内质网应激在大鼠低氧高二氧化碳性肺动脉高压中的作用

目的：观察低氧高二氧化碳性肺动脉高压大鼠的肺血管重塑并探讨内质网应激（ERS）在肺动脉高压中的作用。方法：将40只SD大鼠随机分为四组：常氧对照组（N）、低氧高二氧化碳组（HH）、ERS通路抑制剂4-苯基丁酸（4-phenylbutyric acid）组（4-PBA）、ERS通路激动剂衣霉素（tunicamycin）组（TM）,n=10。测量各组大鼠的肺动脉平均压（mPAP）、颈动脉平均压以及右心室肥大指数,免疫荧光α-SMA标记法鉴定各组肺中小动脉平滑肌细胞,电镜观察肺组织及肺中小动脉形态学变化,原位末端标记法（TUNEL）检测各组肺动脉平滑肌细胞的凋亡指数,采用RT-PCR和Western blot分别检测各组大鼠葡萄糖调节蛋白78（GRP78）、C/EBP同源蛋白（CHOP）、c-Jun氨基末端激酶（JNK）、天冬氨酸特异性半胱氨酸蛋白酶-12（caspase-12）mRNA及蛋白质表达。结果：①与N组相比,HH组、4-PBA组、TM组mPAP、右心室游离壁重量/左心室加心室间隔重量[RV/（LV+S）]、肺动脉管壁面积/管总面积（WA/TA）比值增加（P<0.0 1）,肺动脉管腔面积/管总面积（LA/TA）比值减小（P<0.01）,细胞凋亡指数降低（P <0.05或P<0.01）。ERS相关蛋白质及mRNA的表达量升高,各差异均有统计学意义。②与HH组相比,4-PB A组mPAP和[RV/（LV+S）]、WA/TA值减小（P<0.01）,LA/TA值和细胞凋亡指数上升（P<0.05或P<0.01）,ERS相关蛋白质和mRNA的表达量均下调（P<0.05或P<0.01）;③与HH组相比,TM组mPAP、[RV/（LV+S）]、WA/TA值升高（P<0.05或P<0.01）;肺动脉中膜层增厚,LA/TA值和细胞凋亡指数降低（P<0.01）。ERS相关蛋白质及mRNA的表达量均升高,除GRP78蛋白质表达量无明显变化外,其余各差异均有统计学意义。结论：低氧高二氧化碳诱导的肺动脉高压大鼠肺血管重塑可能与肺动脉平滑肌细胞增殖过度及凋亡过少有关;ERS相关因子（JNK、caspase-12和CHOP）参与低氧高二氧化碳性肺动脉高压的调控。     

NO和HIF-1α在大鼠低氧性肺动脉高压中的作用及相互关系

目的：探讨低氧诱导因子1α（HIF-1α）在慢性低氧高二氧化碳性大鼠肺动脉高压中的变化及其与一氧化氮（NO）的关系。方法：SD大鼠40只随机分为正常对照组（NC）、低氧高二氧化碳组（HH）、低氧高二氧化碳加L-精氨酸（L-Arg）脂质体组（HP）、低氧高二氧化碳加L-硝基-精氨酸甲酯（L-NAME）组（HM）。测定平均肺动脉压（mPAP）、右室／（左室＋室间隔）重量比[RV／（LV＋S）]、血浆和肺组织匀浆一氧化氮（NO）含量。免疫组织化学和原位杂交法检测肺细小动脉HIF-1α及HIF-1αmRNA、内皮结构型一氧化氮合酶（ecNCS）蛋白及其mRNA的表达。结果：①HH组mPAP、RV／（LV＋S）高于NC组（P〈0．05）,HP组低于HH组（P〈0．01）;HM组mPAP高于HH组（P〈0．05）,RV／（LV＋S）与HH组差异无显著性。②HH组血浆及肺组织匀浆NO含量低于NC组（P〈0．01）,HP组高于HH组（P〈0．01）;HM组血浆、肺组织匀浆NO含量与HH组差异无显著性。③HH组肺细小动脉HIF-1α蛋白及HIF-1αmRNA表达高于NC组（P〈0．01）,ecNOSmRNA的表达低于NC组（P〈0．01）;HP组肺细小动脉HIF-1α蛋白及HIF-1αmRNA表达低于HH（P〈0．01）,ecNOS蛋白和ecNOSmRNA的表达高于HH组（P〈0．01）;HM组肺细小动脉HIR-1α蛋白及mRNA表达高于HH组（P〈0．05）,ecNOS蛋白和mRNA的表达低于HH组（P〈0．05）。结论：HIF-1α参与了慢性低氧高二氧化碳性大鼠肺动脉高压的形成,NO可能部分通过影响HIF-1α的表达和／或活性而实现其肺血管保护效应。     

慢性低O2高CO2肺动脉高压大鼠肺动脉尾加压素Ⅱ受体的动态变化

目的:探讨尾加压素Ⅱ受体(urotensinⅡreceptor,UT)在慢性低氧高二氧化碳肺动脉高压大鼠肺动脉中的动态变化及其意义.方法:对不同低氧(高二氧化碳)时间(1周、2周、4周)大鼠,放射性配基结合法检测肺动脉质膜UT结合位点,组织原位杂交测定各级肺小动脉UT及尾加压素Ⅱ(UⅡ)mRNA的表达.结果:①肺动脉平均压(mPAP)、右心室(RV)和左心室加室间隔(LV S)的重量比:1周组(1HH)较对照组(NC)分别增高26.2%和21.6%、2周组(2HH)较1HH增高22.5%和14.1%、4HH组与2HH组间无显著差别(P＞0.05).②肺主动脉质膜UT最大结合位点(Bmax),1HH组比NC组高38.8%(P＜0.01),2HH组比1HH组高23.2%(P＜0.01),4HH组比2HH组高7.3%(P＜0.05),随低氧时间延长有渐升的趋势;UⅡ受体亲和力(Kd值)各组间无差别.③三级肺小动脉UⅡmRNA相对含量的变化:2HH、4HH组明显高于NC组(P均＜0.01);2HH组较1HH组分别高5.9%(P＞0.05)、16.4%和9.1%(P均＜0.01);4HH组与2HH组间无明显差异.④三级肺小动脉UT mRNA相对含量的变化:各低氧高二氧化碳组均高于NC组(P均＜0.01),以1HH组后2级肺小动脉的表达最强,而4HH组与2HH组间无显著差别(P＞0.05).⑤肺小动脉显微结构的变化:4HH组各级血管均有显著重构,1HH组无明显变化,2HH组介于两者之间.结论:UT在慢性低氧高二氧化碳肺动脉高压大鼠肺动脉内的动态变化与肺动脉高压、肺血管改建的病理进程密切相关.     

Smad2/3上调促进大鼠梗阻性肾病的纤维化和凋亡

目的观察TGF-β1/Smads信号传导途径对大鼠肾间质纤维化表达的影响.方法 40只Wistar大鼠分为假手术组及模型组.单侧输尿管结扎术式(UUO)建立肾梗阻模型.分别于术后3、6、14和28d处死动物.应用免疫组织化学和流式细胞学技术来检测TGF-β1、Smad2/3、p-Smad2/3和观察细胞外基质以及细胞凋亡的改变.MASSON染色观察肾间质病变程度.结果与假手术组相比,模型组于术后3d梗阻肾TGF-β1、Smad2/3、p-Smad2/3开始升高,细胞凋亡百分率同时升高,I型胶原及α-平滑肌肌动蛋白(α-SMA)水平亦升高.第6d各项指标水平显著升高.第14、28d升高更加明显(P＜0.01).B3、B6、B14和B28组之间也随天数增加而显著升高(P＜0.01).肾间质病变面积增加显著(P＜0.01).结论在肾间质纤维化中TGF-β1、Smad2/3、p-Smad2/3及细胞凋亡明显上升,同时I型胶原及α-SMA表达升高及肾间质纤维化程度增加.TGF-β1/Smads信号传导途径在肾间质纤维化形成中可能起着重要促细胞外基质沉积和细胞凋亡的作用.     

外源性apelin对大鼠慢性低氧性肺动脉高压的防治作用

目的:探讨外源性给予小分子活性肽apelin对大鼠慢性低氧性肺动脉高压和肺血管重构的作用及其机制。方法:采用常压低氧法建立SD大鼠低氧性肺动脉高压模型。实验分4组(n=10)对照组(NC)、低氧组(HH)、低氧+apelin低剂量组(5nmol/(kg.d)(LA)和低氧+apelin高剂量组(10nmol/(kg.d)(HA),HA组和LA组通过皮下埋植微量渗透泵持续给药。低氧4周后,测定平均肺动脉压(mPAP)、右心室与左心室加室间隔的重量比[RV/(LV+S)]、肺细小动脉管壁面积/管总面积(WA/TA)、管腔面积/管总面积(CA/TA)、中膜厚度(PAMT)以及肺组织超氧化物歧化酶(SOD)活性与丙二醛(MDA)含量。结果:①mPAP和RV/(LV+S):HH组较NC组高,HA组较HH组低;LA组mPAP较HH低,而RV/(LV+S)两组间无显著性差异。②WA/TA和PAMT:HH组较NC组高,HA组、LA组均较HH低。③CA/TA:HH组较NC组低,HA组、LA组均较HH高。④肺组织SOD含量:HH组较NC低,HA组、LA组均较HH高。⑤MDA含量:HH组较NC高,HA组、LA组均较HH低。结论:Apelin对低氧性肺动脉高压和肺血管重构的形成具有防治作用,这种作用可能与直接舒张肺血管作用及改善氧化应激有关。     

逆转肾小管上皮细胞转分化的Smad信号转导机制

肾小管上皮细胞转分化(tubular epithelial to menchymal transdifferentiation,EMT)是肾小管间质纤维化的重要病理机制之一。致纤维化细胞因子TGF-β通过几种信号转导途径调节EMT,其中TGF-β/Smads信号通路发挥核心作用。目前研究表明,Smad7、HGF、BMP-7等可通过调控Smads信号通路而逆转EMT,这为肾间质纤维化的防治提供了新的思路。该文主要介绍TGF-β/Smads信号通路在EMT发生的作用,以及Smad7、SnoN、HGF、BMP-7等分子是如何通过抑制Smads信号通路而发挥逆转EMT作用的。     

尾加压素Ⅱ及其受体在肺动脉高压大鼠右心室的表达

目的：观察尾加压素Ⅱ（UⅡ）及其受体UT在慢性低Q高C02肺动脉高压大鼠右心室的表达。方法：健康SD大鼠20只随机分成正常对照组和低氧高二氧化碳4周（HH）组,分别测定平均肺动脉压力（InPAP）,右心室游离壁（Rv）和左心室加室间隔（LV＋S）的重量比;放免法测定大鼠血浆UⅡ含量;免疫组化方法检测心肌细胞、心肌小动脉UⅡ蛋白的表达;组织原位杂交方法检测心肌细胞、心肌小动脉UⅡmRNA和UⅡ受体（UT）mRNA的表达。结果：①HH组InPAP和RV／LV＋S比正常对照组分别高52．0％与25．4％（P均〈0．01）。②HH组血浆UⅡ水平较正常对照组无明显增高。③免疫组化显示HH组心肌细胞UⅡ蛋白表达阳性率和心肌小动脉UⅡ蛋白表达的平均吸光度值均明显高于正常对照组（P〈0．01）。④组织原位杂交可见HH组的心肌细胞UⅡmRNA表达阳性率和心肌小动脉UⅡmRNA表达的平均吸光度值均明显高于正常对照组（P均〈0．01）。⑤组织原位杂交可见HH组的心肌细胞UTmRNA表达阳性率和心肌小动脉UTmRNA表达的平均吸光度值均较正常对照组明显增高（P均〈0．01）。结论：慢性低氧高二氧化碳性大鼠肺动脉高压及右室肥大形成过程中,心肌小动脉和心肌细胞的UⅡ及其受体UT的表达均呈现明显上调,提示UⅡ可能有促进心肌细胞增殖,导致右心室重构的作用。推测UⅡ在慢性低氧高二氧化碳性肺动脉高压及右室肥大的形成机制中具有重要的病理生理意义。     

白头翁汤治疗炎症性肠病的分子机制研究

目的：探讨白头翁汤治疗炎症性肠病的分子机制。方法：40只Wistar雄性大鼠随机分为5组（n=8）：正常对照组、模型组、模型＋阳性对照组（美沙拉嗪）、模型＋中药治疗组,中药治疗组又分为中、高剂量组。阳性对照组、中药治疗组分别灌胃给药。疗程结束后取大鼠结肠组织利用免疫组织化学、Western blot等方法检测Smad7及p-Smad3在各组中的表达变化。结果：模型与组相比较,阳性药物及中药组尤其是高剂量组可有效抑制Smad7的表达,同时增强p-Smad3的表达。结论：白头翁汤可能通过激活TGF-β1/Smad3信号通路从而发挥了对炎症性肠病中的抗炎作用。     

苹果多酚通过下调钙敏感受体改善大鼠低氧性肺动脉高压的作用

目的：探究苹果多酚通过下调钙敏感受体（CaSR）表达改善大鼠低氧性肺动脉高压的作用。方法：36只雄性SD大鼠随机分为对照组、低氧诱导组和苹果多酚干预组（n=12）。低氧诱导组和苹果多酚干预组大鼠每天在低氧舱（氧浓度为10%）中间断低氧暴露8 h,对照组在正常环境下饲养,为期四周。建模同时,苹果多酚干预组每日用苹果多酚按200 mg/kg的剂量灌胃,对照组、低氧诱导组用等量生理盐水灌胃,每日1次,共持续四周。建模完成后,检测各组大鼠的肺动脉平均压（mPAP）、肺血管阻力（PVR）、右心室肥厚指数（RVHI）、肺动脉中膜厚度（MT）、WA%、WT%及肺动脉组织中CaSR表达量。结果：低氧暴露组大鼠mPAP、PVR、RVHI、MT、WA%、WT%及肺动脉组织中CaSR表达量均较对照组明显升高（P<0.01）;苹果多酚干预组可改善上述效应。结论：苹果多酚能有效预防大鼠低氧性肺动脉高压,其机制与下调CaSR的表达有关。     

TGF-beta1 通过PI3K及ERK信号通路调节肺动脉高压过程中IGFBPs蛋白表达

目的：探讨大鼠肺动脉高压(PAH)过程中TGF-beta1对胰岛素样生长因子结合蛋白（IGFBP）表达调节是否依赖于PI3K及ERK 信号通路。方法：取健康成年SD 大鼠26 只,随机分成2 组：PAH组,腹腔注射1%的野百合碱,剂量为60 mg/kg;对照(C)组腹腔 注射生理盐水。于4 周后超声检测肺动脉平均压力,取肺组织做HE 染色,应用NIS-Element 系统测量中膜厚度。原代培养肺动脉 平滑肌（PASMC）细胞,分别加入TGF-beta1 及TGF-beta1 中和抗体后,Western-blot 检测IGFBP3,IGFBP5,Smad2/Smad3 表达。加入 ERK特异性抑制剂PD98059 或PI3K 抑制剂LY294002,检测IGFBP3,IGFBP5 表达。结果：野百合碱处理4 周后,肺动脉高压组 的平均肺动脉压力及右室/(左室+室间隔)比值显著高于对照组。TGF-茁1 可显著升高IGFBP3,IGFBP5 及p-Smad3 的表达（P<0. 05）,而抑制TGF-beta1 则可显著降低三种蛋白的表达（P<0.05）。加入LY294002 抑制PI3K ERK 后,IGFBP3 和p-Smad2 两种蛋白的 表达量显著下调（P<0.05）。加入PD98059 抑制ERK 后可显著降低IGFBP3 及IGFBP5 的表达水平（P<0.05）。结论：PAH 中 TGF-茁1 升高可通过活化Smad2/Smad3 上调IGFBP3和IGFBP5 的表达。TGF-beta1 促进IGFBP3,IGFBP5表达的作用依赖于PI3K 及ERK 信号通路。     

降钙素基因相关肽对肺纤维化大鼠肺组织eIF3a、p27表达的影响

目的：观察降钙素基因相关肽（CGRP）对肺纤维化大鼠肺组织真核翻译起始因子3a （eIF3a）、p27表达的影响,探讨CGRP在肺纤维化中的作用及机制。方法：雄性SD大鼠,体重180~220 g,随机分为3组（n=8）：对照组、博莱霉素组、博莱霉素+辣椒素组。采用气管内注射博莱霉素（5 mg/kg）诱导肺纤维化大鼠模型。造模前4 d大鼠皮下注射辣椒素（Capsaicin）（50 mg/kg·d）,造模后第28天处死动物,颈动脉采血ELISA法测定血浆CGRP含量。细胞实验分6组（n=9）：Control组,转化生长因子-β1（TGF-β1）组,CGRP （1、10、100 nmol/L）组,CGRP8-37 1 μmol/L和CGRP 100 nmol/L组。细胞用CGRP和（或） CGRP8-37预处理1 h,再用TGF-β1（5 ng/ml）处理48 h。5-溴脱氧尿嘧啶核苷（BrdU）法检测细胞增殖。免疫组化、real-time PCR和（或） Western blot检测eIF3a、p27、α-平滑肌肌动蛋白（α-SMA）、collagen Ⅰ mRNA及蛋白表达。结果：博莱霉素诱发肺纤维化动物肺组织eIF3a、α-SMA及Ⅰ胶原表达增高,CGRP及p27的表达明显降低。外源性CGRP可剂量依赖性的抑制TGF-β1诱导的肺成纤维细胞增殖,明显抑制eIF3a、α-SMA、Ⅰ胶原的表达,上调p27的表达,这些作用可以被CGRP阻断剂CGRP8-37所取消。结论：CGRP在博莱霉素诱导的肺纤维化中起着重要作用,可能通过抑制eIF3a、上调p27的表达而抑制肺成纤维细胞的增殖,进而抑制肺纤维化的形成与发展。     

胎盘间充质干细胞治疗小鼠烫伤愈合的相关研究

目的:观察胎盘间充质干细胞对TGF-β1/Smad信号通路的调控作用,探讨胎盘间充质干细胞对烫伤愈合及瘢痕形成的影响。方法:构建小鼠烫伤模型,注射人胎盘间充质干细胞(hPMSCs),荧光显微镜观察小鼠创伤皮肤组织中hPMSCs细胞的存活情况;HE和Masson染色观察小鼠创伤皮肤的变化;Western blot检测观察创伤皮肤TGF-β1、p-Smad3、Smad7、α-SMA、collagen I、Collagen III蛋白表达变化。结果:注射hPMSCs细胞后,小鼠创伤面积逐渐减小,创伤愈合率逐渐增加;hPMSCs细胞分布在小鼠创伤皮肤组织中,存活状况较好。进一步研究发现烫伤模型组皮肤表层细胞受损脱落,真皮层组织疏松,毛囊、皮脂腺等附属器坏死,可见明显的毛细血管扩张,并伴有炎性细胞渗出,同时可见大量的成纤维细胞增生和胶原纤维形成;注射hPMSCs细胞治疗后,病理改变、纤维增生和胶原形成明显减轻;此外,烫伤模型组创伤皮肤组织中TGF-β1、p-Smad3表达明显上调,Smad7蛋白表达明显下调,α-SMA、collagen I、Collagen III表达明显上调。经hPMSCs细胞治疗后,TGF-β1、p-Smad3蛋白表达明显下调,Smad7蛋白表达明显上调,α-SMA、collagen I、Collagen III蛋白表达明显下调。结论:胎盘间充质干细胞可能通过抑制TGF-β1/Smad信号通路,发挥促进烫伤愈合且抑制瘢痕形成的作用。     

转染Smad7基因的人Tenon囊成纤维细胞Smad2及Ⅰ型胶原蛋白表达的改变(简报)

大量研究表明,TGF-β作为一种具有多种功能的生长因子,是全身瘢痕愈合的重要刺激因素.在人眼部参与多种眼部纤维化的过程。尤其在促进青光眼滤过术后结膜瘢痕形成中起重要作用。Smad蛋白家族在TGF-β超家族的信号转导中具有重要的作用。Smad7主要通过抑制TGF书受体介导的Smad2、Smad3磷酸化来拮抗TGF-β的信号转导,被认为是TGF-β超家族信号转导自我调节的一种负反馈信号。     

BMP-7 opposes TGF-beta1-mediated collagen induction in mouse pulmonary myofibroblasts through Id2

Mesenchymal cells, primarily fibroblasts and myofibroblasts, are the principal matrix-producing cells during pulmonary fibrogenesis. Transforming growth factor (TGF)-beta signaling plays an important role in stimulating the expression of type I collagen of these cells. Bone morphogenetic protein (BMP)-7, a member of the TGF-beta superfamily, has been reported to oppose the fibrogenic activity of TGF-beta1. Here, we have addressed the effects of BMP-7 on the fibrogenic activity of pulmonary myofibroblasts. We first established cell lines from the lungs of transgenic mice harboring the COL1A2 upstream sequence fused to luciferase. They displayed a spindle shape and expressed vimentin and alpha-smooth muscle actin, but not E-cadherin. COL1A2 promoter activity was dose dependently induced by TGF-beta1, which was further augmented by adenoviral overexpression of Smad3, but was downregulated by Smad7. Under the identical condition, adenoviral overexpression of BMP-7 attenuated the TGF-beta1-dependent COL1A2 promoter activity. By immunocytochemistry, the ectopic expression of BMP-7 led to the nuclear localization of phospho-Smad1/5/8 and suppressed that of Smad3. BMP-7 suppressed the expression of mRNAs for COL1A2 and tissue inhibitor of metalloproteinase-2 while increasing those of inhibitors of differentiation (Id) 2 and 3. Ectopic expression of Id2 and Id3 was found to decrease the COL1A2 promoter activity. Finally, BMP-7 and Id2 decreased TGF-beta1-dependent collagen protein secretion. In conclusion, these data demonstrate that BMP-7 antagonizes the TGF-beta1-dependent fibrogenic activity of mouse pulmonary myofibroblastic cells by inducing Id2 and Id3.     

LPS通过上调BMP4促进猪主动脉瓣膜间质细胞成骨样分化

该文主要探究了LPS通过上调骨形态发生蛋白4(bone morphogenetic protein 4,BMP4)促进猪主动脉瓣膜间质细胞(valve interstitial cells,VICs)成骨样分化的作用及机制,为钙化性主动脉瓣膜病(calcific aortic valve disease,CAVD)的干预及治疗提供理论依据。采用免疫组化法检测非CAVD组和CAVD组瓣膜组织中Runx2和BMP4的表达,Western blot检测Runx2和BMP4的蛋白表达;采用胶原酶(I型)消化瓣膜后分离猪VICs,用免疫荧光染色进行表型鉴定;采用LPS和重组人BMP4腺病毒处理VICs;用ALP染色、茜素红S染色、qRT-PCR和Western blot法检测细胞的早期和晚期成骨能力、Smad1/5/8和ERK1/2的磷酸化水平。结果显示,BMP4和Runx2蛋白在CAVD组中的表达水平明显高于non-CAVD组。原代猪VICs分离成功,其中α-SMA和Vimentin呈阳性,CD31呈阴性。LPS可使VICs ALP活性增强、钙盐沉积增多、钙化指标上升和BMP4增加;BMP4可使VICs ALP活性增强、钙盐沉积增多、钙化指标上升,且使Smad1/5/8和EKR1/2的磷酸化水平升高。提示LPS可以上调BMP4的表达进而促进VICs的成骨样分化,Smad1/5/8与ERK1/2信号通路可能在该过程中发挥重要作用。     

BMP-7/TGF-β1 signalling in myoblasts: components involved in signalling and BMP-7-dependent blockage of TGF-β-mediated CTGF expression

We and others have recently described the antagonistic role of Bone morphogenetic protein-7 (BMP-7) in TGF-β signalling and myogenic differentiation. To specify the underlying mechanism(s), we here analysed the expression and function of the individual components mediating TGF-β1 and BMP-7 responses. We found that BMP-7 at a concentration of 25 ng/ml induces signalling exclusively via ALK2 and ALK3 leading to the activation of Smad1 and Smad5 and subsequent expression of Id proteins. In contrast, low doses of TGF-β1 (0.1 ng/ml) lead to an exclusive activation of ALK5 and phosphorylation of Smad2 and Smad3 that regulate specific target genes including connective tissue growth factor (CTGF). CTGF is rapidly induced by TGF-β1 already 1h after stimulation and reduced by BMP-7 application. Smad1/Smad5 or Id1/2 overexpression reduced the TGF-β1-mediated expression of CTGF. However, although siRNA-mediated knock down of Alk2/3 or Smad1/5 counteracts the BMP-7 effect on basal CTGF expression there was no consistent reversion of the observed BMP-7 effect on TGF-β1-mediated CTGF expression. Moreover, ALK5 inhibition using the SB431542 inhibitor significantly affected CTGF expression only at later time points whereas ERK1/2 inhibition completely abrogated CTGF expression. These findings point towards a regulatory role of BMP-7 that relies on modulation of Mitogen-activated protein kinases rather than mechanisms that are exclusively driven by differential Smad activation.     

Endoglin differentially modulates antagonistic transforming growth factor-beta1 and BMP-7 signaling

Transforming growth factor-beta1 (TGF-beta1) and BMP-7 (bone morphogenetic protein-7; OP-1) play central, antagonistic roles in kidney fibrosis, a setting in which the expression of endoglin (CD105), an accessory TGF-beta type III receptor, is increased. So far, endoglin is known as a negative regulator of TGF-beta/ALK-5 signaling. Here we analyzed the effect of BMP-7 on TGF-beta1 signaling and the role of endoglin for both pathways in endoglin-deficient L(6)E(9) cells. In this myoblastic cell line, TGF-beta1 and BMPs are opposing cytokines, interfering with myogenic differentiation. Both induce specific target genes of which Id1 (for BMPs) and collagen I (for TGF-beta1) are two examples. TGF-beta1 activated two distinct type I receptors, ALK-5 and ALK-1, in these cells. Although the ALK-5/Smad3 signaling pathway mediated collagen I expression, ALK-1/Smad1/Smad5 signaling mediated a transient Id1 up-regulation. In contrast, BMP-7 exclusively activated Smad1/Smad5 resulting in a more prolonged Id1 expression. Although BMP-7 had no impact on collagen I abundance, it antagonized TGF-beta1-induced collagen I expression and (CAGA)(12)-MLP-Luc activity, effects that are mediated by the ALK-5/Smad3 pathway. Finally, we found that the transient overexpression of endoglin, previously shown to inhibit TGF-beta1-induced ALK-5/Smad3 signaling, enhanced the BMP-7/Smad1/Smad5 pathway.     

Roles of bone morphogenetic protein type I receptors and Smad proteins in osteoblast and chondroblast differentiation

The biological effects of type I serine/threonine kinase receptors and Smad proteins were examined using an adenovirus-based vector system. Constitutively active forms of bone morphogenetic protein (BMP) type I receptors (BMPR-IA and BMPR-IB; BMPR-I group) and those of activin receptor-like kinase (ALK)-1 and ALK-2 (ALK-1 group) induced alkaline phosphatase activity in C2C12 cells. Receptor-regulated Smads (R-Smads) that act in the BMP pathways, such as Smad1 and Smad5, also induced the alkaline phosphatase activity in C2C12 cells. BMP-6 dramatically enhanced alkaline phosphatase activity induced by Smad1 or Smad5, probably because of the nuclear translocation of R-Smads triggered by the ligand. Inhibitory Smads, i.e., Smad6 and Smad7, repressed the alkaline phosphatase activity induced by BMP-6 or the type I receptors. Chondrogenic differentiation of ATDC5 cells was induced by the receptors of the BMPR-I group but not by those of the ALK-1 group. However, kinase-inactive forms of the receptors of the ALK-1 and BMPR-I groups blocked chondrogenic differentiation. Although R-Smads failed to induce cartilage nodule formation, inhibitory Smads blocked it. Osteoblast differentiation induced by BMPs is thus mediated mainly via the Smad-signaling pathway, whereas chondrogenic differentiation may be transmitted by Smad-dependent and independent pathways.