中药单体1区: 槲皮素通过调节铁蛋白吞噬和细胞内铁外排抑制铁死亡,减轻LPS/iE DAP诱导的肝损伤

【写在前面】：本期推荐的是由南京农业大学兽医学院动物健康与安全教育部国际联合研究实验室等研究团队合作近期发表于Redox Biology(IF10.7）的一篇文章，揭示槲皮素通过调节铁蛋白吞噬和细胞内铁外排抑制铁死亡,减轻LPS/iE DAP诱导的肝损伤。

【期刊简介】

【题目及作者信息】

Quercetin alleviates LPS/iE-DAP-induced liver injury by suppressing ferroptosis via regulating ferritinophagy and intracellular iron efflux

瘤胃生态失调引起的肝损伤在奶牛中很普遍，但其潜在机制尚不完全清楚。铁死亡是一种新发现的程序性细胞死亡形式，与凋亡和坏死不同，新兴研究表明它与各种肝脏疾病有关。在本研究中，脂多糖（LPS）和γ-D-谷氨酰-中-二氨基庚二酸（iE-DAP）分别用于建立牛肝细胞和小鼠的肝损伤体外和体内模型。观察到单独使用非细胞毒性iE-DAP不会影响脂质过氧化或GPX4，但会加剧LPS诱导的铁中毒和肝细胞损伤。值得注意的是，与LPS和iE-DAP（LPS/iE-DAP）联合治疗诱导的肝细胞损伤可通过铁蛋白沉积抑制剂ferrostatin-1（Fer-1）的干预得到缓解。从机制上讲，活化的IL-6/STAT3信号通路被发现介导LPS/iE-DAP诱导的铁下垂。通过IL6和STAT3敲除或药物干预抑制IL-6/STAT3，可以减少Fe2+的积累，减轻铁细胞死亡。进一步的研究发现，IL-6/STAT3信号传导增强了铁素体吞噬并损害了铁的输出。无论是通过敲除NCOA4来破坏铁素体吞噬，还是通过敲除HAMP来恢复铁输出，都可以缓解细胞内铁超载并抑制铁死亡。具体而言，LPS/iE-DAP处理增加了hepcidin和ferroportin之间的相互作用，促进ferroporting泛素化和降解，从而阻断铁外流。此外，我们提供了一些证据来证明槲皮素预处理通过在体外和体内靶向IL-6/STAT3信号传导减少肝脏铁积聚，减轻了LPS/iE-DAP诱导的铁中毒和肝损伤，而添加重组牛IL-6可以逆转这种作用。基于这些发现，我们得出结论，LPS/iE-DAP通过调节IL-6/STAT3/吞噬铁依赖性铁释放和IL-6/STAT3/hepcidin/ferroportin依赖性铁输出引发铁下垂，从而诱导肝损伤，而槲皮素可以通过IL-6/STAT3信号通路抑制铁死亡来减轻这种肝损伤。本研究为瘤胃生态失调诱导肝损伤的机制提供了新的见解，并为瘤胃生态紊乱诱导的肝损伤提供了一种有前景的解决方案。

图文摘要

【前言】

肝损伤是奶牛常见的疾病，有多种原因。除了脂肪肝，瘤胃生态失调已被确定为肝损伤的重要因素。饲喂高谷物日粮是增加产奶量的有效策略，但通常会导致瘤胃生态失调，其特征是瘤胃pH值降低、瘤胃上皮损伤和瘤胃微生物裂解。来自裂解瘤胃细菌的致病代谢物，包括脂多糖（LPS），从瘤胃转移到血液中，随后到达肝脏，造成巨大负担，并可能导致肝损伤。许多研究已经达成共识，瘤胃来源的LPS是导致肝损伤的因素之一。持续暴露于LPS会损害肝功能并诱导炎症反应。我们之前发表的研究也证实了瘤胃生态失调动物的肝损伤和门静脉LPS含量增加。除了LPS，γ-D-谷氨酰-中二氨基庚二酸（iE-DAP）是瘤胃中的另一种致病代谢产物。iE-DAP是一种二肽，位于革兰氏阴性菌和大多数革兰氏阳性菌的肽聚糖内。它可以被核苷酸寡聚结构域结合蛋白1（NOD1）识别，NOD1是一种特定的细胞质受体，因此激活下游核因子κB（NF-κB）并促进炎性细胞因子的转录。我们之前的研究证实，iE-DAP可诱导牛乳腺上皮细胞的炎症损伤。广泛的研究集中在LPS在瘤胃生态失调诱导的肝损伤中的作用，而iE-DAP对这一病理过程的贡献在很大程度上被忽视了。

槲皮素是一种富含水果和蔬菜的黄酮类化合物。近年来，槲皮素因其抗炎、抗氧化、抗病毒和抗癌特性而受到广泛关注。研究表明，槲皮素可以通过改善炎症和氧化应激来缓解脂肪肝。此外，最近的研究结果表明，槲皮素通过抑制铁死亡来减轻脱氧雪腐镰刀菌烯醇诱导的肠损伤和丙烯酰胺诱导的肝损伤，表明铁死亡是槲皮素的潜在靶点。然而，槲皮素是否可用于治疗瘤胃生态失调引起的肝损伤仍有待研究。

本研究旨在探讨LPS和iE-DAP联合治疗引发的肝损伤。为此，用LPS和iE-DAP处理牛肝细胞，以模拟瘤胃来源的致病代谢物引起的奶牛肝损伤，并研究了铁死亡和铁代谢。接下来，用槲皮素预处理肝细胞，以评估槲皮素对LPS/iE-DAP诱导的铁中毒和肝细胞损伤的影响，并探讨其潜在机制。最后，在小鼠中建立了肝损伤模型，并口服槲皮素以进一步验证体外研究结果。这项研究为奶牛瘤胃生态失调引起的肝损伤的机制提供了新的见解，并为减轻这种疾病提供了一种有前景的方法。

【结果部分】

1.iE-DAP加重了脂多糖诱导的肝细胞铁死亡。

2.Fer-1干预抑制LPS/iE-DAP治疗的肝细胞的铁死亡，减轻细胞损伤。

3.静态干预抑制LPS/iE-DAP诱导的肝细胞铁死亡。

4.抑制IL-6可以抑制LPS/iE-DAP处理的肝细胞的铁死亡。

5.NCOA4敲低阻断了LPS/iE-DAP诱导的铁蛋白吞噬。

6.抑制铁蛋白吞噬可减轻LPS/ie-dap诱导的细胞铁死亡。

7.铁外排阻断有助于LPS/iE-DAP诱导的细胞铁死亡。

8.槲皮素可减弱LPS/iE-DAP诱导的细胞铁死亡。

9.槲皮素在LPS/iE-DAP处理的肝细胞中，抑制IL-6/STAT3信号通路，阻断铁蛋白吞噬通量，抑制脂质过氧化，恢复系统xc-GPX4。

【结论与讨论】

综上所述，本研究通过LPS和iE-DAP的联合建立了一种新的肝损伤模型。我们的研究结果表明，添加非细胞毒性剂量的iE-DAP会加重LPS诱导的肝细胞损伤，这是由铁死亡介导的。从机制上讲，LPS/iE DAP治疗增加了IL-6水平并激活了STAT3，从而增强了铁蛋白吞噬和细胞内铁外流阻断。铁稳态的这种破坏导致细胞铁积累，脂质过氧化增加，最终引发铁细胞死亡。此外，我们证明槲皮素是一种天然化合物，可以通过在体内和体外调节IL-6/STAT3依赖性铁蛋白吞噬和hepcidin/FPN依赖性铁外排来缓解LPS/iE-DAP诱导的肝损伤和铁死亡。总的来说，我们的研究为肝脏损伤发生的机制提供了新的视角，并为瘤胃生态失调的奶牛肝脏损伤提供了潜在的解决方案。

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