiotensine II (18Taga T. Kishimoto T. Annu. Rev. Immunol. 1997 ; 15: 797-819Crossref PubMed Scopus (1298) Google Scholar, 19Pan J. Fukuda K. Sato T. Matsuzaki J. Kodama H. Sano M. Takahashi T. Kato T. Ogawa S. Circ. Res. 1999 ; 84: 1127-1136Crossref PubMed Scopus (250) Google Scholar). De plus, les taux d'angiotensine II, d'activité rénine plasmatique et de noradrénaline sont proportionnellement corrélés au taux d'IL-6, suggérant un lien entre les neurohormones et l'activation des cytokines (20Orus J. Roig E. Perez-Villa F. Pare C. Azqueta M. Filella X. Heras M. Sanz G. J. Heart Lung Transplant. 2000 ; 19: 419-425Abstract Full Text Full Text PDF PubMed Scopus (113) Google Scholar). Dans cette étude, nous avons observé que l'expression génique de la famille de cytokines IL-6, y compris IL-6, LIF et CNTF, est augmentée en réponse à la stimulation β-AR par l'ISO et que l'évolution temporelle est comparable à l'activation de STAT3. L'ELISA a été utilisé pour déterminer si les augmentations du niveau d'expression de l'ARNm de l'IL-6 étaient associées à des augmentations de la sécrétion extracellulaire de l'IL-6. Nos résultats indiquent que l'ISO a significativement augmenté les niveaux d'IL-6 dans les homogénats sériques et myocardiques dans un schéma similaire à celui de l'expression de l'ARNm d'IL-6 dans le myocarde de souris. Ainsi, nous avons pour la première fois démontré que la famille des cytokines IL-6 sécrétées par autocrine/paracrine peut être impliquée de manière critique dans l'activation de STAT3 induite par β-AR. Il convient de noter que l'élévation du taux d'IL-6 dans le myocarde de souris est légèrement prématurée par rapport à celles du sérum. Le myocarde est considéré comme une source majeure d'IL-6 chez les patients atteints d'infarctus aigu du myocarde et d'insuffisance cardiaque (21Kucharz E.J. Wilk T. Eur. J. Intern. Med. 2000 ; 11: 253-256Abstract Full Text Full Text PDF PubMed Scopus (12) Google Scholar). Il est bien accepté que le cœur est composé de plusieurs types de cellules, y compris des cardiomyocytes et des non myocytes (principalement des fibroblastes cardiaques). L'accumulation de preuves a établi que les fibroblastes cardiaques similaires aux cardiomyocytes synthétisent et sécrètent une hormone peptidique locale et des cytokines qui peuvent moduler la structure et la fonction du myocarde (16Gray M.O. Long C.S. Kalinyak J.E. Li H.T. Karliner J.S. Cardiovasc. Res. 1998 ; 40: 352-363Crossref PubMed Scopus (356) Google Scholar, 22Wan S. DeSmet J.M. Barvais L. Goldstein M. Vincent J.L. LeClerc J.L. J. Thorac. Cardiovasc. Surg. 1996 ; 112: 806-811Abstract Full Text Full Text PDF PubMed Scopus (232) Google Scholar). Dans cette étude, nos résultats indiquent que les fibroblastes cardiaques, mais pas les cardiomyocytes, sont la source prédominante d'IL-6 en réponse à la stimulation ISO dans le myocarde de souris. Ces résultats sont cohérents avec ceux d'une étude antérieure (24 Burger A. Benicke M. Deten A. Zimmer H.G. Am. J. Physiol. 2001 ; 281 : H14-H21Crossref PubMed Google Scholar), qui a rapporté qu'une catécholamine, la noradrénaline, augmentait significativement l'expression de l'ARNm de l'IL-6 dans les fibroblastes cardiaques de rat. L'enquête clinique a démontré que les taux plasmatiques de cytokines pro-inflammatoires, y compris le facteur de nécrose tumorale α et l'IL-6, étaient élevés chez les patients atteints d'insuffisance cardiaque congestive (25Kubota T. Miyagishima M. Alvarez R.J. Kormos R. Rosenblum W.D. Demetris A.J. Semigran M.J. DEC G.M. Holubkov R. McTiernan C.F. Mann D.L. Feldman A.M. McNamara D.M. J. Heart Lung Transplant. 2000 ; 19: 819-824Abstract Full Text Full Text PDF PubMed Scopus (121) Google Scholar). Il a également été rapporté qu'une augmentation de l'AMPc peut stabiliser l'ARNm de plusieurs médiateurs inflammatoires lors d'une stimulation β-AR chronique (26Baumgarten G. Knuefermann P. Mann D.L. Trends Cardiovasc. Med. 2001 ; 10: 216-223Crossref Scopus (53) Google Scholar, 27Gustafsson A.B. Brunton L.L. Mol. Pharmacol. 2000 ; 58: 1470-1478Crossref PubMed Scopus (60) Google Scholar, 28Murray D.R. Prabhu s.d. Chandrasekar B. Circulation. 2000 ; 101: 2338-2341Crossref PubMed Scopus (207) Google Scholar). De plus, il a été démontré que le blocage β-adrénergique atténue l'expression génique des cytokines pro-inflammatoires dans des modèles expérimentaux d'infarctus (29Prabhu S.D. Chandrasekar B. Murray D.R. Freeman G.L. Circulation. 2000 ; 101: 2103-2109Crossref PubMed Scopus (248) Google Scholar). Chez les patients atteints d'insuffisance cardiaque congestive, l'augmentation de l'IL-6 sérique a été identifiée comme un puissant prédicteur indépendant du critère d'évaluation combiné : décès, nouveaux épisodes d'insuffisance cardiaque et nécessité d'une transplantation cardiaque (30Sano M. Fukuda K. Sato T. Kawaguchi H. Suematsu M. Matsuda S. Koyasu S. Plenz G. Song Z.F. Tjan T.D.T. Koenig C. Baba H.A. Erren M. Flesch M. Wichter T. Scheld H.H. Deng M.C. Eur. J. Heart Fail. 2001 ; 3: 415-421Crossref PubMed Scopus (71) Google Scholar, 31Tanaka T. Kanda T. McManus B.M. Kanai H. Akiyama H. Sekiguchi K. Yokoyama T. Kurabayashi M. J. Mol. Cell. Cardiol. 2001 ; 33: 1627-1635Abstract Full Text PDF PubMed Scopus (72) Google Scholar). Bien qu'il soit peut-être prématuré de spéculer sur le fait que la modulation des taux de cytokines se traduira par des améliorations cliniques de la morbidité et de la mortalité chez les patients atteints d'insuffisance cardiaque, un nombre croissant de preuves suggère que la modulation des taux de cytokines peut représenter un nouveau paradigme thérapeutique pour le traitement des patients atteints d'insuffisance cardiaque (26Baumgarten G. Knuefermann P. Mann D.L. Trends Cardiovasc. Med. 2001 ; 10: 216-223Crossref Scopus (53) Google Scholar). En fait, l'immunisation passive d'animaux de laboratoire avec des anticorps neutralisants contre diverses cytokines ou avec des anticorps bloquants contre les récepteurs des cytokines s'est avérée être une approche puissante pour évaluer la contribution de cytokines spécifiques à la défense de l'hôte (32Havell e.a. Sehgal P.B. J. Immunol. 1991 ; 146: 756-761PubMed Google Scholar, 33Gershenwald J.E. Fong Y.M. Fahey T.J. Calvano S.E. Chizzonite R. Kilian P.L. Lowry S.F. Moldawer L.L. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 1990 ; 87: 4966-4970Crossref PubMed Scopus (200) Google Scholar). Les études actuelles ont été réalisées avec des anticorps polyclonaux anti-IL-6, car d'autres chercheurs ont suggéré que les anticorps monoclonaux anti-IL-6 augmentent paradoxalement les taux sériques d'IL-6, ce qui peut être le résultat d'anticorps monoclonaux agissant comme un « chaperon » protégeant l'IL-6 de la clairance rénale (23 mai L.T. Neta R. Moldawer L.L. Kenney J.S. Patel K. Sehgal P.B. J. Immunol. 1993 ; 151: 3225-3236PubMed Google Scholar, 34Van Andel R.A. Franklin C.L. Besch-Williford C.L. Hook R.R. Riley L.K. J. Med. Microbiol. 2000 ; 49: 171-176Crossref PubMed Scopus (11) Google Scholar). En accord avec ceux des rapports précédents (34Van Andel R.A. Franklin C.L. Besch-Williford C.L. Hook R.R. Riley L.K. J. Med. Microbiol. 2000 ; 49: 171-176Crossref PubMed Scopus (11) Google Scholar), nos résultats indiquent ici que l'anticorps polyclonal est capable d'épuiser l'IL-6 sérique. Plus important encore, l'inhibition du taux d'IL-6 par un anticorps anti-IL-6 neutralisant a considérablement atténué la phosphorylation de STAT3 induite par l'ISO dans le myocarde de souris. Ainsi, ces preuves directes confirment le rôle critique de l'IL-6 dans l'activation de STAT3 après injection d'ISO. De plus, sur la base de la présente découverte, (I) l'expression d'autres familles IL-6 de cytokines, y compris le LIF, le CNTF et l'ARNm CT-1, a également augmenté après le traitement ISO et (II) l'anticorps anti-IL-6-neutralisant à une dose élevée (200 μg chacun) n'a pas complètement inhibé l'activation de STAT3. Malgré sa grande capacité à appauvrir l'IL-6 endogène, nous avons supposé que d'autres cytokines liées à l'IL-6 (LIF, CNTF et CT-1) pourraient également être partiellement impliquées dans cette activation, bien que leur contribution devrait être plus faible que celle de l'IL-6. En résumé, la stimulation β-AR induit l'activation de la voie Jak/STAT dans le cœur de souris et la famille des cytokines IL-6 autocrines/paracrines sécrétées joue un rôle central dans l'activation retardée de STAT3 induite par l'ISO. De plus, les présents résultats suggèrent que les fibroblastes cardiaques, mais pas les cardiomyocytes, sont probablement la source prédominante d'IL-6 en réponse à la stimulation ISO dans le myocarde de souris. Nous remercions le Dr Rui-Ping Xiao pour la lecture critique du document.Translated Description (Spanish)
Este estudio tuvo como objetivo determinar si el receptor β-adrenérgico (β-AR) estimulado por isoproterenol (ISO) activa los transductores de señal y los activadores de la transcripción (STAT) en el corazón de ratón y, de ser así, examinar el mecanismo subyacente. Encontramos que el tratamiento de ratones machos adultos con ISO (15 mg/kg de peso corporal, intraperitoneal) causó una activación retardada de STAT3 (a los 60–120 min), que fue completamente abolida por el antagonista de β-AR, propranolol. La fosforilación de STAT3 inducida por ISO se vio notablemente potenciada por el inhibidor de fosfodiesterasa amrinona, lo que indica que cAMP está críticamente involucrado en la activación de STAT3 mediada por β-AR. Además, la estimulación con β-AR aumentó significativamente la expresión génica de la familia de citocinas interleucina-6 (IL-6) (IL-6, factor inhibidor de la leucemia, factor neurotrófico ciliar y cardiotrofina-1). Los niveles de proteína IL-6 en suero y miocardio de ratón también aumentaron significativamente en respuesta al tratamiento con ISO. En fibroblastos cardíacos cultivados, el nivel de IL-6 aumentó significativamente después de la estimulación ISO (10-6 mol/litro) durante 2 h y luego alcanzó su punto máximo a las 12 h, mientras que la respuesta de IL-6 en cardiomiocitos cultivados a la estimulación ISO no fue significativa, lo que sugiere que el aumento inducido por ISO en IL-6 es principalmente de fibroblastos cardíacos en lugar de cardiomiocitos. Lo más importante es que IL-6 podría activar STAT3 de una manera dependiente del tiempo en cardiomiocitos cultivados, y la inhibición del nivel de IL-6 por el anticuerpo neutralizante anti-IL-6 atenuó claramente la fosforilación inducida por ISO de STAT3 en el miocardio. En conjunto, estos resultados indican que la estimulación con β-AR conduce a una activación retardada de STAT3 a través de una familia de IL-6 de la vía mediada por citocinas y que los fibroblastos cardíacos, pero no los cardiomiocitos, es probablemente la fuente predominante de IL-6 en respuesta a la estimulación con ISO en el miocardio de ratón. Este estudio tuvo como objetivo determinar si el receptor β-adrenérgico (β-AR) estimulado por isoproterenol (ISO) activa los transductores de señal y los activadores de la transcripción (STAT) en el corazón de ratón y, de ser así, examinar el mecanismo subyacente. Encontramos que el tratamiento de ratones machos adultos con ISO (15 mg/kg de peso corporal, intraperitoneal) causó una activación retardada de STAT3 (a los 60–120 min), que fue completamente abolida por el antagonista de β-AR, propranolol. La fosforilación de STAT3 inducida por ISO se vio notablemente potenciada por el inhibidor de fosfodiesterasa amrinona, lo que indica que cAMP está críticamente involucrado en la activación de STAT3 mediada por β-AR. Además, la estimulación con β-AR aumentó significativamente la expresión génica de la familia de citocinas interleucina-6 (IL-6) (IL-6, factor inhibidor de la leucemia, factor neurotrófico ciliar y cardiotrofina-1). Los niveles de proteína IL-6 en suero y miocardio de ratón también aumentaron significativamente en respuesta al tratamiento con ISO. En fibroblastos cardíacos cultivados, el nivel de IL-6 aumentó significativamente después de la estimulación ISO (10-6 mol/litro) durante 2 h y luego alcanzó su punto máximo a las 12 h, mientras que la respuesta de IL-6 en cardiomiocitos cultivados a la estimulación ISO no fue significativa, lo que sugiere que el aumento inducido por ISO en IL-6 es principalmente de fibroblastos cardíacos en lugar de cardiomiocitos. Lo más importante es que IL-6 podría activar STAT3 de una manera dependiente del tiempo en cardiomiocitos cultivados, y la inhibición del nivel de IL-6 por el anticuerpo neutralizante anti-IL-6 atenuó claramente la fosforilación inducida por ISO de STAT3 en el miocardio. En conjunto, estos resultados indican que la estimulación con β-AR conduce a una activación retardada de STAT3 a través de una familia de IL-6 de la vía mediada por citocinas y que los fibroblastos cardíacos, pero no los cardiomiocitos, es probablemente la fuente predominante de IL-6 en respuesta a la estimulación con ISO en el miocardio de ratón. Es ampliamente aceptado que cuando el corazón está sujeto a factores neurohumorales o sobrecarga de presión mecánica, los cardiomiocitos exhiben respuesta hipertrófica, que es un predictor principal de insuficiencia cardíaca (1Molkentin J.D. Wdorn G. Annu. Rev. Physiol. 2001; 63: 391-426Crossref PubMed Scopus (578) Google Scholar). La creciente evidencia ha demostrado que la hipertrofia de cardiomiocitos es iniciada por factores endocrinos, paracrinos o autocrinos que activan una variedad de vías de señalización intracelular y, en última instancia, modulan los factores de transcripción y la expresión génica (2Sadoshima J. Xu Y. Slayter H.S. Izumo S. Cell. 1993; 75: 977-984Abstract Full Text PDF PubMed Scopus (1163) Google Scholar, 3Ito H. Hirata Y. Adachi S. Tanaka M. Tsujino M. Koike A. Nogami A. Murumo F. Hiroe M. J. Clin. Invest. 1993; 92: 398-403Crossref PubMed Scopus (526) Google Scholar, 4Long C.S. Ordahl C.P. Simpson P.C. J. Clin. Invest. 1989; 83: 1078-1082Crossref PubMed Scopus (108) Google Scholar, 5Pennica D. King K.L. Shaw K.J. Luis E. Rullamas J. Luoh S.M. Darbonne W.C. Knutzon D.S. Yen R. Chien K.R. Baker J.B. Wood W.I. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 1995; 92: 1142-1146Crossref PubMed Scopus (501) Google Scholar, 6Dzimiri N. Pharmacol. Rev. 1999; 51: 465-501PubMed Google Scholar, 7Morisco C. Zebrowski D. Condorelli G. Tsichlis P. Vatner S.F. Sadoshima J. J. Biol. Chem. 2000; 275: 14466-14475Abstract Full Text Full Text PDF PubMed Scopus (225) Google Scholar). Por ejemplo, angiotensina II, endotelina-1, catecolaminas e IL-6 1Las abreviaturas utilizadas son: IL, interleucina; STAT, transductores de señales y activadores de la transcripción; Jak, Janus quinasa; LIF, factor inhibidor de la leucemia; ELISA, ensayo inmunoabsorbente ligado a enzimas; CNTF, factor neurotrófico ciliar; CT, cardiotrofina-1; gp, glicoproteína; ISO, isoproterenol; ANOVA, análisis de varianza; PDE, fosfodiesterasa; β-AR, receptor β-adrenérgico. familia de citocinas que regulan la proliferación en células cancerosas o células inmunitarias en su lugar desencadenan el crecimiento hipertrófico en cardiomiocitos. Tanto los estudios in vivo como in vitro han demostrado que la estimulación de los β-AR del miocardio da como resultado una remodelación cardíaca caracterizada por un aumento del tamaño celular, la reexpresión del programa del "gen fetal" (factor natriurético auricular y α-actina esquelética) y la organización del citoesqueleto de actina (6Dzimiri N. Pharmacol. Rev. 1999; 51: 465-501PubMed Google Scholar, 7Morisco C. Zebrowski D. Condorelli G. Tsichlis P. Vatner S.F. Sadoshima J. J. Biol. Chem. 2000; 275: 14466-14475Abstract Full Text Full Text PDF PubMed Scopus (225) Google Scholar). Sin embargo, el mecanismo subyacente a la remodelación cardíaca mediada por β-AR in vivo sigue sin estar claro en gran medida. Recientemente, se ha informado que la quinasa Janus/transductores de señales y activadores de la transcripción (Jak/STAT), una vía de transducción de señales intracelulares recientemente descubierta, puede desempeñar un papel importante en el proceso de remodelación cardíaca. Los estudios in vivo han demostrado que las cinasas Jak1, Jak2 y Tyk2, así como los STAT, se activan en el corazón de la rata durante la sobrecarga de presión aguda (8Pan J. Fukuda K. Kodama H. Makino S. Takahashi T. Sano M. Hori S. Ogawa S. Circ. Res. 1997; 81: 611-617Crossref PubMed Scopus (126) Google Scholar). Jak/STAT también responde a muchas citocinas y factores de crecimiento (9Darnell J.E. Kerr I.M. Stark G.R. Science. 1994; 264: 1415-1421 Crossref PubMed Scopus (5028) Google Scholar, 10Ihle J.N. Cell. 1996; 84: 331-334Abstract Full Text Full Text PDF PubMed Scopus (1266) Google Scholar). La unión de ligandos al receptor conduce a la activación de la familia de tirosina quinasa Jak y, posteriormente, los complejos de receptor-quinasa activados reclutan y activan a los miembros de la familia STAT mediante fosforilación. Como resultado, las proteínas STAT fosforiladas se dimerizan, se translocan al núcleo y se unen a elementos de respuesta en los promotores de genes diana, regulando así la expresión génica. Hasta la fecha, se han identificado siete proteínas STAT de mamíferos. Entre estas proteínas, STAT3 se destaca como un mediador crítico de la remodelación cardíaca y la supervivencia de los cardiomiocitos (11Yamauchi-Takihara K. Kishimoto T. Trends Cardiovasc. Med. 2000; 10: 298-303Crossref PubMed Scopus (62) Google Scholar, 12Negoro S. Kunisada K. Tone E. Funamoto M. Oh H. Kishimoto T. Yamauchi-Takihara K. Cardiovasc. Res. 2000; 47: 797-805Crossref PubMed Scopus (189) Google Scholar, 13Sano M. Fukuda K. Kodama H. Pan J. Saito M. Matsuzaki J. Takahashi T. Makino S. Kato T. Ogawa S. J. Biol. Chem. 2000; 275: 29717-29723Abstract Full Text Full Text PDF PubMed Scopus (207) Google Scholar). La evidencia acumulada ha sugerido que la familia de citocinas IL-6 desempeña un papel importante en la activación de STAT3 (11Yamauchi-Takihara K. Kishimoto T. Trends Cardiovasc. Med. 2000; 10: 298-303 Crossref PubMed Scopus (62) Google Scholar). La familia de citocinas IL-6 que incluye IL-6, IL-11, factor inhibidor de leucemia (LIF), oncostatina M, factor neurotrófico ciliar (CNTF) y cardiotrofina-1 (CT-1) interactúa con receptores unidos a membrana, que consisten en una subunidad transductora de señal común, gp130 y varias subunidades de unión a ligando. La propagación de estas señales de citocinas requiere gp130, que activa STAT3 al unirse a su dominio SH2 a través de residuos de fosfotirosina en el dominio citoplasmático de gp130. Planteamos la hipótesis de que la vía Jak/STAT podría activarse mediante la estimulación con β-AR y luego involucrarse en la remodelación cardíaca inducida por β-AR. Para probar esta hipótesis, se estudió el efecto del isoproterenol, un agonista de β-AR, sobre la activación de STAT3 en corazón de ratón. Materiales y animales: los materiales se obtuvieron de las siguientes fuentes. Isoproterenol (ISO), propranolol, atenolol, amrinona e IgG de cabra eran de (Sigma). Anti-fosfo-STAT3 fue de New England Biolabs (Beverly, MA). El anticuerpo anti-STAT3 y anti-conejo conjugado con peroxidasa de rábano picante era de Santa Cruz Biotechnology (Santa Cruz, CA). El kit de ELISA de IL-6 murina fue de Diaclone (Besancon, Francia). La IL-6 murina recombinante era de PeproTech EC Ltd. (Londres, Reino Unido). El anticuerpo policlonal IL-6 antimurino de cabra era de R&D Systems (Minneapolis, MN). Se obtuvieron ratones BALB/c macho de 8 semanas de edad (que pesaban 18–20 g) y ratones Balb/c de 1 día de edad del Medical Experimental Animal Center de la Universidad de Pekín. Los experimentos fueron aprobados por el Comité de Aspectos Éticos de la Investigación con Animales del Centro de Ciencias de la Salud de la Universidad de Pekín. Análisis de transferencia Western: los ratones se trataron con ISO (15 mg/kg de peso corporal) o vehículo mediante inyección intraperitoneal. El miocardio ventricular izquierdo se extirpó en varios puntos de tiempo y se homogeneizó mediante el uso de un homogeneizador Polytron con amortiguador de lisis helado que contenía 20 mmol/litro de Tris-HCl (pH 7.4), 150 mmol/litro de NaCl, 2.5 mmol/litro de EDTA, 50 mmol/litro de NaF, 0.1 mmol/litro de Na4P2O7, 1 mmol/litro de Na3VO4, 1% de Triton X-100, 10% de glicerol, 0.1% de SDS, 1% de ácido desoxicólico, 1 mmol/litro de fluoruro de fenilmetilsulfonilo y 1 μg/ml de aprotinina. La concentración de proteína se determinó con el kit de ensayo de proteínas BCA (Pierce) utilizando las instrucciones del fabricante, y los extractos se almacenaron a -70 °C antes de su uso. Para el análisis de transferencia Western, las muestras (30 μg cada una) se separaron mediante electroforesis en gel de SDS-poliacrilamida al 10% y se transfirieron a membranas de difluoruro de polivinilideno. Las membranas se sondaron con anticuerpos contra fosfo-STAT3 y se utilizaron anticuerpos anti-conejo conjugados con peroxidasa de rábano picante como anticuerpos secundarios. Los productos de reacción de peroxidasa se visualizaron mediante sustrato quimioluminiscente LumiGLO® (New England Biolabs). A continuación, la misma membrana se desprendió y se volvió a sondear con anticuerpo anti-STAT3 para determinar la abundancia total de proteínas utilizando un procedimiento similar. Inmunohistoquímica-Secciones de parafina (6 μm) se desparafinaron, hidrataron y pretrataron mediante ebullición en 0.01 mol/litro de solución salina tamponada con fosfato (pH 6.0) durante 10 min. Después del tratamiento durante 30 min con suero de conejo normal al 5%, las muestras se trataron con anticuerpo policlonal STAT3 durante la noche a 4 °C, se enjuagaron con solución salina amortiguada con fosfato y se trataron durante 2 h con anticuerpos anti-conejo conjugados con peroxidasa de rábano picante (dilución 1:200) y la actividad de peroxidasa se visualizó mediante el uso de diamina bencidina, lo que dio como resultado un precipitado marrón. Extracción de ARN y análisis de PCR con transcriptasa inversa: se extrajo ARN total de células cultivadas y corazones de ratón usando reactivo TRIzol (Invitrogen). Las muestras se trataron con DNasa I y luego se sometieron a síntesis de primera cadena usando cebador oligo(dT) y transcriptasa inversa (Superscript II). El ARNm de IL-6, LIF, CNTF, CT-1 y β-actina de ratón se amplificó mediante PCR utilizando los siguientes cebadores (14Ito Y. Yamamoto M. Li M. Doyu M. Tanaka F. Mutch T. Mitsuma T. Sobue G. Brain Res. 1998; 793: 321-327Crossref PubMed Scopus (88) Google Scholar, 15Funamoto M. Hishinuma S. Fujio Y. Matsuda Y. Kunisada K. Oh H. Negoro S. Tone E. Kishimoto T. Yamauchi-Takihara K. J. Mol. Cell Cardiol. 2000; 32: 1275-1284Abstract Full Text PDF PubMed Scopus (45) Google Scholar): IL-6 de ratón, 5′-GGA GAC TTC acá GAG Gat ACC-3′ y 5′-CAA Gat GAA TTG GAT GGT CTT-3′ (tamaño del producto: 483 pb); LIF de ratón, 5′-ATG CCA CGG CAA CCT CAT CAT GAA-3′ y 5′-GAC TTG CTT GTA TGT CCC CAG-3′ (466 pb); CNTF de ratón, 5′-TGG CTA GCA AGG AAG ATT CGT T-3′ y 5′ -CC ATA ATG GCT CTC ATG TGC-3′ (519 pb); CT-1 de ratón, 5′-GAG ACA GTG CTG GCC GCG CTG-3′ y 5′-AGA GGA GAG CAG AAG AGA GAG A-3′ (345 pb); y β-actina de ratón, 5′ -GGG GG CGCCC CCC CACG AGG CAC-3 ′ y 5′-CTT CCTTA TTA TG CAC CAC CGA CGAT-3 ′ (5 ′). La mezcla de PCR se incubó en un ciclador térmico de ADN (Stratagene) utilizando varios ciclos. Las condiciones de reacción implicaron desnaturalización a 95 °C durante 1 min, hibridación a 60 °C durante 1 min y extensión a 72 °C durante 1 min, 20 s con una desnaturalización inicial a 95 °C durante 5 min y una etapa de extensión final a 72 °C durante 7 min, 30 s. Después de la amplificación, los productos se analizaron mediante electroforesis en un gel de agarosa al 2%. Cultivo celular: se prepararon miocitos ventriculares primarios como se describió anteriormente (16Gray M.O. Long C.S. Kalinyak J.E. Li H.T. Karliner J.S. Cardiovasc. Res. 1998; 40: 352-363Crossref PubMed Scopus (356) Google Scholar). Los ventrículos de ratones BALB/c de 1 día de edad se desmenuzaron y las células se aislaron mediante múltiples rondas de disociación tisular de 8 minutos de duración con tripsina al 0,01%. Después de cada incubación con tripsina, el sobrenadante se añadió a un volumen igual de medio de Eagle modificado por Dulbecco que contenía suero bovino fetal al 10% y todos los sobrenadantes se combinaron. Los cardiomiocitos se recogieron por adhesividad diferencial. Las suspensiones enriquecidas con cardiomiocitos se retiraron de las placas de cultivo y se colocaron en placas a una densidad de 150–200 células/mm2 después de la incubación durante la noche. Los cultivos se mantuvieron en medio de Eagle modificado por Dulbecco complementado con suero bovino fetal al 10% y bromodesoxiuridina 0,1 mm para prevenir la proliferación de fibroblastos. Los fibroblastos cardíacos obtenidos durante la etapa de preplaca del procedimiento de aislamiento de miocitos se mantuvieron en medio de cultivo completo, se dejaron proliferar y luego se tripsinizaron y pasaron una vez a una dilución 1:3. Se utilizaron fibroblastos cardíacos en los terceros pasajes. Mediante inmunotinción y mediante el examen de la morfología de las células, se ha indicado que las células cultivadas eran cardiomiocitos puros y fibroblastos cardíacos. Ensayo inmunoabsorbente ligado a enzimas: los niveles de IL-6 en suero, homogeneizados de miocardio o medio de cultivo celular se midieron mediante ELISA utilizando un kit disponible comercialmente (Diaclone) de acuerdo con el protocolo del fabricante. Según lo informado por el fabricante, este kit es un ELISA sándwich en fase sólida. Se recubrió un anticuerpo anti-IL-6 específico sobre los pocillos de las tiras de microtitulación. Los estándares de contenido de IL-6 conocido, las muestras de control y las muestras desconocidas se colocaron en los pocillos mediante pipeta seguido de la adición de anticuerpo secundario biotinilado. Después de una primera incubación y la eliminación del exceso de anticuerpo secundario, se añadió estreptavidina peroxidasa, que se unió al anticuerpo biotinilado para completar el sándwich de 4 miembros. Después de una segunda incubación y lavado para eliminar toda la enzima no unida, se añadió una solución de sustrato (tetra-metilbencidina) para producir color. La intensidad de este producto coloreado es directamente proporcional a la concentración de IL-6 presente en la muestra. La absorbancia se leyó con un lector de placas de microtitulación a 450 nm. Tratamiento con anticuerpos in vivo: se obtuvo anticuerpo policlonal anti-IL-6 murina de cabra de R&D Systems (<10 ng de endotoxina/mg de anticuerpo policlonal). Se utilizó IgG de cabra como anticuerpo de control de isotipo. A cuatro ratones macho BALB/c de 8 semanas de edad se les administraron 200 μg de anticuerpo neutralizante de IL-6 anti-murino por vía intraperitoneal 30 min antes del tratamiento con ISO (15 mg/kg de peso corporal, intraperitoneal). Los ratones de control recibieron inyección intraperitoneal de IgG de cabra (200 μg cada uno, n = 4). Al final del estudio, todos los ratones se sacrificaron y se recogieron las muestras de sangre y tejido para su posterior análisis. Análisis estadístico: los datos se expresan como la media ± SE. La significación estadística de las diferencias entre las medias de los grupos se determinó mediante ANOVA unidireccional o pruebas t de Student de dos colas no emparejadas. Un valor de p < 0.05 se consideró significativo. ISO activa la vía Jak/STAT en miocardio de ratón: el análisis de transferencia Western reveló que el tratamiento de ratones con ISO (15 mg/kg de peso corporal, intraperitoneal) durante 1 o 2 h aumentó notablemente la fosforilación de tirosina de STAT3 en el miocardio sin alterar la abundancia de proteínas de STAT3 (Fig. 1A). Por el contrario, el estado de fosforilación de STAT1, STAT5 y STAT6 no se vio afectado por la estimulación de β-AR (datos no mostrados). Usando tinción inmunohistoquímica, examinamos si el aumento en la fosforilación de tirosina STAT3 después del tratamiento con ISO se correlacionaba con sus cambios en la localización subcelular. El miocardio de ratón tratado con ISO durante 2 h se procesó para la tinción inmunohistoquímica con anticuerpo de conejo específico para STAT3 (panel superior). Como se muestra en la Fig. 1B, aunque el miocardio no tratado mostró poca tinción nuclear para STAT3, se observó una tinción nuclear clara en el miocardio de ratón tratado con ISO durante 2 h. Para explorar más a fondo si el aumento de la acumulación de STAT3 en el núcleo era STAT3 fosforilado con tirosina, también realizamos la tinción inmunohistoquímica con anticuerpo anti-pSTAT3 de conejo (panel inferior) y los resultados mostraron un patrón de tinción similar. Estos hallazgos indican que ISO causa fosforilación de tirosina retardada de STAT3 y media su translocación del citoplasma al núcleo. cAMP-mediate β-AR-induced STAT3 Activation—Fig. 2A muestra que la fosforilación de STAT3 se inhibió completamente mediante el pretratamiento con un antagonista no selectivo de β-AR, propranolol (30 mg/kg, intraperitoneal), pero solo se inhibió parcialmente por atenolol, un antagonista selectivo de β1-AR, lo que indica que la activación de STAT3 inducida por ISO probablemente estuvo mediada tanto por β1-AR como por β2-AR. Debido a que la estimulación con β-AR aumenta la formación de cAMP intracelular, la señalización de cAMP en células de mamífero es terminada por fosfodiesterasas (PDE), que podrían catalizar la hidrólisis de nucleótidos cíclicos a monofosfatos de 5'-nucleótidos de modo que la inhibición de la descomposición de cAMP por inhibidores de PDE produciría un aumento sostenido en el nivel intracelular de cAMP (6Dzimiri N. Pharmacol. Rev. 1999; 51: 465-501PubMed Google Scholar). Por lo tanto, a continuación evaluamos el posible papel de este importante segundo mensajero en la activación de STAT3 inducida por ISO mediante el uso de amrinona, un inhibidor de PDE3 ampliamente utilizado. Como se muestra en la Fig. 2B, la fosforilación inducida por ISO de STAT3 se mejoró notablemente mediante el pretratamiento con amrinona de una manera dependiente de la dosis. Estos resultados sugieren fuertemente que la activación de STAT3 inducida por ISO está mediada principalmente por la cascada de señalización de β-AR-cAMP. La estimulación de β-AR regula al alza la expresión génica de las citocinas de la familia IL-6 y la secreción de IL-6. En contraste con el presente estudio in vivo, nuestros estudios preliminares in vitro han demostrado que ISO no pudo aumentar el nivel de fosforilación de STAT3 en cardiomiocitos cultivados o fibroblastos cardíacos (datos no mostrados). Esta discrepancia sugiere que faltan algunos factores clave en los miocitos o fibroblastos cultivados. Debido a que la familia de citocinas IL-6 se ha implicado en la regulación de la activación de STAT3, examinamos el efecto potencial de ISO en la expresión génica de la familia de citocinas IL-6 en el miocardio de ratón. De hecho, la expresión de la familia de citocinas IL-6 que incluye ARNm de IL-6, LIF y CNTF aumentó después de la inyección ISO y alcanzó su punto máximo a los 60–120 min (Fig. 3), que se correlacionó temporalmente con la fosforilación retardada de STAT3 (Fig. 1A). Curiosamente, aunque se observó una expresión sustancial de ARNm de CT-1 en el miocardio de ratón, la expresión aumentó significativamente a los 15 minutos después de la inyección de ISO y había disminuido a su nivel basal en 60 minutos. Para investigar más a fondo las alteraciones en los niveles de proteína de IL-6, examinamos sus niveles en suero y homogeneizados de miocardio después de la estimulación ISO. El nivel sérico medio de IL-6 determinado antes de la inyección de ISO fue de 120.3 ± 33.7 pg/ml, que aumentó a 1 h (195.4 ± 28.4 pg/ml) y se elevó significativamente a las 2 h (448.0 ± 46.1 pg/ml, p < 0.01) (Fig. 4A). También observamos que en las muestras de homogeneizado de miocardio, el nivel medio de IL-6 fue de 632.1 ± 38.7 pg/mg en el grupo de control y luego alcanzó la meseta 1 h después de la inyección de ISO (824.2 ± 38.9 pg/mg, p < 0.05) (Fig. 4B). Estos datos sugieren fuertemente que la familia de citocinas IL-6 secretada autocrina/paracrina puede estar involucrada en la activación de STAT3 inducida por ISO. El fibroblasto cardíaco es la principal fuente de secreción de IL-6 en el miocardio: para aclarar la fuente del aumento de IL-6 en el miocardio de ratón, se prepararon cardiomiocitos y fibroblastos cardíacos a partir de ratones BALB/c de 1 día de edad. Las células se privaron de suero durante 24 h antes de ISO (10-6 mol/litro), y los sobrenadantes se recogieron en diferentes puntos de tiempo para la medición de IL-6 mediante ELISA. En fibroblastos cardíacos no estimulados, se detectaron bajos niveles de IL-6 en medio de cultivo (67.4 ± 1.3 pg/ml). El nivel de IL-6 aumentó significativamente a las 2 h después de la estimulación ISO (502.1 ± 146.7 pg/ml, p < 0.05) y luego alcanzó su punto máximo a las 12 h (773.7 ± 161.9 pg/ml, p < 0.01). Curiosamente, a pesar de los niveles similares de IL-6 entre los cardiomiocitos no estimulados y los fibroblastos cardíacos, la respuesta de IL-6 medida en los sobrenadantes de los cardiomiocitos cultivados a la estimulación ISO no fue significativa (Fig. 5A). Nuestros datos indican que los fibroblastos cardíacos, pero no los cardiomiocitos, son probablemente una fuente predominante de IL-6 en respuesta a la estimulación ISO en el miocardio de ratones. Efecto de IL-6 sobre la fosforilación de tirosina de STAT3 en cardiomiocitos: para demostrar que IL-6 podría activar STAT3 en cardiomiocitos cultivados, analizamos la fosforilación de tirosina de STAT3 mediante análisis de transferencia Western. Después de 24 h de agotamiento del suero, los cardiomiocitos primarios cultivados se estimularon con IL-6 murina recombinante (10 ng/ml) durante 30 min. Como se ilustra en la Fig. 5B, se observó la fosforilación de tirosina de STAT3 a los 5 min después de la estimulación ISO y luego alcanzó su punto máximo a los 30 min, y aún se mantuvo a los 60 min. Estos hallazgos sugieren que en cardiomiocitos cultivados, IL-6 podría activar STAT3 de una manera dependiente del tiempo. Efecto del anticuerpo neutralizante anti-IL-6 sobre la fosforilación de tirosina de STAT3 en vivo: los ratones se trataron con anticuerpo neutralizante anti-IL-6 murino o IgG de cabra (200 μg, intraperitoneal) durante 30 min y luego recibieron inyección intraperitoneal de ISO (15 mg/kg de peso corporal). Se tomaron muestras de sangre y miocardio a las 2 h después de la inyección de ISO. En los ratones tratados con ISO, los niveles séricos de IL-6 se elevaron 4 veces por encima del grupo simulado (p < 0.01). El tratamiento con un anticuerpo policlonal anti-IL-6 murina inhibió completamente los niveles elevados de IL-6 (94,4 ± 14,9% frente al control, n = 4, p > 0,05). (Fig. 6A) Con base en el potencial del tratamiento con anticuerpos anti-IL-6 para neutralizar la IL-6 endógena en nuestro modelo, estudios adicionales examinaron los efectos del bloqueo de IL-6 sobre la activación de STAT3 del miocardio inducida por ISO in vivo. Como se muestra en la Fig. 6B, el tratamiento con anticuerpo neutralizante de IL-6 antimurino inhibió significativamente la fosforilación de STAT3 inducida por ISO, lo que fue consistente con la inhibición completa del nivel de IL-6. Estos datos indican claramente que IL-6 desempeña un papel fundamental en la activación de STAT3 inducida por ISO en el miocardio de ratón. La manifestación de la remodelación cardíaca casi siempre se asocia con hipertensión y enfermedad de sobrecarga de presión/volumen ventricular izquierdo. Además de las enfermedades del músculo cardíaco, la sobrecarga de presión crónica y la remodelación cardíaca asociada se consideran no solo causas muy comunes, sino también predictores del desarrollo de insuficiencia cardíaca crónica. Estudios previos se han centrado en los roles funcionales de la estimulación con β-AR en la hipertrofia ventricular izquierda (6Dzimiri N. Pharmacol. Rev. 1999; 51: 465-501PubMed Google Scholar). Más recientemente, la vía Jak/STAT, que se activa por una multitud de citoquinas y receptores de tirosina quinasa (9Darnell J.E. Kerr I.M. Stark G.R. Science. 1994; 264: 1415-1421 Crossref PubMed Scopus (5028) Google Scholar, 10Ihle J.N. Cell. 1996; 84: 331-334Abstract Full Text Full Text PDF PubMed Scopus (1266) Google Scholar), también ha sido implicado en la hipertrofia cardíaca. Sin embargo, no hay información disponible que vincule estas dos vías de hipertrofia cardíaca. El principal hallazgo de este estudio es que la estimulación con β-AR conduce a la fosforilación retardada de STAT3 a través de un mecanismo dependiente de IL-6 además de la vía cAMP/proteína quinasa A bien establecida. Además, el presente estudio proporciona evidencia directa de que los fibroblastos cardíacos, pero no los cardiomiocitos, son probablemente la fuente predominante de IL-6 en respuesta a la estimulación ISO en el miocardio de ratones. La coexistencia de β1-AR y β2-AR se ha demostrado con el ensayo de unión de radioligandos en los corazones de rata, ratón, gato, cobaya, perro y conejo (17Brodde O.E. Pharmacol. Rev. 1991; 43: 203-243PubMed Google Scholar). La estimulación de estos β-AR activa las proteínas clásicas de unión a nucleótidos de guanina (proteínas G), adenilato ciclasas y la cascada de cAMP-proteína quinasa A, que regula múltiples efectos. En este estudio, hemos demostrado que la inyección de ISO podría inducir la fosforilación de tirosina de STAT3 en el miocardio, mediando simultáneamente su translocación del citoplasma al núcleo. Además, nuestros hallazgos indican que la activación de STAT3 inducida por ISO está mediada tanto por β1-AR como por β2-AR a través del aumento de cAMP intracelular. Curiosamente, hemos encontrado que ISO aumenta fuertemente la fosforilación de STAT3 de miocardio de ratón in vivo, pero no tiene tal efecto en cardiomiocitos cultivados o fibroblastos cardíacos. Esta discrepancia nos recuerda que algunos factores clave podrían faltar en las células cultivadas. Estudios recientes han demostrado que la familia de citocinas IL-6 secretadas autocrina/paracrina desempeña un papel fundamental en la activación de STAT en respuesta al estiramiento mecánico y la angiotensina II (18Taga T. Kishimoto T. Annu. Rev. Immunol. 1997; 15: 797-819Crossref PubMed Scopus (1298) Google Scholar, 19Pan J. Fukuda K. Sato T. Matsuzaki J. Kodama H. Sano M. Takahashi T. Kato T. Ogawa S. Circ. Res. 1999; 84: 1127-1136 Crossref PubMed Scopus (250) Google Scholar). Además, los niveles de angiotensina II, actividad de renina plasmática y norepinefrina se correlacionan proporcionalmente con el nivel de IL-6, lo que sugiere un vínculo entre las neurohormonas y la activación de citocinas (20Orus J. Roig E. Perez-Villa F. Pare C. Azqueta M. Filella X. Heras M. Sanz G. J. Heart Lung Transplant. 2000; 19: 419-425Abstract Full Text Full Text PDF PubMed Scopus (113) Google Scholar). En este estudio, hemos observado que la expresión génica de la familia de citocinas IL-6, incluidas IL-6, LIF y CNTF, aumenta en respuesta a la estimulación de β-AR por ISO y el curso temporal es comparable con la activación de STAT3. El ELISA se utilizó para determinar si los aumentos en el nivel de expresión del ARNm de IL-6 se asociaban con aumentos en la secreción extracelular de IL-6. Nuestros resultados indican que ISO aumentó significativamente los niveles de IL-6 en suero y homogeneizados de miocardio en un patrón similar al de la expresión de ARNm de IL-6 en miocardio de ratón. Por lo tanto, hemos demostrado por primera vez que la familia de citocinas IL-6 secretadas autocrina/paracrina puede estar críticamente involucrada en la activación de STAT3 inducida por β-AR. Cabe señalar que el aumento del nivel de IL-6 en el miocardio del ratón es ligeramente más prematuro que en el suero. Se cree que el miocardio es una fuente importante de IL-6 en pacientes con infarto agudo de miocardio e insuficiencia cardíaca (21Kucharz e.j. Wilk T. Eur. J. Intern. Med. 2000; 11: 253-256Abstract Full Text Full Text PDF PubMed Scopus (12) Google Scholar). Está bien aceptado que el corazón está compuesto por múltiples tipos de células, incluidos cardiomiocitos y no miocitos (en su mayoría fibroblastos cardíacos). La evidencia acumulada ha establecido que los fibroblastos cardíacos similares a los cardiomiocitos sintetizan y secretan una hormona peptídica local y citocinas que pueden modular la estructura y función del miocardio (16Gray M.O. Long C.S. Kalinyak J.E. Li H.T. Karliner J.S. Cardiovasc. Res. 1998; 40: 352-363Crossref PubMed Scopus (356) Google Scholar, 22Wan S. DeSmet J.M. Barvais L. Goldstein M. Vincent J.L. LeClerc J.L. J. Thorac. Cardiovasc. Surg. 1996; 112: 806-811Abstract Full Text Full Text PDF PubMed Scopus (232) Google Scholar). En este estudio, nuestros hallazgos indican que los fibroblastos cardíacos, pero no los cardiomiocitos, son la fuente predominante de IL-6 en respuesta a la estimulación ISO en el miocardio de ratones. Estos resultados son consistentes con los de un estudio anterior (24Burger A. Benicke M. Deten A. Zimmer H.G. Am. J. Physiol. 2001; 281: H14-H21Crossref PubMed Google Scholar), que informó que una catecolamina, norepinefrina, aumentó significativamente la expresión de ARNm de IL-6 en fibroblastos cardíacos de rata. La investigación clínica ha demostrado que los niveles plasmáticos de citocinas proinflamatorias, incluidos el factor de necrosis tumoral-α y la IL-6, estaban elevados en pacientes con insuficiencia cardíaca congestiva (25Kubota T. Miyagishima M. Alvarez R.J. Kormos R. Rosenblum W.D. Demetris A.J. Semigran M.J. Dec G.M. Holubkov R. McTiernan C.F. Mann D.L. Feldman A.M. McNamara D.M. J. Heart Lung Transplant. 2000; 19: 819-824Abstract Full Text Full Text PDF PubMed Scopus (121) Google Scholar). También se ha informado que el aumento de AMPc puede estabilizar el ARNm para varios mediadores inflamatorios durante la estimulación crónica con β-AR (26Baumgarten G. Knuefermann P. Mann D.L. Trends Cardiovasc. Med. 2001; 10: 216-223Crossref Scopus (53) Google Scholar, 27Gustafsson A.B. Brunton L.L. Mol. Pharmacol. 2000; 58: 1470-1478Crossref PubMed Scopus (60) Google Scholar, 28 Murray D.R. Prabhu S.D. Chandrasekar B. Circulation. 2000; 101: 2338-2341 Crossref PubMed Scopus (207) Google Scholar). Además, se ha demostrado que el bloqueo β-adrenérgico atenúa la expresión génica de citocinas proinflamatorias en modelos de infarto experimentales (29Prabhu S.D. Chandrasekar B. Murray D.R. Freeman G.L. Circulation. 2000; 101: 2103-2109 Crossref PubMed Scopus (248) Google Scholar). En pacientes con insuficiencia cardíaca congestiva, el aumento de IL-6 en suero se ha identificado como un poderoso predictor independiente del punto final combinado: muerte, nuevos episodios de insuficiencia cardíaca y la necesidad de trasplante de corazón (30Sano M. Fukuda K. Sato T. Kawaguchi H. Suematsu M. Matsuda S. Koyasu S. Plenz G. Song Z.F. Tjan T.D.T. Koenig C. Baba H.A. Erren M. Flesch M. Wichter T. Scheld H.H. Deng M.C. Eur. J. Heart Fail. 2001; 3: 415-421Crossref PubMed Scopus (71) Google Scholar, 31Tanaka T. Kanda T. McManus B.M. Kanai H. Akiyama H. Sekiguchi K. Yokoyama T. Kurabayashi M. J. Mol. Cell. Cardiol. 2001; 33: 1627-1635Abstract Full Text PDF PubMed Scopus (72) Google Scholar). Aunque quizás sea prematuro especular si la modulación de los niveles de citocinas se traducirá en mejoras clínicas en la morbilidad y mortalidad de los pacientes con insuficiencia cardíaca, un creciente cuerpo de evidencia sugiere que la modulación de los niveles de citocinas puede representar un nuevo paradigma terapéutico para el tratamiento de pacientes con insuficiencia cardíaca (26Baumgarten G. Knuefermann P. Mann D.L. Trends Cardiovasc. Med. 2001; 10: 216-223Crossref Scopus (53) Google Scholar). De hecho, la inmunización pasiva de animales de experimentación con anticuerpos neutralizantes contra diversas citocinas o con anticuerpos bloqueantes contra receptores de citocinas ha demostrado ser un enfoque poderoso para evaluar la contribución de citocinas específicas a la defensa del huésped (32Havell E.A. Sehgal P.B. J. Immunol. 1991; 146: 756-761PubMed Google Scholar, 33Gershenwald J.E. Fong Y.M. Fahey T.J. Calvano S.E. Chizzonite R. Kilian P.L. Lowry S.F. Moldawer L.L. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 1990; 87: 4966-4970Crossref PubMed Scopus (200) Google Scholar). Los estudios actuales se realizaron con anticuerpos policlonales anti-IL-6, ya que otros investigadores han sugerido que los anticuerpos monoclonales anti-IL-6 aumentan paradójicamente los niveles séricos de IL-6, lo que puede ser el resultado de que los anticuerpos monoclonales actúan como una "chaperona" que protege a la IL-6 del aclaramiento renal (23 de mayo L.T. Neta R. Moldawer L.L. Kenney J.S. Patel K. Sehgal P.B. J. Immunol. 1993; 151: 3225-3236PubMed Google Scholar, 34Van Andel R.A. Franklin C.L. Besch-Williford C.L. Hook R.R. Riley L.K. J. Med. Microbiol. 2000; 49: 171-176Crossref PubMed Scopus (11) Google Scholar). De acuerdo con los de informes anteriores (34Van Andel R.A. Franklin C.L. Besch-Williford C.L. Hook R.R. Riley L.K. J. Med. Microbiol. 2000; 49: 171-176Crossref PubMed Scopus (11) Google Scholar), nuestros resultados aquí indican que el anticuerpo policlonal es capaz de agotar la IL-6 en suero. Lo más importante es que la inhibición del nivel de IL-6 por el anticuerpo neutralizante anti-IL-6 atenuó significativamente la fosforilación inducida por ISO de STAT3 en el miocardio de ratón. Por lo tanto, estas evidencias directas confirman el papel crítico de IL-6 en la activación de STAT3 después de la inyección de ISO. Además, con base en el presente hallazgo, (I) la expresión de otras familias de IL-6 de citocinas que incluyen LIF, CNTF y ARNm de CT-1 también aumentó después del tratamiento con ISO y (II) el anticuerpo neutralizante anti-IL-6 a una dosis alta (200 μg cada uno) no pudo inhibir completamente la activación de STAT3. A pesar de su gran capacidad para agotar la IL-6 endógena, supusimos que otras citocinas relacionadas con la IL-6 (LIF, CNTF y CT-1) también podrían estar parcialmente involucradas en esta activación, aunque su contribución debería ser más débil que la de la IL-6. En resumen, la estimulación con β-AR induce la activación de la vía Jak/STAT en el corazón de ratón y la familia de citocinas IL-6 secretadas autocrina/paracrina desempeña un papel fundamental en la activación retardada de STAT3 inducida por ISO. Además, los presentes hallazgos sugieren que los fibroblastos cardíacos, pero no los cardiomiocitos, son probablemente la fuente predominante de IL-6 en respuesta a la estimulación ISO en el miocardio de ratón. Agradecemos al Dr. Rui-Ping Xiao por la lectura crítica del documento.Files
pdf.pdf
Files
(16.1 kB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:7abcdc6c365f49a8d2313de0de9ba6a1
|
16.1 kB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- إنترلوكين - 6 عائلة السيتوكينات تتوسط تنشيط STAT3 المتأخر الناجم عن الإيزوبروتيرينول في قلب الفأر
- Translated title (French)
- La famille des cytokines de l'interleukine-6 agit comme médiateur de l'activation retardée de STAT3 induite par l'isoprotérénol dans le cœur de souris
- Translated title (Spanish)
- La familia de citoquinas interleucina-6 media la activación retardada de STAT3 inducida por isoproterenol en el corazón de ratón
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W1977913578
- DOI
- 10.1074/jbc.m211028200
References
- https://openalex.org/W1968202984
- https://openalex.org/W1970102552
- https://openalex.org/W1971484787
- https://openalex.org/W1973160392
- https://openalex.org/W1981554819
- https://openalex.org/W1984701352
- https://openalex.org/W1987730573
- https://openalex.org/W1994053845
- https://openalex.org/W1999478625
- https://openalex.org/W2012356167
- https://openalex.org/W2020428280
- https://openalex.org/W2022123949
- https://openalex.org/W2023002615
- https://openalex.org/W2029275361
- https://openalex.org/W2029692558
- https://openalex.org/W2043539670
- https://openalex.org/W2044261018
- https://openalex.org/W2048228166
- https://openalex.org/W2065051631
- https://openalex.org/W2086041680
- https://openalex.org/W2086715846
- https://openalex.org/W2116815871
- https://openalex.org/W2118820973
- https://openalex.org/W2119120508
- https://openalex.org/W2130678592
- https://openalex.org/W2131887600
- https://openalex.org/W2134718106
- https://openalex.org/W2139813235
- https://openalex.org/W2275208267