JCI Insight（if8.315）
Mitochondria-dependent ferroptosis plays a pivotal role in doxorubicin cardiotoxicity
背景介绍
阿霉素(DOX)是一种化疗药物，可引起心脏毒性，导致进行性、慢性、危及生命的心肌病，称为DOX诱导的心肌病(DIC)。DIC是一种致命性心肌病，与其他心肌病相比预后更差，并且由于其心脏毒性限制了DOX在恶性肿瘤中的应用。铁死亡是一种铁依赖的调节性细胞死亡(RCD)，可以通过铁螯合来预防，目前被认为是RCD的一种形式，它是致命的脂质氧化的结果。因此，用作亲脂性自由基捕获抗氧化剂(RTA)的铁抑素-1(Fer-1)可以预防铁死亡。Gpx4是脂质过氧化物(LPs)的内源性清除剂，是铁死亡的关键调节因子。有证据表明，大多数铁死亡诱导剂是Gpx4的直接或间接抑制剂，许多铁死亡抑制剂是脂质过氧化的抑制剂，如RTAs。
研究结果
1.Gpx4的下调和LPs的增加会导致DIC小鼠的心脏损伤。
图1.
2.Gpx4是DIC发生发展过程中的重要调控因子。
图2.
图3.
3.铁死亡与DOX诱导培养的心肌细胞死亡有关。
图4.
4.DOX诱导的铁死亡在线粒体中被触发。
图5。
图6.
5.线粒体中与亚铁离子(Fe2+)的螯合作用，而不是与铁离子(Fe3+)的螯合作用，可以防止DOX诱导的脂多糖(LPs)和铁死亡。
图7.
考虑到铁在Fenton反应中作为脂多糖来源的作用，DOX处理下的铁的动力学可能与生理条件下的不同，因为DOX本身是Fe3+的螯合剂，并形成DOX-Fe3+络合物。DOX-Fe3+以氧浓度依赖的方式被还原为DOX-Fe2+络合物，然后它产生羟基自由基(OH-)，导致LPs的产生，这表明DOX-Fe2+而不是游离Fe2+在DOX相关LP的产生中起核心作用。此外，DOX可以直接从铁蛋白(29)中提取Fe3+，这表明DOX在没有游离Fe3+的情况下形成DOX-Fe3+络合物，在DOX处理下，游离Fe2+和Fe3+可能不是DOX-Fe络合物形成和LP产生所必需的。事实上，先前报道使用邻菲咯啉(BPS)螯合Fe2+可以通过抑制DOX-Fe2+有效地阻止DOX诱导的LPs。因此，我们假设与Fe2+的螯合可以防止DOX诱导的脂蛋白和铁死亡。为了研究螯合剂对抗Fe2+在DOX诱导的铁死亡中的作用，使用线粒体特异性Fe2+荧光指示剂Mito-FerroGreen(MFG)作为线粒体中Fe2+的螯合剂。这项检查显示，MFG处理显著阻止了DOX诱导的脂多糖和细胞死亡(图7，G-I)，表明DOX-Fe2+在线粒体中产生脂多糖，并诱导线粒体依赖性铁死亡。这些结果表明，DOX-Fe2+在DOX相关的Fenton反应中起中心作用，线粒体上针对Fe2+的螯合剂(而不是Fe3+)能有效地阻止DOX诱导的脂多糖和线粒体依赖性铁死亡。
铁死亡是DOX治疗后心肌细胞RCDS的主要形式。Fer-1、Ad-cell GPx4或Ad-mitoGPx4对铁死亡的抑制作用不能完全消除DOX诱导的细胞死亡。另一方面，在DOX诱导的心肌细胞中，caspases的裂解显著增加(图6A)，表明凋亡也是DOX诱导的细胞死亡中RCD的一种重要形式。此外，Zhang 等报道称，坏死也是DOX诱导细胞死亡的另一种形式的RCD。然而，用Necrostatin-1抑制RIP1K或敲除RIPK3对DOX诱导的细胞死亡没有显著的保护作用，而RIPK3敲除抑制了DOX诱导的caspase裂解，这表明在DOX治疗下，通过RIP3K的坏死是RCD的一种相对较小的形式，可能被认为是凋亡的一部分。表明DOX诱导的RCDS主要是细胞凋亡和铁死亡。为了阐明铁死亡与细胞凋亡的独立性，作者观察了Fer-1与凋亡抑制剂ZV AD-FMK(ZV AD)联合应用对DOX诱导的细胞死亡的影响。ZV AD处理可完全抑制DOX诱导的caspase裂解和caspase活性，而Fer-1则不能(图8，A和B)。此外，在DOX处理下，Fer-1没有减少胞浆中的细胞色素c，它代表线粒体依赖的凋亡(图8C)，以及用Annexin V结合标记的凋亡细胞的数量(图8D)。另一方面，Fer-1显著抑制了线粒体LP对DOX的反应，而ZV AD则没有(图8e)。这些结果表明，在DOX诱导的细胞死亡过程中，铁死亡的诱导不依赖于细胞凋亡。
图8.
为了探讨铁死亡在DOX诱导的心脏毒性和细胞凋亡中的意义，作者进一步检测了DOX处理后Gpx4和裂解caspases的时程，发现裂解caspases在DOX处理后10小时达到高峰，而Gpx4在DOX处理后30小时才逐渐下调(图9A)。作者还检测了Fer-1和/或ZV AD在每个时间点对DOX诱导的细胞死亡的影响，发现ZV AD或Fer-1部分阻止了DOX诱导的细胞死亡，而Fer-1和ZV AD同时抑制铁死亡和细胞凋亡在任何时间点都完全阻止了DOX诱导的细胞死亡(图9B)。这些结果表明铁死亡和细胞凋亡协同作用诱导DOX诱导的细胞死亡。根据图9B所示的数据，图9C总结了DOX诱导细胞死亡的机制，表明铁死亡和细胞凋亡是DOX治疗后任何时相DOX诱导的心肌细胞死亡的主要RCD形式。
图9.
总结
在本文，作者表明DOX下调谷胱甘肽过氧化物酶4(Gpx4)，并通过DOX-Fe2+复合物诱导线粒体过度脂质过氧化，导致线粒体依赖性铁死亡；还表明线粒体依赖性铁死亡是DOX心脏毒性的主要原因。DIC小鼠第14天左心室射血分数明显受损，出现纤维化和TUNEL+细胞。此外，铁死亡的内源性调节因子Gpx4表达下调，并伴有脂质过氧化物的积聚，尤其是线粒体。这些心脏损伤在Gpx4TG小鼠中得到改善，在Gpx4异源缺失小鼠中加重。在培养的心肌细胞中，针对线粒体Fe2+的Gpx4过表达或铁螯合可阻止DOX诱导的铁死亡，表明DOX引发了线粒体的铁死亡。此外，铁抑素-1和zVAD-FMK同时抑制铁死亡和细胞凋亡，可完全阻止DOX诱导的心肌细胞死亡。研究结果表明，线粒体依赖性的铁死亡在DIC的进展中起着关键作用，在DOX心脏毒性中，铁死亡是调节细胞死亡的主要形式。
【加入中医药交流群】添加小编微信邀请加入，也可由群友邀请加入，欢迎广大老师、朋友加入我们，加群请告知专业和单位。小编微信：1278317307
中药单体-IF11.8-1区：澳门大学等揭示青蒿素甲醚对脑缺血损伤的神经保护作用机制
2021-07-20
复方药理-IF7.553-1区：上海中医药等揭示黄芪多糖改善肥胖小鼠脂质代谢的微生物代谢相关机制
2021-07-19
IF7.561-2区：牛磺酸阻断线粒体自噬-糖酵解而拮抗巨噬细胞 M1 极化
2021-07-18
【IF5.396-1区】槲皮素纳米制剂：一种很有前途的肿瘤治疗策略
2021-07-16
复方药理if5.81-浙中医大：谷红注射液可维持脑微血管系统和线粒体完整性，保护脑缺血细胞凋亡
2021-07-15
版面可免-审稿极快-if5.8+Q1：淫羊藿苷降低SH-SY5Y细胞Glu诱导的兴奋性神经毒性
2021-07-12
复方药理-IF11.49-上交大+中科院：复方苦参注射液改善肝纤维化治疗肝癌作用机制
2021-07-09
复方中两味药的配伍规律怎么研究：以协和这篇文章为例-心可舒中丹参和葛根改善大鼠心肌缺血
2021-07-08
1.
8.
特别声明：以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布，本平台仅提供信息存储服务。
Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.
