The IL-4/IL-4R/STAT6 signaling axis regulates macrophage efferocytosis in osteoarthritis.

چکیده اصلی

BACKGROUND: Osteoarthritis (OA) is a leading cause of global disability, with no available therapies that effectively halt disease progression. Impairment of macrophage efferocytosis, the clearance of apoptotic cells, is implicated in OA pathogenesis, yet the underlying mechanisms remain poorly understood. This study investigates the role of the anti‑inflammatory cytokine interleukin‑4 (IL‑4) in regulating macrophage efferocytosis during OA. METHODS: Public single‑cell and bulk RNA‑seq datasets were analyzed to identify key cell populations and pathways. An OA model was established by destabilizing the medial meniscus (DMM) in C57BL/6 mice, followed by intra‑articular delivery of AAV‑IL‑4. Joint integrity was evaluated using micro‑CT, histology (H&E, Safranin O-Fast Green), immunohistochemistry, and immunofluorescence. Cytokine levels were measured by ELISA. Macrophage proliferation, polarization, phagocytosis, and efferocytosis were assessed by flow cytometry and fluorescence imaging. Molecular mechanisms were examined via Western blot, transcriptomic sequencing, and STAT6 knockdown. Pharmacological inhibition of AKT was used to assess the contribution of AKT signaling. RESULTS: IL‑4 expression was reduced in OA tissues, and low macrophage efferocytosis correlated with OA severity. In mice, IL‑4 supplementation attenuated cartilage degradation, bone loss, and synovial inflammation. In vitro, IL‑4 promoted macrophage proliferation, M2 polarization, IL‑10 secretion, and enhanced both phagocytosis and efferocytosis in both RAW264.7 cells and primary bone marrow-derived macrophages (BMMs). Mechanistically, IL‑4 increased phosphorylated STAT6 (pSTAT6) in macrophages, and STAT6 knockdown abolished the IL‑4‑induced functional enhancements. Transcriptomics and Western blotting revealed that IL-4/STAT6 signaling activates the PI3K/AKT pathway. Pharmacological inhibition of AKT reversed IL-4-enhanced efferocytosis and phagocytosis. CONCLUSION: The IL-4/IL-4R/STAT6 axis sustains macrophage function by activating the PI3K/AKT pathway, thereby boosting efferocytosis and mitigating OA progression. These findings provide a novel immunomodulatory framework for OA therapy, highlighting macrophage-directed strategies as a potential therapeutic avenue.

ترجمه فارسی چکیده

آرتروز (OA) یکی از علل اصلی ناتوانی در سطح جهانی است و درمان‌های مؤثری برای توقف پیشرفت بیماری وجود ندارد. نقص در عمل‌یابی سلول‌های ماکروفاژ، که شامل پاکسازی سلول‌های آپوپتوزی است، در ایجاد بیماری دخیل است، اما مکانیسم‌های زیربنایی هنوز به خوبی درک نشده‌اند. این مطالعه نقش سیتوکین ضدالتهابی اینترلوکین-۴ (IL-4) را در تنظیم عمل‌یابی سلول‌های ماکروفاژ در حین OA بررسی می‌کند. داده‌های تک‌سلولی و RNA-Seq تجمعی عمومی تحلیل شدند تا جمعیت‌های سلولی و مسیرهای کلیدی شناسایی شوند. یک مدل OA با ناپایداری منیسک میانی (DMM) در موش‌های C57BL/6 ایجاد شد، که در آن تحویل داخل مفصلی AAV-IL-4 انجام شد. یکپارچگی مفصل با استفاده از میکرو-CT، بافت‌شناسی (H&E، سافرانین O-فاست گرین)، ایمونوهیستوشیمی و ایمونوفلوئورسانس ارزیابی شد. سطوح سیتوکین با ELISA اندازه‌گیری شد. تکثیر، قطبی‌سازی، فاگوسیتوز و عمل‌یابی سلول‌های ماکروفاژ با پلاسمافلوویومتری و تصویربرداری فلورسنت ارزیابی شد. مکانیسم‌های مولکولی از طریق وسترن بلات و توالی‌یابی ترنسکریپتومیک و حذف STAT6 بررسی شد. مهار دارویی AKT برای ارزیابی نقش سیگنالینگ AKT استفاده شد. نتایج نشان داد که بیان IL-4 در بافت‌های OA کاهش یافته و عمل‌یابی پایین ماکروفاژ با شدت OA همبستگی دارد. در موش‌ها، مکمل‌سازی IL-4 تخریب غضروف، از دست رفتن استخوان و التهاب زانو را کاهش داد. در vitro، IL-4 تکثیر ماکروفاژ، قطبی‌سازی M2، ترشح IL-10 و هر دو فاگوسیتوز و عمل‌یابی را در سلول‌های RAW264.7 و ماکروفاژهای حاصل از مغز استخوان اولیه (BMMs) تقویت کرد. مکانیکی، IL-4 سطح pSTAT6 فسفریله شده را در ماکروفاژها افزایش داد و حذف STAT6 مزایای عملکردی ناشی از IL-4 را خنثی کرد. ترنسکریپتومیک و وسترن بلات نشان دادند که سیگنالینگ IL-4/STAT6 مسیر PI3K/AKT را فعال می‌کند. مهار دارویی AKT اثرات تقویت‌کننده IL-4 بر فاگوسیتوز و عمل‌یابی را معکوس کرد. نتیجه‌گیری: محور IL-4/IL-4R/STAT6 با فعال‌سازی مسیر PI3K/AKT عملکرد ماکروفاژ را حفظ می‌کند و در نتیجه عمل‌یابی را تقویت و پیشرفت OA را کاهش می‌دهد. این یافته‌ها یک چارچوب ایمونومدولاتوری جدید برای درمان OA ارائه می‌دهند و استراتژی‌های متمرکز بر ماکروفاژ را به عنوان یک مسیر بالقوه درمانی برجسته می‌سازند.

متن کامل اصلی