Glycogen synthase kinase-3 (GSK-3) in the pathogenesis of pulmonary fibrosis: what we know from the mouse model

Introduzione: La fibrosi polmonare idiopatica (IPF) è un'interstiziopatia caratterizzata da un decorso fatalmente progressivo, che conduce alla completa compromissione della funzione polmonare. Pur essendo la sua patogenesi non pienamente compresa, il primum movens sembra essere un danno epiteliale ripetuto che induce l'aberrante deposizione di matrice extracellulare (ECM), il cui turnover non viene più garantito da metalloproteasi (MMPs) e loro inibitori tissutali (TIMPs). La chinasi GSK-3 è nota per il suo ruolo cardine nella modulazione di citochine pro-infiammatorie ed in diverse vie del segnale e processi cellulari verosimilmente coinvolti nella patogenesi della IPF. La sua inibizione in vivo, in un modello murino di fibrosi polmonare indotta da bleomicina (BLM), si è dimostrata in grado di modulare sia la risposta infiammatoria precoce che la fase fibrotica tardiva. Il ruolo della chinasi nella modulazione dell'equilibrio fra MMPs e TIMPs nella fibrogenesi polmonare non è ad oggi chiarito. Metodi: Diverse coorti di topi C57BL6 sono state sottoposte all'instillazione endotracheale di BLM o PBS e trattate o meno, per via intraperitoneale, con l'inibitore di GSK-3 SB216763. Per misurare attività, espressione proteica e genica delle MMPs sono stati utilizzati, rispettivamente, zimografia, WB analysis e RT-PCR del liquido di lavaggio bronco alveolare (BALF) di topi sacrificati a 7 o 28 giorni dalla somministrazione di BLM. L'espressione proteica e genica delle TIMPs è stata valutata con WB e RT-PCR. E' stata inoltre eseguita l'analisi istologica ed immunoistochimica dei polmoni, ai due intervalli di tempo. L'effetto in vitro del silenziamento di GSK-3 è stato infine studiato su una linea di cellule epiteliali alveolari umane (A549). Risultati: Il trattamento con BLM ha dimostrato di aumentare la cellularità ed i livelli di MMP2 e MMP9 nel BALF al giorno +7. Si è inoltre registrato un significativo aumento dell'espressione di MMP2, MMP9, TIMP1 e TIMP2, all'analisi immunoistochimica, a livello di macrofagi alveolari (iAMs) e cellule epiteliali alveolari cuboidalizzate (CEACs). I topi sacrificati al giorno +28 hanno mostrato un incremento dei livelli di MMP2 e TIMP1, ma non di MMP9, nel BALF. L'inibizione in vivo di GSK-3 mediante SB216763 si è dimostra in grado di ridurre il reclutamento di cellule infiammatorie e la secrezione di MMPs al giorno +7, a livello del BALF; ha inoltre ridotto i livelli di MMP2 al giorno +28. Anche l'espressione di MMPs e TIMPs è stata modulata dall'inibizione di GSK-3, a livello di iAMs e CEACs, ad entrambi gli intervalli di tempo. Gli esperimenti in vitro su A549 hanno invece dimostrato che il silenziamento di GSK-3 è in grado di potenziare la secrezione di MMP9 indotta dallo stimolo proinflammatorio con TNFa, che attiva la via di NF-kB. Conclusioni: Il nostro lavoro dimostra un ruolo di GSK-3 nella modulazione dell'espressione di MMPs e TIMPs in un modello murino di fibrosi polmonare indotta da BLM, che interessa sia la fase infiammatoria precoce che quella fibrotica tardiva. L'effetto dell'inibizione di GSK-3 sembra esplicarsi, in particolare, a livello di iAMs e CEACs. I dati in vitro, pur preliminari, indicano un effetto opposto del silenziamento di GSK-3 sulla secrezione di MMP9 in una linea di cellule epiteliali alveolari (A549); il silenziamento di GSK-3 potenzia l’effetto di TNFα sulla secrezione di MMP-9, tramite un meccanismo che coinvolge p65 ed è ERK1,2-dipendente