華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院附屬同濟(jì)醫(yī)院高紅宇/顏奇研究團(tuán)隊(duì)揭秘鐵死亡與腎間質(zhì)纖維化的關(guān)鍵聯(lián)系
文章標(biāo)題：Inhibition of tubular epithelial cells ferroptosis alleviates renal interstitial fibrosis by reducing lipid hydroperoxides and TGF-β/Smad signaling
發(fā)表期刊：Cell Communication and Signaling (IF 8.9)
合作客戶：華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院附屬同濟(jì)醫(yī)院高紅宇/顏奇研究團(tuán)隊(duì)
維真助力
基因信息
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GPX4：谷胱甘肽過氧化物酶 4
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實(shí)驗(yàn)動(dòng)物
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8周齡C57BL/6小鼠
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病毒產(chǎn)品
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AAV9-mGPX4 、AAV9-vector
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病毒用量
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2.0×10^10 pfu
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注射方式
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腎實(shí)質(zhì)內(nèi)注射
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AAV載體有效介導(dǎo)GPX4在小鼠腎小管上皮細(xì)胞過表達(dá)
研究背景
腎臟疾病是現(xiàn)代社會(huì)的主要健康問題，腎纖維化是慢性腎臟病（CKD）的最終共同途徑，但目前治療手段有限。鐵死亡作為一種非凋亡形式的調(diào)節(jié)性細(xì)胞死亡，參與多種疾病進(jìn)程，在CKD中鐵過載可導(dǎo)致腎損傷和纖維化，抑制鐵死亡可能是緩解腎纖維化的有效策略。谷胱甘肽過氧化物酶4（GPX4）是鐵死亡的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，但其在纖維化腎臟中影響鐵死亡的具體機(jī)制尚不清楚。
研究結(jié)果
1.抑制鐵死亡減弱UUO誘導(dǎo)的腎纖維化中TGFβ-Smad信號(hào)的激活
通過構(gòu)建單側(cè)輸尿管梗阻（UUO）小鼠模型，研究發(fā)現(xiàn)鐵死亡在腎小管上皮細(xì)胞（TECs）中持續(xù)發(fā)生，且與腎間質(zhì)纖維化進(jìn)程密切相關(guān)；對(duì)UUO小鼠使用鐵死亡抑制劑Fer-1，結(jié)果表明抑制鐵死亡能有效緩解腎纖維化。此外，F(xiàn)er-1處理后，梗阻腎臟中TGF-β及其關(guān)鍵下游效應(yīng)物p-Smad2、p-Smad3，以及CTGF、PDGFB和FGF2的水平顯著降低，表明Fer-1通過抑制TGF-β/Smad信號(hào)通路，減少了促纖維化細(xì)胞因子的釋放，進(jìn)而減輕了腎間質(zhì)纖維化。體外實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證Fer-1能有效改善TGF-β誘導(dǎo)的HK-2細(xì)胞鐵死亡積累并緩解細(xì)胞纖維化。上述結(jié)果證實(shí)鐵死亡在腎纖維化過程中起著關(guān)鍵作用，它通過持續(xù)激活 TGF-β/Smad信號(hào)通路，促進(jìn)下游促纖維化因子的釋放，最終導(dǎo)致纖維化的發(fā)生，而抑制鐵死亡可以有效減輕TGF-β誘導(dǎo)的纖維化反應(yīng)。
UUO期間TGF-β/Smad信號(hào)激活通過Fer-1抑制TEC鐵死亡而減弱
2.UUO期間，GPX4過表達(dá)小鼠的TEC鐵死亡得到修復(fù)
為進(jìn)一步明確TEC鐵死亡在腎間質(zhì)纖維化中的作用，研究團(tuán)隊(duì)采用AAV載體將mGPX4導(dǎo)入小鼠腎臟近端TECs，成功實(shí)現(xiàn)了GPX4在小鼠腎臟組織中的有效過表達(dá)。在 UUO 14 天后，注射AAV9-Vector的對(duì)照組小鼠出現(xiàn)GPX4 表達(dá)下降、脂質(zhì)氫過氧化物（4-HNE）積累以及TUNEL陽性細(xì)胞增多的現(xiàn)象；而在GPX4過表達(dá)小鼠中，這些鐵死亡相關(guān)的變化被顯著抑制。同時(shí)，脂質(zhì)代謝酶ACSL4和LPCAT3在GPX4過表達(dá)小鼠中也有效降低。這表明在 UUO 過程中，過表達(dá) GPX4 能夠有效修復(fù) TECs 的鐵死亡，逆轉(zhuǎn)鐵死亡的進(jìn)展。對(duì)UUO誘導(dǎo)的小鼠腎臟進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)其出現(xiàn)嚴(yán)重的形態(tài)學(xué)病變，如腎小管擴(kuò)張、腎小管間質(zhì)擴(kuò)張以及間質(zhì)膠原沉積，而 GPX4 過表達(dá)（GPX4-OE）的小鼠腎臟形態(tài)學(xué)異常明顯減少，表明GPX4過表達(dá)減輕了腎臟的病理損傷。免疫熒光分析發(fā)現(xiàn) GPX4-OE 顯著抑制纖維化標(biāo)志物表達(dá)水平，這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明GPX4過表達(dá)保護(hù)TEC免受鐵死亡，減輕腎間質(zhì)纖維化。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)抑制TEC鐵死亡可通過抑制TGF-β/Smad信號(hào)通路，對(duì)腎間質(zhì)纖維化起到保護(hù)作用。
GPX4過表達(dá)的小鼠因鐵死亡缺陷而減輕UUO誘導(dǎo)的腎間質(zhì)纖維化
研究結(jié)論
本研究揭示腎小管上皮細(xì)胞鐵死亡是腎纖維化疾病的關(guān)鍵病理機(jī)制，抑制TECs鐵死亡可有效改善腎間質(zhì)纖維化，顯著降低促纖維化因子的表達(dá)，其作用機(jī)制與抑制TGF-β/Smad信號(hào)通路有關(guān)。這表明抑制TECs鐵死亡可能是預(yù)防和治療CKD的一種有前景的策略。
