鐵死亡：引爆炎癥的'分子開關(guān)'？解碼細(xì)胞死亡與免疫風(fēng)暴的雙向暗戰(zhàn)
鐵死亡作為一種新型程序性細(xì)胞死亡方式，與炎癥反應(yīng)之間存在著復(fù)雜的雙向調(diào)控關(guān)系。這種鐵依賴性的細(xì)胞死亡模式通過脂質(zhì)過氧化驅(qū)動，其獨(dú)特的分子機(jī)制為理解炎癥性疾病提供了全新視角。鐵死亡細(xì)胞釋放的損傷相關(guān)分子模式(DAMPs)是啟動炎癥反應(yīng)的關(guān)鍵介質(zhì)。HMGB1蛋白通過TLR4受體激活巨噬細(xì)胞，釋放IL-6、TNF-α等促炎因子。脂質(zhì)過氧化終產(chǎn)物MDA和4-HNE可直接修飾蛋白質(zhì)，形成具有免疫原性的新表位。鐵死亡引發(fā)的氧化微環(huán)境還能激活NLRP3炎癥小體，促進(jìn)IL-1β等細(xì)胞因子的成熟釋放。越來越多的實驗證實了鐵死亡在炎癥中的積極作用，并且?guī)追N化合物已顯示出作為鐵死亡抑制劑的抗炎作用。因此，針對鐵死亡與炎癥的相互作用網(wǎng)絡(luò)的精準(zhǔn)調(diào)控策略可能為慢性炎癥性疾病治療帶來突破性進(jìn)展。
1. 鐵死亡促進(jìn)和延長果蠅的炎癥反應(yīng)
鐵死亡在多種病理中對器官損害有重要作用。然而，由于缺乏特異性探針，鐵死亡在體內(nèi)尚未被可視化，這嚴(yán)重限制了對免疫系統(tǒng)如何與鐵死亡細(xì)胞相互作用以及這一過程如何促進(jìn)炎癥的研究。英國愛丁堡大學(xué)再生與修復(fù)研究所Will Wood團(tuán)隊通過三色活體成像技術(shù)展示，在果蠅胚胎受傷期間，鐵死亡樣壞死是急性損傷的關(guān)鍵組成部分[1]。他們進(jìn)一步證明，胚胎內(nèi)的巨噬細(xì)胞會迅速與這些壞死細(xì)胞接觸，但難以將其吞噬，導(dǎo)致長時間的、受損的吞噬作用以及頻繁的細(xì)胞殘骸分解。相反，在受傷過程中抑制鐵死亡程序會延遲巨噬細(xì)胞向損傷部位的募集，這表明鐵死亡在體內(nèi)炎癥過程中具有相互矛盾的作用(圖1)。這些結(jié)果提示鐵死亡在急性損傷中的作用具有兩面性。一方面，它能強(qiáng)烈引發(fā)炎癥，幫助組織應(yīng)對損傷；另一方面，鐵死亡本身難以清除，且容易受到起反作用的細(xì)胞殘骸分解的影響，無疑會妨礙炎癥的消退。
圖1 鐵死亡性壞死在炎癥組織損傷中的作用
2. 通過自由基捕獲手性聚合物膠束減輕不受控制的炎癥
不受控制的炎癥的特征是氧化應(yīng)激與炎癥反應(yīng)之間的相互作用。鐵死亡細(xì)胞在不受控制的炎癥中起著關(guān)鍵作用。因此，抑制鐵死亡能夠控制過度炎癥，但小分子抑制劑在細(xì)胞膜中的停留時間較短。為了解決這一挑戰(zhàn)，天津大學(xué)藥物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院Yanjun Zhao團(tuán)隊通過模仿嵌入螺旋蛋白的細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)，設(shè)計了手性自由基捕獲聚合物[2]。這些聚合物被調(diào)整為呈現(xiàn)α-螺旋構(gòu)象，從而提高了疏水性、延長了膜保留時間，并增強(qiáng)了脂質(zhì)自由基捕獲能力(圖2)。手性聚合物具有兩親性，自組裝形成的膠束表現(xiàn)出延長的血液循環(huán)。在脂多糖誘導(dǎo)的巨噬細(xì)胞和小鼠模型中，手性聚合物膠束有效地抑制了鐵死亡并抑制了炎性細(xì)胞因子。這項研究為通過抗鐵死亡減輕不受控制的炎癥提供了一種創(chuàng)新手段。
圖2 手性聚合物膠束通過延長膜保留和增強(qiáng)自由基清除來減少炎癥和抑制鐵死亡
3. NINJ1在鐵死亡過程中誘導(dǎo)質(zhì)膜破裂和DAMPs的釋放
鐵死亡是一種由鐵依賴性氧化磷脂在細(xì)胞膜中積累所引發(fā)的受調(diào)控的壞死性細(xì)胞死亡，最終導(dǎo)致質(zhì)膜破裂(PMR)和細(xì)胞溶解。然而，鐵死亡相關(guān)的PMR是否也由蛋白質(zhì)主動執(zhí)行或由滲透壓驅(qū)動尚不清楚。瑞士洛桑埃帕林格斯大學(xué)免疫生物學(xué)系Petr Broz團(tuán)隊研究了 ninjurin-1(NINJ1)在鐵死亡中的潛在作用[3]。NINJ1在鐵死亡過程中發(fā)生寡聚化，并且Ninj1缺陷可保護(hù)巨噬細(xì)胞和成纖維細(xì)胞免受鐵死亡相關(guān)的PMR(圖3)。從機(jī)制上講，NINJ1對鐵死亡的初始步驟(如脂質(zhì)過氧化、通道介導(dǎo)的鈣內(nèi)流和細(xì)胞腫脹)并非必需。相反，NINJ1對早期質(zhì)膜完整性的喪失是必需的，這發(fā)生在完全PMR之前。此外，NINJ1介導(dǎo)鐵死亡細(xì)胞釋放胞質(zhì)蛋白和損傷相關(guān)分子模式(DAMP)分子，這表明靶向NINJ1可能是減輕鐵死亡相關(guān)炎癥的一種治療選擇。
圖3 NINJ1調(diào)控巨噬細(xì)胞和成纖維細(xì)胞鐵死亡時的質(zhì)膜通透性
云克隆不僅可提供多種炎癥性疾病動物模型，包括結(jié)腸炎、類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎、骨關(guān)節(jié)炎、胰腺炎、腎炎等，涵蓋常見炎癥性疾病。還具有各類炎癥性疾病和鐵死亡檢測指標(biāo)及上述HMGB1、TLR4、NLRP3、NINJ1等相關(guān)產(chǎn)品，可助力廣大科研工作者進(jìn)行鐵死亡與炎癥性疾病相關(guān)研究。
結(jié)腸炎小鼠模型
建模方法：
1. 小鼠術(shù)前12 h禁食，自由飲水。
2. 麻醉小鼠，小鼠取頭低尾高體位，將聚乙烯導(dǎo)管經(jīng)肛門緩慢插入結(jié)腸3cm并經(jīng)其注入5％乙酸0.4 mL，捏緊小鼠肛門倒提30 s后，注入生理鹽水lmL沖洗，正常組注入等量生理鹽水對照，造模結(jié)束后讓小鼠平躺，自然清醒，常規(guī)飼養(yǎng)。
3. 7d后摘眼球取血，靜止30min，4℃離心機(jī)3000r/min離心10min，分離出上層血清，置-80℃冰箱保存?zhèn)溆?。取小鼠肛門至盲腸末端的整個結(jié)腸和直腸段，預(yù)冷生理鹽水沖洗干凈，濾紙吸干，肉眼觀察各組小鼠結(jié)腸的大體改變，測量結(jié)腸長度及記錄濕重。剪取病變最嚴(yán)重的結(jié)腸1cm，4％多聚甲醛固定，石蠟包埋切片(厚4um)，HE染色。觀察病理改變，其余結(jié)腸置于-80℃冰箱備用。
類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎(RA)大鼠模型
建模方法：
麻醉大鼠，于右后足皮內(nèi)注射 0.1mL完全弗氏佐劑（CFA）致炎，從而建立大鼠佐劑性關(guān)節(jié)炎模型；對照組右后足趾皮下注射0.01mol/L冰醋酸0.1mL，以排除CFA中溶劑的致敏效應(yīng)。
參考文獻(xiàn)
[1] Davidson AJ, Heron R, Das J, Overholtzer M, Wood W. Ferroptosis-like cell death promotes and prolongs inflammation in Drosophila. Nat Cell Biol. 2024;26(9):1535-1544. (IF=17.3)
[2] Li Y, Wang J, Li Y, et al. Attenuating Uncontrolled Inflammation by Radical Trapping Chiral Polymer Micelles. ACS Nano. 2023;17(13):12127-12139. (IF=15.8)
[3] Ramos S, Hartenian E, Santos JC, Walch P, Broz P. NINJ1 induces plasma membrane rupture and release of damage-associated molecular pattern molecules during ferroptosis. EMBO J. 2024;43(7):1164-1186. (IF=9.4)