《Redox Biology》：Ferrostatin-1 Protects Against Early Sepsis-Induced Acute Lung Injury by Suppressing Lipid Peroxidation–Driven NINJ1-Mediated DAMP Release and Neutrophil Activation
编辑推荐：
本研究聚焦于脓毒症诱导的急性肺损伤（ALI）这一临床难题。研究人员围绕脂质过氧化在疾病早期的作用，探讨了自由基捕获抗氧化剂Ferrostatin-1（Fer-1）的保护机制。结果表明，Fer-1在盲肠结扎穿孔（CLP）模型中能显著提高生存率、减轻肺组织损伤。其核心机制在于：一方面，Fer-1通过抑制脂质过氧化，阻断了NINJ1介导的细胞膜破裂及损伤相关分子模式（DAMP）的释放，从源头上遏制了炎症级联的启动；另一方面，Fer-1能直接抑制中性粒细胞内JNK/p38通路，降低IL-1β、IL-6等促炎因子的产生，从而中断炎症的正反馈放大。该研究揭示了Fer-1作为双重作用调节剂，通过干预“脂质过氧化-NINJ1-DAMP释放”轴，为脓毒症ALI的早期防治提供了新靶点和策略，具有重要的理论意义和潜在转化价值。
脓毒症，一种由感染引发的宿主反应失调导致的危及生命的器官功能障碍，至今仍是全球重症监护室内死亡的主要原因。其中，肺部是最易受累的器官之一，常发展为急性肺损伤（ALI）或其更严重的形式——急性呼吸窘迫综合征（ARDS）。尽管重症医学不断进步，针对脓毒症ALI潜在机制的有效药物治疗方案仍然稀缺，探索新的治疗靶点迫在眉睫。
脓毒症ALI的病理生理过程犹如一场失控的“炎症风暴”。初始的打击（如缺血、活性氧ROS）可诱发肺上皮和内皮细胞的程序性坏死，导致细胞膜破裂，释放出损伤相关分子模式（DAMPs），如双链DNA（dsDNA）和高迁移率族蛋白B1（HMGB1）。这些DAMPs如同警报信号，激活肺泡巨噬细胞，使其产生大量趋化因子（如CXCL1, CXCL2），将循环中的中性粒细胞“招募”至肺部。被招募来的中性粒细胞在清除病原体的同时，会释放细胞毒性物质（如活性氧、蛋白酶）以及更多的促炎细胞因子（如IL-1β, IL-6, TNF-α），这虽然旨在防御，却不可避免地造成肺组织“误伤”，并进一步招募更多的中性粒细胞，形成一个自我放大的恶性循环，最终导致肺泡-毛细血管屏障破坏和难治性肺水肿。因此，干预这一循环的初始环节（DAMP释放）或其放大环节（中性粒细胞过度活化），可能具有治疗潜力。
在这一复杂的病理网络中，脂质过氧化——一种由自由基攻击细胞膜不饱和脂肪酸引发的链式反应——被认为是导致细胞膜损伤和多种细胞死亡方式（如铁死亡）的关键环节。Ferrostatin-1（Fer-1）是一种强效的亲脂性自由基捕获抗氧化剂，能有效抑制脂质过氧化，其在多种器官损伤模型（如缺血再灌注损伤、呼吸机相关肺损伤）中已显示出保护作用。然而，Fer-1在脓毒症早期（特别是症状显现前的数小时内）对ALI的保护作用及其具体机制，尤其是其是否影响DAMP释放和中性粒细胞早期活化，尚不清楚。
为了回答这些问题，一项发表在《Redox Biology》上的研究应运而生。研究人员利用临床相关性高的小鼠盲肠结扎穿孔（CLP）模型模拟 polymicrobial sepsis（多种微生物引起的脓毒症），并重点观察了CLP后6小时这一早期时间点的肺组织变化。
研究人员开展研究用到以下几个主要关键技术方法：
本研究主要采用了小鼠CLP脓毒症模型。通过RNA测序（RNA-seq）分析了肺组织转录组变化。利用体外细胞模型（HeLa-YFP细胞、A549肺上皮细胞）进行了YFP淬灭实验、碘化丙啶（PI）摄取和dsDNA释放检测，以评估细胞膜完整性和DAMP释放。通过小干扰RNA（siRNA）敲低NINJ1基因，并进行了基因上位性分析。分离小鼠原代腹膜中性粒细胞，使用脂多糖（LPS）刺激，并通过定量PCR（qPCR）、酶联免疫吸附试验（ELISA）和BODIPY 581/591 C11荧光探针检测细胞因子表达、分泌及脂质过氧化水平。使用免疫组织化学/免疫荧光法对肺组织切片进行Ly6G（中性粒细胞标记）和CD45（白细胞共同抗原）染色及定量分析。
3. 结果
3.1. Fer-1改善CLP诱导的脓毒症生存率并减轻脓毒症诱导的肺损伤
研究首先证实，在CLP模型中，预给予Fer-1（5 mg/kg）能显著提高小鼠48小时生存率，并降低临床脓毒症评分。在CLP后6小时，肺组织学分析显示，Fer-1治疗显著减轻了ALI，保留了肺泡结构。在转录水平上，CLP显著诱导了肺组织中IL-1β、IL-6和TNF-α等关键促炎细胞因子的上调，而Fer-1预处理显著减弱了这种上调。同时，Fer-1还能有效逆转CLP引起的脂质氧化和铁代谢相关基因（如Gpx4, Ptgs2, Slc7a11, Hmox1, Fth1）的表达失调。
3.2. Fer-1处理的脓毒症肺显示出促炎细胞因子和趋化因子特征减弱的转录组谱
肺组织RNA测序分析揭示，CLP诱导了大规模的转录组改变（超过4000个基因差异表达）。Fer-1处理逆转了其中1185个基因的表达。基因本体（GO）和京都基因与基因组百科全书（KEGG）通路富集分析显示，这些被Fer-1逆转的基因显著富集于炎症反应、细胞趋化、细胞因子活性以及IL-17、TNF、NF-κB、Toll样受体和趋化因子信号通路。值得注意的是，“铁死亡”通路也被显著富集。qPCR验证进一步证实，Fer-1能广泛且显著地抑制CLP诱导的多种CXC家族（如Cxcl1, Cxcl2, Cxcl3）和CC家族（如Ccl2, Ccl3, Ccl4, Ccl7）趋化因子及其部分受体（如Ccr1, Ccr5）的表达。此外，介导裂解性细胞死亡中DAMP释放的关键蛋白NINJ1的mRNA在CLP肺组织中显著上调。
3.3. Fer-1特异性减少脓毒症肺中的中性粒细胞浸润
基于转录组显示的炎症和趋化因子特征减弱，研究人员通过免疫组化检测发现，CLP后6小时，肺组织中Ly6G+中性粒细胞密度急剧增加，而Fer-1治疗显著降低了这种中性粒细胞浸润。CD45+白细胞的总浸润也呈现类似趋势。这表明Fer-1在疾病早期即能有效抑制中性粒细胞向肺组织的募集。
3.4. Fer-1通过NINJ1通路保护细胞膜完整性并减少DAMP释放
体内实验观察到Fer-1抑制中性粒细胞浸润，而该过程常由受损细胞释放的DAMPs触发。为了探究Fer-1是否影响DAMP释放，研究采用了体外实验。使用Hela-YFP细胞膜完整性测定（YFP淬灭实验）、PI摄取和dsDNA释放检测，发现Fer-1能显著保护细胞免受RSL3（一种GPX4抑制剂，诱导铁死亡）和4HNE（脂质过氧化毒性产物）引起的膜损伤。进一步机制探讨发现，敲低NINJ1能部分模拟Fer-1的保护作用，减轻膜损伤和dsDNA释放。重要的是，上位性分析显示，在NINJ1敲低的细胞中，Fer-1未能提供额外的保护作用，表明Fer-1的作用位于NINJ1的上游。Fer-1同样能抑制RSL3诱导的A549肺上皮细胞发生裂解性死亡和DAMP（dsDNA和乳酸脱氢酶LDH）释放，但在肺内皮细胞中未观察到明显保护作用，提示肺上皮细胞是Fer-1作用的关键靶细胞。
3.5. Fer-1在体外直接抑制中性粒细胞炎症反应
除了通过减少DAMP释放间接影响中性粒细胞募集，Fer-1是否直接作用于中性粒细胞？研究发现，在LPS刺激的小鼠原代中性粒细胞中，Fer-1处理能剂量依赖性地抑制IL-1β和IL-6的mRNA表达和蛋白质分泌，并对CXCL1和CCR5的表达有抑制作用。Fer-1本身能降低中性粒细胞的基础脂质过氧化水平。机制上，使用JNK/p38通路激动剂Anisomycin可完全逆转Fer-1对IL-1β和IL-6表达的抑制作用，表明Fer-1通过抑制ROS依赖的JNK/p38信号通路活化，直接削弱了中性粒细胞的炎症反应。
4. 讨论与结论
本研究系统地阐明了Fer-1在脓毒症早期ALI中的保护作用及双重机制。在CLP后6小时这个早于死亡率出现的阶段，Fer-1即能显著改善生存率、减轻肺组织损伤和炎症反应。其核心机制在于：一方面，Fer-1作为强效的自由基捕获抗氧化剂，通过抑制脂质过氧化，阻断了其下游效应分子NINJ1介导的细胞膜破裂和大型DAMP（如dsDNA）的释放，这主要发生在脂质过氧化敏感的肺上皮细胞中。这一作用从源头上切断了启动中性粒细胞招募的初始警报信号。另一方面，Fer-1能直接作用于中性粒细胞，通过降低脂质过氧化水平和抑制JNK/p38信号通路，减少IL-1β、IL-6等关键促炎细胞因子的产生，从而中断了中性粒细胞驱动的炎症放大环路。
综上所述，该研究不仅证实了Fer-1在脓毒症早期ALI中的保护作用，更重要的是揭示了一条新的“脂质过氧化-NINJ1-DAMP释放”轴在驱动早期炎症级联中的关键作用。Fer-1作为一种双重作用调节剂，能同时干预炎症循环的“上游”触发点和“下游”放大器。这些发现深化了对脓毒症ALI早期发病机制的理解，强调了靶向早期脂质过氧化和DAMP介导的炎症环路的重要性，为开发针对脓毒症ALI的早期干预策略提供了新的理论依据和潜在靶点。鉴于脂质过氧化标记物和NINJ1在脓毒症患者中表达上调，该轴可能具有重要的临床转化意义。
