PLA2R1介导的ERK依赖性铁死亡：癫痫神经元损伤中的关键致病机制

《Experimental Cell Research》：PLA2R1-Mediated ERK-Dependent Ferroptosis: A Key Pathogenic Mechanism in Epileptic Neuronal Injury

癫痫中PLA2R1通过ERK依赖性ferroptosis促进神经元损伤，敲低PLA2R1可减轻癫痫发作 severity和神经元损伤，抑制ERK通路逆转损伤。

　　

陈虹|吴国航|宋千楠

黑龙江中医药大学第一附属医院儿科，中国黑龙江150040

摘要

背景

磷脂酶A2受体1（PLA2R1）在病理过程中起调节作用，但其在癫痫神经元损伤中的机制尚不清楚。本研究旨在阐明PLA2R1如何通过ERK依赖的铁死亡（ferroptosis）促进癫痫神经元损伤。

方法

使用卡尼酸（kainic acid）诱导的癫痫小鼠模型。通过qRT-PCR、Western blot和免疫荧光检测PLA2R1的表达。构建PLA2R1敲低和过表达载体以观察其对癫痫发作严重程度和神经元损伤的影响。分析了铁死亡相关指标（GPX4、ACSL4、PTGS2、MDA、ROS、GSH）。HT22细胞用于体外实验，验证谷氨酸（glutamate）和Erasstin诱导的铁死亡。使用抑制剂SCH772984验证ERK通路的参与。

结果

在癫痫组织中PLA2R1表达上调。PLA2R1敲低可延长癫痫发作潜伏期，降低发作强度，减轻神经元损伤，并抑制ERK激活。PLA2R1上调GPX4和GSH的表达，同时下调ACSL4、PTGS2、MDA和ROS的表达。PLA2R1过表达会加剧与铁死亡相关的神经元损伤。体外实验证实铁死亡诱导剂可上调PLA2R1的表达，而敲低PLA2R1可改善神经元存活。ERK抑制剂SCH772984可逆转PLA2R1过表达引起的神经元损伤。

结论

本研究确定了PLA2R1-MEK-ERK-铁死亡信号轴，表明PLA2R1通过激活ERK通路参与癫痫中的神经元铁死亡。PLA2R1的可成药性和ERK抑制剂的临床安全性为治疗转化提供了基础。

引言

癫痫是一种慢性神经系统疾病，其特征是反复发作的不可预测性癫痫发作，全球患病率约为0.5-1%，影响约7000万人[1]，[2]。癫痫不仅给患者带来身体痛苦，还严重影响其认知功能、社会适应能力和生活质量[3]。尽管现代医学在癫痫治疗方面取得了进展，但仍有约30%的患者对药物具有抗性，根本原因是对癫痫发病机制了解不足[4]。在癫痫发作期间，神经元损伤是核心病理特征，表现为神经元死亡、胶质细胞增殖、炎症反应和神经网络重构[5]。然而，导致神经元损伤的具体分子机制仍大部分未知[6]。

磷脂酶A2受体1（PLA2R1）是一种重要的180kDa I型跨膜糖蛋白，最初被发现是分泌型磷脂酶A2（sPLA2）的受体[7]，[8]。除了其在癌症和肾脏疾病中的已知作用[7]，[9]，[10]，新证据表明sPLA2-PLA2R1轴可能在神经系统疾病中发挥作用。分泌型磷脂酶A2已被证实与多种中枢神经系统（CNS）疾病中的神经炎症和神经元损伤有关。研究表明，sPLA2活性在脑损伤和神经退行性疾病中上调，导致氧化应激、脂质过氧化和神经元死亡[9]，[10]，[11]。值得注意的是，PLA2R1已被证明能在多种细胞类型中诱导活性氧（ROS）的产生和线粒体应激[8]，[12]，这些机制与神经元损伤高度相关。然而，PLA2R1在癫痫神经元损伤中的具体作用和分子机制尚未得到充分研究。

铁死亡是一种新型的调控性细胞死亡形式，其特征是铁依赖的脂质过氧化积累导致细胞死亡[13]，[14]。铁死亡在神经系统疾病中的作用受到越来越多的关注[15]，[16]。在缺血性中风研究中，铁死亡是神经元死亡的重要机制[17]。在阿尔茨海默病中，铁死亡参与神经退行性过程[18]，[19]。特别是在癫痫研究中，铁死亡的机制逐渐被揭示。铁死亡在癫痫发作后神经元损伤中的重要作用得到证实，发现GPX4活性降低是关键的致病因素[20]。抑制铁死亡可以减轻癫痫引起的神经元损伤[21]，[22]，[23]。最近的研究开始揭示磷脂酶A2酶与铁死亡之间的联系。磷脂酶A2家族成员，尤其是iPLA2β，已被确定为脂质过氧化和铁死亡的关键调节因子[24]，[25]。鉴于PLA2R1调节ROS的产生和氧化应激，而铁死亡主要由铁依赖的脂质过氧化驱动，PLA2R1可能调节铁死亡途径是生物学上合理的。此外，磷脂酶A2-花生四烯酸途径与铁死亡中的脂质过氧化过程有关[26]，[27]。ERK1/2信号通路是一种重要的细胞内丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶级联反应，参与细胞增殖、分化、凋亡和炎症反应等多种生物过程[28]，[29]。在神经系统中，ERK通路的异常激活与多种神经系统疾病密切相关[30]，[31]。ERK通路与铁死亡之间存在密切联系。ERK通路可以调节GPX4的表达并影响铁死亡过程[32]，[33]。Su等人（2019年）进一步证实ERK激活可以促进脂质过氧化和铁死亡[34]，[35]。这些发现为理解ERK-铁死亡轴在神经系统疾病中的作用提供了重要线索。

尽管已经有一些关于PLA2R1、ERK通路和铁死亡在神经系统疾病中各自作用的研究，但它们之间的相互作用仍不清楚。鉴于：（1）sPLA2-PLA2R1轴参与神经炎症和神经元氧化损伤；（2）PLA2R1诱导ROS的产生和线粒体应激；（3）磷脂酶A2酶调节脂质过氧化和铁死亡；（4）ERK通路调节氧化应激和铁死亡，我们假设PLA2R1可能通过ERK依赖的机制在癫痫中作为连接神经元兴奋毒性と铁死亡的新上游调节因子。然而，关于PLA2R1-ERK-铁死亡轴在癫痫神经元损伤中的直接实验证据尚缺乏。

基于上述科学问题，本研究旨在探讨PLA2R1通过ERK依赖的铁死亡促进癫痫神经元损伤的分子机制。本研究揭示了PLA2R1-ERK-铁死亡调节轴的作用机制，为癫痫发病机制研究提供了新的理论框架。这有助于填补关于PLA2R1在神经系统疾病中作用的知识空白，深入理解铁死亡调节网络的理论内涵。本研究为癫痫发病机制研究提供了新的理论证据，并为开发新的癫痫治疗策略奠定了基础。

生物信息学分析

使用GEO2R在线分析软件（https://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/geo2r/）分析从GEO数据库下载的芯片（GSE197015）中的差异表达基因。差异表达基因的筛选标准为：P < 0.05，|logFC| ≥ 1。GO富集分析包括3个模块：生物过程（BP）、细胞成分（CC）和分子功能（MF）。KEGG可以在分子通路水平上研究特定生物过程。P < 0.05

PLA2R1在癫痫中高表达并与神经元损伤相关

为了研究癫痫中的关键基因表达变化及其与神经元损伤的关系，首先对KA诱导的癫痫小鼠模型进行了全基因组表达谱分析（数据来源：GSE197015）。生物信息学分析结果显示，主成分分析（PCA）能够有效区分对照组和癫痫模型组样本，表明两组之间存在显著的转录组差异（图1A）。聚类

讨论

本研究探讨了PLA2R1通过ERK依赖的铁死亡参与癫痫神经元损伤的分子机制，为癫痫发病机制研究提供了理论证据。结果表明，PLA2R1在癫痫中表达上调，并通过激活ERK信号通路促进铁死亡的发生，最终导致神经元损伤加剧。这一发现揭示了癫痫神经元损伤的新机制，同时也确定了重要的

结论

本研究通过体内和体外实验探讨了PLA2R1通过ERK依赖的铁死亡促进癫痫神经元损伤的分子机制。研究发现，PLA2R1在癫痫中表达上调，其基因敲低可改善癫痫发作参数并减轻神经元损伤，而PLA2R1过表达则产生相反的效果。机制研究表明，PLA2R1调节关键铁死亡因子GPX4、ACSL4和PTGS2的表达

利益冲突

作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。

CRediT作者贡献声明

宋千楠：撰写——初稿、可视化、验证、监督、资源管理、项目管理、正式分析。吴国航：撰写——初稿、可视化、验证、软件使用、资源管理、方法学研究、调查、正式分析、数据管理。陈虹：撰写——审稿与编辑、撰写——初稿、可视化、验证、监督、资源管理、项目管理、调查、资金争取、正式分析、数据管理，

伦理批准和参与同意

所有动物实验均符合天津医学实验动物护理的指南，动物实验方案获得了益生源基因技术（天津）有限公司（YSY-DWLL-2024515号协议）的机构动物护理和使用委员会的批准。

出版同意

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资助

作者感谢黑龙江省自然科学基金（编号LH2023H074）、黑龙江省卫生健康委员会的项目（编号20230202040115）以及黑龙江省中医药研究项目（编号ZHY2024-047）的支持。

利益冲突声明

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致谢

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