Выбор биомаркеров для исследований келоидной ткани после лазерной терапии

В настоящем исследовании обсуждаются принципы подбора биомаркеров для описания результатов лечения келоидной ткани методом лазерной терапии. В работе представлен краткий обзор основных цитомаркеров (Krt14, Lgals7, Krt5, Dcn, Lum, Igfbp5, Cd31, Vwf, Stambpl1, Uqcrb, Cd3 и Acta2), биомаркеров воспалительного процесса (Cd45/Ptprc, Adgre1, Ly6g, Il1b, Il4, Il13, Il22, Cxcl2 и Ccl17), а также белковых компонентов межклеточного матрикса (коллагенов I и III типа, прекурсоров COL5A1 и COLA1A, FTL, COL3A1, PGLS, CNN2, ANXA2, TPSAB1, COL12A1, прекурсоров APCS и ALB) и кодирующих белки межклеточного матрикса генов (FGF7, BAX, CCND1, MMP3, MMP9, CXCL1, -2, -5, -6 и -12, IL8, S100A7 и IL1A), содержание и взаимное расположение которых может потенциально привести к изменениям внутренней структуры и внешнего облика пораженного участка кожи. Нами также описаны процесс подбора биомаркеров по результатам полногеномных исследований и связанные с их выбором ограничения. Помимо этого, мы приводим конкретные примеры применения различных групп генных и белковых маркеров в экспериментальной и клинической практике. Согласно приводимым в работе данным литературы, уже установленные и опробованные на лабораторных моделях группы биомаркеров в зависимости от своих функциональных возможностей позволяют описать структурные и цитологические аномалии пораженных участков кожи, причем как до, так и после терапевтического воздействия. Кроме того, имеющиеся экспериментальные и клинические данные делают возможным анализ эффективности новых экспериментальных подходов, а также сравнение результатов нескольких уже проведенных исследований.

1. Condorelli A.G., El Hachem M., Zambruno G., Nystrom A., Candi E., Castiglia D. Notch-ing up knowledge on molecular mechanisms of skin fibrosis: focus on the multifaceted Notch signalling pathway. J Biomed Sci. 2021;28(1):36. https://doi.org/10.1186/s12929-021-00732-8.

2. Al-Mohamady Ael-S., Ibrahim S.M., Muhammad M.M. Pulsed dye laser versus long-pulsed Nd:YAG laser in the treatment of hypertrophic scars and keloid: A comparative randomized split-scar trial. J Cosmet Laser Ther. 2016;18(4):208–212. https://doi.org/10.3109/14764172.2015.1114648.

3. Panagatla P., Ravula P., Praveen S., Varagani N.R., Srikanth R., Appaka J.K. Anterolateral thigh skin and fascia in facial skin defects with trismus: two problems, one solution. Indian J Plast Surg. 2021;54(2):192–196. https://doi.org/10.1055/s-0041-1729504.

4. Cho Y.S., Jeon J.H., Hong A., Yang H.T., Yim H., Cho Y.S. et al. The effect of burn rehabilitation massage therapy on hypertrophic scar after burn: a randomized controlled trial. Burns. 2014;40(8):1513–1520. https://doi.org/10.1016/j.burns.2014.02.005.

5. Kara Y.A. Burn etiology and pathogenesis. In: Kartal S.P., Bayramgurler D. (eds.). Hot topics in burn injuries. London: IntechOpen; 2017, p. 118. https://doi.org/10.5772/intechopen.71379.

6. Breetveld M., Richters C.D., Rustemeyer T., Scheper R.J., Gibbs S. Comparison of wound closure after burn and cold injury in human skin equivalents. J Invest Dermatol. 2006;126(8):1918–1921. https://doi.org/10.1038/sj.jid.5700330.

7. El Ayadi A., Jay J.W., Prasai A. Current approaches targeting the wound healing phases to attenuate fibrosis and scarring. Int J Mol Sci. 2020;21(3). https://doi.org/10.3390/ijms21031105.

8. Jinnin M. Mechanisms of skin fibrosis in systemic sclerosis. J Dermatol. 2010;37(1):11–25. https://doi.org/10.1111/j.1346-8138.2009.00738.x.

9. Корсунская И.М., Гусева С.Д., Невозинская З.А., Маляренко Е.Н., Тогоева Л.Т., Лавров А.А. и др. Склеродермия у женщин. Клиническая дерматология и венерология. 2016;(4):88–92. https://doi.org/10.17116/klinderma201615488-92.

10. Canady J., Karrer S., Fleck M., Bosserhoff A.K. Fibrosing connective tissue disorders of the skin: molecular similarities and distinctions. J Dermatol Sci. 2013;70(3):151–158. https://doi.org/10.1016/j.jdermsci.2013.03.005.

11. Корсунская И.М., Гусева С.Д., Невозинская З.А. Роль сосудистого фактора в развитии и течении склеродермии (обзор зарубежной литературы). Клиническая дерматология и венерология. 2017;(6):23–30. https://doi.org/10.17116/klinderma201716623-30.

12. Allen J.A., Peterson A., Sufit R., Hinchcliff M.E., Mahoney J.M., Wood T.A. et al. Post-epidemic eosinophilia-myalgia syndrome associated with L-tryptophan. Arthritis Rheum. 2011;63(11):3633–3639. https://doi. org/10.1002/art.30514.

13. Boin F., Hummers L.K. Scleroderma-like fibrosing disorders. Rheum Dis Clin North Am. 2008;34(1):199–220. https://doi.org/10.1016/j.rdc.2007.11.001.

14. Griffin M.F., desJardins-Park H.E., Mascharak S., Borrelli M.R., Longaker M.T. Understanding the impact of fibroblast heterogeneity on skin fibrosis. Dis Model Mech. 2020;13(6):dmm044164. https://doi.org/10.1242/dmm.044164.

15. Do N.N., Eming S.A. Skin fibrosis: Models and mechanisms. Curr Res Transl Med. 2016;64(4):185–193. https://doi.org/10.1016/j.retram.2016.06.003.

16. Hardy M.A. The biology of scar formation. Phys Ther. 1989;69(12):1014–1024. https://doi.org/10.1093/ptj/69.12.1014.

17. Grieb G., Steffens G., Pallua N., Bernhagen J., Bucala R. Circulating fibrocytes – biology and mechanisms in wound healing and scar formation. Int Rev Cell Mol Biol. 2011;291:1–19. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-386035-4.00001-X.

18. Rius Rigau A., Luber M., Distler J.H.W. Mouse models of skin fibrosis. Methods Mol Biol. 2021;2299:371–383. https://doi.org/10.1007/978-1-0716-1382-5_25.

19. Park H.J., Jeong O.Y., Chun S.H., Cheon Y.H., Kim M., Kim S. et al. Butyrate improves skin/lung fibrosis and intestinal dysbiosis in bleomycin-induced mouse models. Int J Mol Sci. 2021;22(5):2765. https://doi.org/10.3390/ijms22052765.

20. Abignano G., Del Galdo F. Quantitating skin fibrosis: innovative strategies and their clinical implications. Curr Rheumatol Rep. 2014;16(3):404. https://doi.org/10.1007/s11926-013-0404-5.

21. Faust I., Roch C., Kuhn J., Prante C., Knabbe C., Hendig D. Human xylosyl-transferase-I – a new marker for myofibroblast differentiation in skin fibrosis. Biochem Biophys Res Commun. 2013;436(3):449–454. https://doi.org/10.1016/j.bbrc.2013.05.125.

22. Lakota K., Wei J., Carns M., Hinchcliff M., Lee J., Whitfield M.L. et al. Levels of adiponectin, a marker for PPAR-gamma activity, correlate with skin fibrosis in systemic sclerosis: potential utility as biomarker? Arthritis Res Ther. 2012;14(3):R102. https://doi.org/10.1186/ar3827.

23. Vassiliadis E., Veidal S.S., Barascuk N., Mullick J.B., Clausen R.E., Larsen L. et al. Measurement of matrix metalloproteinase 9-mediated collagen type III degradation fragment as a marker of skin fibrosis. BMC Dermatol. 2011;11:6. https://doi.org/10.1186/1471-5945-11-6.

24. Cheng C., Tsuneyama K., Kominami R., Shinohara H., Sakurai S., Yonekura H. et al. Expression profiling of endogenous secretory receptor for advanced glycation end products in human organs. Mod Pathol. 2005;18(10):1385–1396. https://doi.org/10.1038/modpathol.3800450.

25. Johansson H., Lindstedt M., Albrekt A.S., Borrebaeck C.A. A genomic biomarker signature can predict skin sensitizers using a cell-based in vitro alternative to animal tests. BMC Genomics. 2011;12:399. https://doi.org/10.1186/1471-2164-12-399.

26. Curto E.V., Lambert G.W., Davis R.L., Wilborn T.W., Dooley T.P. Biomarkers of human skin cells identified using DermArray DNA arrays and new bioinformatics methods. Biochem Biophys Res Commun. 2002;291(4):1052–1064. https://doi.org/10.1006/bbrc.2002.6542.

27. Bhowmick S.S., Bhattacharjee D., Rato L. Identification of tissue-specific tumor biomarker using different optimization algorithms. Genes Genomics. 2019;41(4):431–443. https://doi.org/10.1007/s13258-018-0773-2.

28. Gazel A., Ramphal P., Rosdy M., De Wever B., Tornier C., Hosein N. et al. Transcriptional profiling of epidermal keratinocytes: comparison of genes expressed in skin, cultured keratinocytes, and reconstituted epidermis, using large DNA microarrays. J Invest Dermatol. 2003;121(6):1459–1468. https://doi.org/10.1111/j.1523-1747.2003.12611.x.

29. Philippeos C., Telerman S.B., Oulès B., Pisco A.O., Shaw T.J., Elgueta R. et al. Spatial and single-cell transcriptional profiling identifies functionally distinct human dermal fibroblast subpopulations. J Invest Dermatol. 2018;138(4):811–825. https://doi.org/10.1016/j.jid.2018.01.016.

30. Palmer C., Diehn M., Alizadeh A.A., Brown P.O. Cell-type specific gene expression profiles of leukocytes in human peripheral blood. BMC Genomics. 2006;7:115. https://doi.org/10.1186/1471-2164-7-115.

31. Lei L., Zhao C., Qin F., He Z.Y., Wang X., Zhong X.N. Th17 cells and IL-17 promote the skin and lung inflammation and fibrosis process in a bleomycin-induced murine model of systemic sclerosis. Clin Exp Rheumatol. 2016;34(5 Suppl.):14–22. Available at: https://www.clinexprheumatol.org/abstract.asp?a=9558.

32. Kaplansky G., Bongrand P. Cytokines and chemokines. Cell Mol Biol. 2001;47(4):569–574. Available at: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/11502065/.

33. Waddell L.A., Lefevre L., Bush S.J., Raper A., Young R., Lisowski Z.M. et al. ADGRE1 (EMR1, F4/80) is a rapidly-evolving gene expressed in mammalian monocyte-macrophages. Front Immunol. 2018;9:2246. https://doi.org/10.3389/fimmu.2018.02246.

34. García-Ruiz I., Blanes Ruiz N., Rada P., Pardo V., Ruiz L., Blas-García A. et al. Protein tyrosine phosphatase 1b deficiency protects against hepatic fibrosis by modulating nadph oxidases. Redox Biol. 2019;26:101263. https://doi.org/10.1016/j.redox.2019.101263.

35. Rose S., Misharin A., Perlman H. A novel Ly6C/Ly6G-based strategy to analyze the mouse splenic myeloid compartment. Cytometry A. 2012;81(4):343–350. https://doi.org/10.1002/cyto.a.22012.

36. Daley J.M., Thomay A.A., Connolly M.D., Reichner J.S., Albina J.E. Use of Ly6G-specific monoclonal antibody to deplete neutrophils in mice. J Leukoc Biol. 2008;83(1):64–70. https://doi.org/10.1189/jlb.0407247.

37. Higgins D.P., Hemsley S., Canfield P.J. Association of uterine and salpingeal fibrosis with chlamydial hsp60 and hsp10 antigen-specific antibodies in Chlamydia-infected koalas. Clin Diagn Lab Immunol. 2005;12(5):632–639. https://doi.org/10.1128/CDLI.12.5.632-639.2005.

38. Kim S.H., Jung S.H., Chung H., Jo D.I., Kim C.K., Park S.H. et al. Annexin A2 participates in human skin keloid formation by inhibiting fibroblast proliferation. Arch Dermatol Res. 2014;306(4):347–357. https://doi.org/10.1007/s00403-014-1438-x.

39. Schmitt L., Huth S., Amann P.M., Marquardt Y., Heise R., Fietkau K. et al. Direct biological effects of fractional ultrapulsed CO(2) laser irradiation on keratinocytes and fibroblasts in human organotypic full-thickness 3D skin models. Lasers Med Sci. 2018;33(4):765–772. https://doi.org/10.1007/ s10103-017-2409-1.

40. Zhang S., Zhao Z.M., Xue H.Y., Nie F.F. Effects of photoelectric therapy on proliferation and apoptosis of scar cells by regulating the expression of microRNA-206 and its related mechanisms. Int Wound J. 2020;17(2):317–325. https://doi.org/10.1111/iwj.13272.

41. Gertz S.D., Mintz Y., Beeri R., Rubinstein C., Gilon D., Gavish L. et al. Lessons from Animal Models of Arterial Aneurysm. Aorta (Stamford). 2013;1(5):244–254. https://doi.org/10.12945/j.aorta.2013.13-052.

42. Namazi M.R., Fallahzadeh M.K., Schwartz R.A. Strategies for prevention of scars: what can we learn from fetal skin? Int J Dermatol. 2011;50(1):85–93. https://doi.org/10.1111/j.1365-4632.2010.04678.x.