熱損傷は、骨格筋の広範な線維形成を開始する

Thermal injury initiates pervasive fibrogenesis in skeletal muscle.

• Camille R Brightwell
• Madeline E Hanson
• Amina El Ayadi
• Anesh Prasai
• Ye Wang
• Celeste C Finnerty
• Christopher S Fry

抄録

重度の熱傷を受けると、骨格筋に無数の悪影響が誘発され、機能障害や回復の遅れが生じる。火傷後、異化シグナル伝達と筋繊維の萎縮は、筋力低下の主要な繊維内在性の決定因子であるが、筋繊維を取り囲む間質環境の変化はあまり理解されていない。筋質、特に細胞外マトリックス（ECM）の変化は、力の伝達と強度を調節する。我々は、筋ECMへの適応に重度の熱損傷の影響を決定し、筋線維化負荷を定量化しようとした。全身表面積30％の背筋焼灼後、7日目（7d、n=5）、14日目（14d、n=4）、21日目（21d、n=4）のマウスからスピノトラペジアス筋を採取し、偽コントロール群も調べた（Sham、n=4）。TGFb、ミオスタチン、および線維化およびコラーゲンリモデリングに関与する下流エフェクターおよびプロテアーゼの発現を免疫ブロッティングにより測定し、免疫組織化学的および生化学的分析により線維化細胞の豊富さおよびコラーゲン沈着を評価した。ミオスタチンのシグナル伝達は、焼灼後21日目までに線維原性/後駆性前駆細胞の増殖とともに徐々に増加し、その豊富さは焼灼後14日目にピークを迎えた。焼灼後、マトリックスメタロプロテアーゼ1の組織阻害剤の発現が上昇すると、コラーゲンのリモデリングが支持され、その結果、筋肉のコラーゲン量が純蓄積された。コラーゲン蓄積は焼灼後14日目にピークを迎えたが、焼灼後21日目まで上昇したままであり、熱傷誘発性線維化は最小限にとどまっていた。これらの知見は、火傷損傷後の線維化プロセスの進行性アップレギュレーションを強調し、再生能力を妨げ、21日後の回復では解消されない線維化した筋肉の表現型を誘発した。

Severe burn injury induces a myriad of deleterious effects to skeletal muscle, resulting in impaired function and delayed recovery. Following burn, catabolic signaling and myofiber atrophy are key fiber-intrinsic determinants of weakness; less well understood are alterations in the interstitial environment surrounding myofibers. Muscle quality, specifically alterations in the extracellular matrix (ECM), modulates force transmission and strength. We sought to determine the impact of severe thermal injury on adaptation to the muscle ECM and quantify muscle fibrotic burden. After a 30% total body surface area dorsal burn, spinotrapezius muscle was harvested from mice at 7 (7d, n=5), 14 (14d, n=4), and 21 days (21d, n=4), and a sham control group was also examined (Sham, n=4). Expression of TGFb, myostatin, and downstream effectors and proteases involved in fibrosis and collagen remodeling were measured by immunoblotting, and immunohistochemical and biochemical analyses assessed fibrogenic cell abundance and collagen deposition. Myostatin signaling increased progressively through 21 days post-burn alongside fibrogenic/adipogenic progenitor cell expansion, with abundance peaking at 14 days post-burn. Post-burn, elevated expression of tissue inhibitor of matrix metalloproteinase 1 supported collagen remodeling resulting in a net accumulation of muscle collagen content. Collagen accumulation peaked at 14 days post-burn but remained elevated through 21 days post-burn, demonstrating minimal resolution of burn-induced fibrosis. These findings highlight a progressive upregulation of fibrogenic processes following burn injury, eliciting a fibrotic muscle phenotype that hinders regenerative capacity and is not resolved with 21 days of recovery.