title: The detection and potential role of SP-G in the human lung and at the ocular surface
title: Der Nachweis und die mögliche Rolle von SP-G in der Lunge des Menschen und an der Augenoberfläche
Creators: name: Li, Wenyue
Publisher: name: Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU)
Year: 2025
Subjects: subject: surfactant protein
subject: lung surfactant
subject: apoptosis
subject: ocular surface
subject: surface tension
subject: tear film

description: Background and Objectives: Pulmonary surfactant (PS) and tear fluid are crucial components responsible for maintaining the structural and functional stability of the lung and eye. Among them, surfactant proteins (SPs) are key components as they reduce the surface tension and contribute to the immune defense of the lung and ocular surface. As compared to the four well-known SPs (SP-A, SP-B, SP-C and SP-D), a novel SP (Surfactant-associated protein G (SP-G) / Surfactant-associated protein 2 (SFTA2)) was recently detected highly expressed in the lung and eye and was reported to show similar physicochemical properties to the SP-B and SP-C. However, no more information has been established about SP-G. Therefore, the present study aimed to explore the distribution and possible functions of SP-G in the lung and at the ocular surface, and in tear fluid. Method: A series of biochemical and immunological experiments were hence performed. In the lung: The cellular distribution and tissue localization of SP-G were investigated by immunohistochemistry (IHC) and immunofluorescence (IF) using lung tissues and A549 cells (a human lung epithelial carcinoma cell line). The potential role of SP-G in the lung was demonstrated by A549 cells stimulated with 5-hydroxytryptamine (serotonin), cortisol and bombesin. A caspase-3 antibody and SP-G antibody were used to provide double IHC to investigate the association of SP-G with apoptosis. At the ocular surface: Ocular tissues, tear fluid obtained from volunteers, and HCE cells (human corneal epithelial cells; cell line) and HCjE cells (human conjunctival epithelial cells; cell line) were analyzed by IHC, IF and Western blot (WB). A possible immunological aspect of SP-G at the ocular surface was investigated by stimulating HCE cells with cortisol. Enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) was used to detect proteins in the TF of patients with dry eye disease (DED) and healthy subjects to detect a possible role of SP-G in the inflammatory response. Recombinant SP-G (rSP-G) was used to estimate the effect on tear surface tension using a spinning drop tensiometer. An in vitro scratch assay was used to elucidate the role of rSP-G with regard to wound healing of HCE cells. Results: In the lung: SP-G was identified to be synthesized in alveolar epithelial cells type II (AEC II) and non-ciliated bronchial epithelial cells. A dual regulation of SP-G mRNA expression by cortisol was found, as was an upregulation of SP-G mRNA expression by bombesin and serotonin. The double IHC revealed the co-localization of SP-G and caspase-3 in A549 cells. At the ocular surface: The results showed that SP-G was present in ocular surface tissues as well as tear fluid and reduced here tear fluid surface tension. An upregulation in SP-G mRNA expression was observed in cortisol-stimulated cells and tears of patients with DED compared to healthy individuals. In vitro scratch assays revealed that incorporation of rSP-G with lipids accelerated wound healing of HCE cells with respect to the cells only treated with lipids. Conclusions and Perspectives: In conclusion, SP-G is distributed in the epithelium of the bronchi, bronchioles and alveoli. It appears to be coupled with apoptosis as supported by co-localization of SP-G with caspase-3, which requires further investigations. It is concluded that SP-G is an ocular surface protein with a surface tension-reducing capability and putative wound healing properties.
description: Hintergrund und Ziele: Das Lungensurfactant und die Tränenflüssigkeit sind entscheidende Komponenten für die Aufrechterhaltung der strukturellen sowie funktionellen Stabilität von Lunge und Auge. Unter ihnen sind Surfactant-Proteine (SPs) Schlüsselkomponenten, da sie die Oberflächenspannung verringern und zur Immunabwehr der Lunge und der Augenoberfläche beitragen. Im Vergleich zu den vier bekannten SPs (SP-A, SP-B, SP-C and SP-D) wurde kürzlich ein neues SP (Surfactant-associated Protein G (SP-G) / Surfactant-associated Protein 2 (SFTA2)) entdeckt, das in der Lunge und im Auge stark exprimiert wird sowie Berichten zufolge ähnliche physikochemische Eigenschaften wie SP-B und SP-C aufweist. Über SP-G liegen jedoch keine weiteren Informationen vor. In der vorliegenden Arbeit sollen daher die Verteilung und die möglichen Funktionen von SP-G in der Lunge, auf der Augenoberfläche und in der Tränenflüssigkeit untersucht werden. Methoden: Daher wurden eine Reihe von biochemischen und immunologischen Experimenten durchgeführt. In der Lunge: Die zelluläre Verteilung und Gewebelokalisierung von SP-G wurde mittels Immunhistochemie (IHC) und Immunfluoreszenz (IF) unter Verwendung von Lungengewebe und A549-Zellen (einer menschlichen Lungenepithelkarzinom-Zelllinie) untersucht. Die mögliche Rolle von SP-G in der Lunge wurde anhand von A549-Zellen nachgewiesen, die mit 5-Hydroxytryptamin (Serotonin), Cortisol und Bombesin stimuliert wurden. Zur Untersuchung der Verbindung zwischen SP-G und Apoptose wurden ein Caspase-3-Antikörper und ein SP-G-Antikörper für eine doppelte IHC verwendet. An der Augenoberfläche: Augengewebe, Tränenflüssigkeit von Probanden sowie HCE-Zellen (Hornhautepithelzelllinie des Menschen) und HCjE-Zellen (Bindehautepithelzelllinie) wurden mittels IHC, IF und Western Blot (WB) analysiert. Ein möglicher immunologischer Aspekt von SP-G an der Augenoberfläche wurde untersucht, indem HCE-Zellen mit Cortisol stimuliert wurden. Mit einem Enzymimmunoassay wurden Proteine in der Tränenflüssigkeit (TF) von Patienten mit trockenem Auge (DED) und gesunden Probanden nachgewiesen, um eine mögliche Rolle von SP-G bei der Entzündungsreaktion zu ermitteln. Rekombinantes SP-G (rSP-G) wurde verwendet, um die Auswirkungen auf die Oberflächenspannung der Tränenflüssigkeit mithilfe eines Spinning-Drop-Tensiometers zu bestimmen. Ein In-vitro-Kratztest wurde verwendet, um die Rolle von rSP-G im Hinblick auf die Wundheilung von HCE-Zellen zu klären. Ergebnisse und Beobachtungen: In der Lunge: Es wurde festgestellt, dass SP-G in Alveolarepithelzellen des Typs II (AEC II) und in nicht-flimmernden Bronchialepithelzellen synthetisiert wird. Es wurde eine verdoppelte Erhöhung der SP-G mRNA-Expression durch Cortisol festgestellt, sowie eine Hochregulierung der SP-G mRNA-Expression durch Bombesin und Serotonin. Die Doppel-IHC zeigte die Kolokalisierung von SP-G und Caspase-3 in A549-Zellen. An der Augenoberfläche: Die Ergebnisse zeigten, dass SP-G sowohl in den Geweben der Augenoberfläche als auch in der TF vorhanden war und hier die Oberflächenspannung der TF verringerte. In kortisolstimulierten Zellen und Tränen von Patienten mit DED wurde im Vergleich zu gesunden Personen eine erhöhte Expression von SP-G mRNA beobachtet. In vitro Scratch-Assays ergaben, dass die Zugabe von rSP-G mit Lipiden die Wundheilung von HCE-Zellen im Vergleich zu den nur mit Lipiden behandelten Zellen beschleunigte. Schlussfolgerungen und Diskussion: Zusammenfassend lässt sich sagen, dass sich SP-G im Epithel der Bronchien, Bronchiolen und Alveolen verteilt. Das Protein scheint mit Apoptose gekoppelt zu sein, wie die Kolokalisierung von SP-G mit Caspase-3 zeigt, was weitere Untersuchungen erfordert. Für die Augenoberfläche wird geschlussfolgert, dass SP-G ein Augenoberflächenprotein ist, das die Oberflächenspannung herabsetzen kann und wundheilungsfördernde Eigenschaften besitzt.