白藜芦醇通过抑制HIF-1α和HMOX1通路，缓解了高葡萄糖引起的糖尿病视网膜神经元铁死亡

《Experimental Eye Research》：Resveratrol alleviated diabetic retinal neuronal ferroptosis induced by high glucose through inhibiting HIF-1α and HMOX1 pathway

糖尿病视网膜神经病变（DRN）的早期病理变化与铁死亡相关，白藜芦醇通过抑制HIF-1α和HMOX1缓解高糖诱导的体外铁死亡及糖尿病小鼠视网膜神经细胞损伤。

　　

孟叶|姜岩|龚红雅|吴超武|李涛|陈旭辉

中国湖北省武汉市华中科技大学同济医学院同济医院眼科

摘要

糖尿病视网膜病变（DR）是糖尿病的常见并发症，可能导致失明并影响患者的生活质量。高血糖引起的糖尿病视网膜神经变性（DRN）可能是血管损伤之前的早期病理变化。研究表明白藜芦醇对DRN具有治疗作用，但其机制尚不清楚。铁死亡是一种新的调控性细胞死亡形式，已被发现与DRN有关。在本研究中，我们利用生物信息学分析发现了白藜芦醇与DRN发病机制之间的遗传关联，并确定HIF-1α和HMOX1为关键基因。我们在高葡萄糖培养的SH-SY5Y细胞中建立了DRN的体外模型，观察到铁死亡过程表现为活性氧（ROS）积累和细胞线粒体损伤，同时HIF-1α和HMOX1的表达上调。白藜芦醇通过抑制HIF-1α和HMOX1减轻了高葡萄糖诱导的铁死亡现象。我们还在糖尿病（db/db）小鼠模型中证实了铁死亡过程和视网膜神经节细胞（RGC）损伤。糖尿病小鼠视网膜中也发现了HIF-1α和HMOX1的表达上调。通过给予白藜芦醇，糖尿病小鼠模型的RGC损伤得到缓解，视网膜中HIF-1α和HMOX1的表达水平下降。我们的研究揭示了铁死亡过程在视网膜神经变性中的作用，可能为糖尿病视网膜病变的神经保护干预提供新的见解。

引言

糖尿病视网膜病变（DR）是糖尿病（DM）的主要并发症之一，其特征是视网膜微血管病变，是全球工作年龄成人失明的主要原因（2021）。据预测，全球糖尿病患病率将从2019年的4.63亿例激增至2045年的7亿例（Saeedi等，2019），大约三分之一的糖尿病患者会患有糖尿病视网膜病变（Teo等，2021）。目前的疗法如激光光凝、玻璃体切割术、抗VEGF药物等仅针对疾病的晚期阶段（Oshitari，2021；Sun等，2023）。因此，深入探索和早期干预疾病进展非常重要。越来越多的证据表明，在高葡萄糖刺激下，视网膜神经变性可能先于血管损伤发生（Sachdeva，2021；Wu和Mo，2023）。这种早期病理变化称为糖尿病视网膜神经变性（DRN），正受到越来越多的关注（Rolev等，2021；Wu和Mo，2023；Zafar等，2019）。然而，DRN的确切机制仍不清楚，需要进一步研究。一些文献报道，使用神经保护剂对DR的预后有益（Simó等，2022），但仍需要开发更安全有效的药物。

铁死亡是一种新的调控性细胞死亡形式，已被发现与DR有关（Li等，2023a）。细胞内铁过载会导致氧化应激和活性氧（ROS）积累，进而引发脂质过氧化，最终导致膜破裂和细胞死亡（Dixon等，2012）。高血糖已被证实与铁过载和脂质过氧化相关，且铁死亡过程在多种糖尿病并发症中均有发现（Yang和Yang，2022）。视网膜神经节细胞（RGC）对视网膜微环境非常敏感，过量的葡萄糖和ROS积累可导致RGC损伤，从而引发DRN（Potilinski等，2020）。铁死亡与高葡萄糖诱导的RGC损伤之间的关联及其调控机制需要进一步研究。

白藜芦醇是一种具有强大抗氧化特性的天然多酚（Zhang等，2021a）。许多研究揭示了其多种生物学活性，包括神经保护和心脏保护、抗衰老、抗癌和抗糖尿病作用（Shakibaei等，2009）。临床研究表明，口服白藜芦醇可有效改善糖尿病患者的预后（Singh等，2019）。白藜芦醇还因其抗炎和神经保护作用而对多种眼部疾病具有益处（Bryl等，2022）。铁死亡过程与氧化应激密切相关，而白藜芦醇的抗氧化机制表明其在铁死亡调控中的潜在作用。许多研究证实了白藜芦醇对铁死亡过程的抑制作用（Li等，2023c，2023b；Wang等，2022）。然而，白藜芦醇在DRN中的作用及其与铁死亡的关系尚不明确。

在本研究中，我们利用生物信息学分析发现了铁死亡与DRN之间的联系，并确定了两个关键分子HIF-1A和HMOX1。接下来，我们观察到高葡萄糖诱导的SH-SY5Y细胞和糖尿病小鼠RGC中的铁死亡现象，以及HIF-1A和HMOX1的表达上调。白藜芦醇通过抑制HIF-1A和HMOX1显著减少了铁死亡过程，从而缓解了糖尿病小鼠模型中的RGC损伤。这些观察结果有助于理解DRN的进展，并为DR治疗提供新的见解。

部分摘录

动物

我们从GemPharmatech（中国江苏南京）购买了BKS-db（BKS-Lepr^em2Cd479/Gpt）转基因小鼠和年龄匹配的非糖尿病（db/+）小鼠。所有实验动物均饲养在同济医学院动物中心，处于12小时光照/黑暗循环环境中，可自由获取食物和水。动物被随机分配到实验组和对照组，每组包含8到10只动物。通过喂养8周大的db/db小鼠建立了糖尿病小鼠模型

白藜芦醇可能与糖尿病视网膜病变相关

白藜芦醇是一种多酚类植物抗毒素（trans-3,4,5-三羟基芪），由两个芳香环通过亚甲基桥连接而成（图1A）。为了进一步探讨白藜芦醇与DRN之间的潜在关联，我们在数据库中搜索了白藜芦醇（RSV）的靶基因和DRN的相关基因。如图1B所示，共捕获了5869个RSV靶基因和1062个DRN相关基因。通过Venn分析得到了这些基因的交集，共鉴定出435个基因

讨论

在本研究中，我们确定了白藜芦醇在体外和体内对糖尿病视网膜神经变性（DRN）的保护作用。首先，我们通过生物信息学分析确定了HIF-1A和HMOX1在铁死亡和DRN中的关键作用。接着，我们观察到高葡萄糖处理的SH-SY5Y细胞中的铁死亡现象，同时HIF-1A和HMOX1的表达上调。白藜芦醇通过抑制HIF-1A和HMOX1减轻了高葡萄糖诱导的铁死亡现象。

CRediT作者贡献声明

姜岩：验证、资源获取、项目管理、资金筹措。李涛：撰写——审稿与编辑、数据可视化、验证、项目管理、资金筹措。陈旭辉：撰写——审稿与编辑、数据可视化、项目管理、方法学研究、资金筹措。龚红雅：监督、资源管理、项目管理。吴超武：监督、软件使用、资源管理、项目管理。孟叶：撰写——初稿撰写

未引用的参考文献

2021..

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金（编号：82000927）和湖北省自然科学基金（编号：2020CFB208、2024AFB912和2023AFB901）的资助。