Role of periostin in inflammatory sinonasal disease

Abstract

Periostin, a matricellular protein, is recognized as a biomarker of type 2 inflammation in chronic respiratory diseases, including asthma and chronic rhinosinusitis (CRS), and is involved in airway remodeling. While CRS is often linked to an increased level of periostin in tissue and serum, its role in the pathology of CRS remains unclear. This study aims to identify the main source of periostin in the sinonasal mucosa and to investigate its role in either exacerbating chronic inflammation or protecting the nasal epithelium from tissue remodeling in inflammatory sinonasal diseases. In addition, we aimed to examine the association between secreted periostin, Th2 inflammation, and osteogenesis in eosinophilic CRS (ECRS). As a result, primary human nasal epithelial cells (HNECs) and fibroblasts (HNFs) were derived from nasal polyps. Interleukin-4 increased periostin expression in both the lysates and media of these cells. Periostin was secreted more by HNFs than by HNECs, indicating that HNFs are the main source of IL-4-induced periostin. Additionally, periostin secreted by HNFs induced osteoblast differentiation. In the ECRS mouse model using periostin knockout (KO) mice, the wild-type group showed increased periostin levels, thicker epithelium, and greater nasal bone thickness. The KO group exhibited significantly lower RUNX2 and osteopontin expression. However, eosinophil infiltration and goblet cell metaplasia did not differ significantly between groups. In summary, periostin is mainly secreted from nasal fibroblasts in response to Th2 cytokines, and the secreted periostin maintains ECM structure and mediates osteogenesis in sinonasal bone. In conclusion, in chronic sinusitis, periostin has the dual effect of protecting tissue structure and promoting osteogenic remodeling.Periostin은 천식, 만성 비부비동염 등 만성 호흡기 질환에서 제2형 염증의 바이오마커로 알려져 있으며, 조직의 재형성에 관여합니다. 만성 비부비동염 환자들에게서 조직과 혈청 내 periostin이 증가한다는 보고들이 있었지만, 만성 비부비동염에서 정확히 어떤 역할을 하는지는 확립되지 않았습니다. 본 연구는 염증성 부비동염에서 periostin의 주 분비 조직과 periostin의 분비를 유도하는 사이토카인을 확인하고, 만성 염증으로 인해 증가하는 periostin이 염증을 악화시키거나 조직 재형성으로부터 코 상피를 결론적으로 보호하는지, 분비된 periostin이 골형성과의 연관성을 가지는지를 알아보고자 했습니다. 그 결과, 사람에게서 유래한 코 상피세포와 섬유아세포에 IL-4를 처리하였을 때, 두 세포의 세포 내 단백질, RNA, 배지에서 periostin이 증가했습니다. Periostin은 세포 수 대비 코 상피세포보다 코 섬유아세포에서 더 많이 분비되었으며, periostin의 주요 공급원이 코 섬유아세포임을 확인했습니다. 또한, 코 섬유아세포에서 IL-4에 의해 분비된 periostin은 조골세포의 분화를 유도합니다. Periostin 유전자 제거(KO) 마우스를 이용하여 ECRS 마우스 모델에서 periostin 결핍에 의한 영향을 조사한 결과, 야생형 호산구 만성 부비동염(ECRS) 그룹은 비강 상피에서 periostin 발현이 증가하고 상피가 두꺼워졌으며, 비강 내 뼈 두께도 두꺼워진 것으로 나타났습니다. 또한 KO ECRS는 WT ECRS보다 코뼈에서 RUNX2 및 osteopontin 발현이 적었습니다. 그리고 세포외기질 단백질인 fibronectin의 발현이 KO ECRS에서 현저히 줄었습니다. 이에 따라 상피층은 비정상적인 형성으로 구조가 무너지는 양상을 보였습니다. 그러나 비강 상피의 호산구 침윤과 술잔세포의 증식에는 ECRS 군 간 차이가 유의하지 않았습니다. Periostin은 Th2 사이토카인에 의해 코 섬유아세포에서 주로 분비되며, 분비된 periostin은 지속되는 조직 재형성에서 상피층 구조를 유지하는 데 관여하고, 비강 내 뼈의 골형성을 유도합니다. 결론적으로, 만성 부비동염에서 periostin은 조직 구조 보호와 골형성 악화를 동시에 유도하는 양면성을 가집니다.