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铁死亡抑制剂Fer-1通过激活SLC7A11/GSH/GPX4信号通路减轻败血症诱导的肺损伤，实验显示Fer-1显著提高生存率，降低炎症因子IL-6、TNF-α，改善肺湿干重比和支气管肺泡灌洗液蛋白浓度，抑制脂质过氧化和线粒体损伤。
作者：张海丹、李洪尧、刘世贤、郑佳辉、李培武
中国甘肃省兰州市兰州大学第二医院暨临床医学院急诊中心急诊医学重点实验室，邮编730000。
摘要
背景
铁死亡（Ferroptosis）越来越多地被认为是导致脓毒症诱导的肺损伤的病理机制。本研究探讨了铁死亡抑制剂Ferrostatin-1（Fer-1）通过调节溶质转运蛋白家族7成员11（SLC7A11）/谷胱甘肽（GSH）/谷胱甘肽过氧化物酶4（GPX4）信号通路来减轻肺损伤的机制。
方法
通过在大鼠中实施盲肠结扎和穿刺（CLP）实验，并用脂多糖（LPS）刺激MLE-12细胞，建立了体内和体外模型。随后分别使用Fer-1和Erasatin对这些模型进行干预。监测了脓毒症大鼠的7天生存率，并测量了血清中的白细胞介素-6（IL-6）和肿瘤坏死因子-α（TNF-α）水平。使用苏木精和伊红（H&E）染色对肺组织进行组织病理学检查，同时评估了肺湿/干重量（W/D）比和支气管肺泡灌洗液（BALF）中的蛋白质浓度以评估肺水肿。定量了亚铁离子（Fe2?）、前列腺素-内过氧化物合成酶2（PTGS2）和丙二醛（MDA）的水平。使用BODIPY? 581/591 C11荧光探针评估了脂质过氧化情况，并通过透射电子显微镜观察了线粒体的超微结构变化。此外，还测定了GPX4、SLC7A11和GSH的表达水平及其活性。
结果
(1) Fer-1的给药通过降低血清中的IL-6和TNF-α水平有效减轻了脓毒症大鼠的全身炎症，并显著提高了7天生存率。此外，Fer-1减轻了病理性的肺损伤，降低了肺的W/D比和BALF中的蛋白质浓度。在体外实验中，Fer-1处理增强了LPS刺激的MLE-12细胞的存活能力。
(2) 在脓毒症大鼠和LPS刺激的MLE-12细胞中激活了铁死亡。Fer-1处理减少了PTGS2、丙二醛和脂质过氧化等铁死亡标志物，缓解了线粒体损伤（表现为体积减小、膜密度降低、嵴减少和外膜破裂），并恢复了线粒体功能。此外，Fer-1增强了SLC7A11/GSH/GPX4信号通路中关键成分的表达。
结论
在脓毒症诱导的肺损伤中，与铁死亡相关的SLC7A11/GSH/GPX4信号通路被下调。Ferrostatin-1激活了这一通路并保护了肺部。
引言
脓毒症被定义为由于宿主对感染的免疫反应失调而引起的危及生命的器官功能障碍[1]。在脓毒症多器官功能障碍的相继发展中，肺部是最早且最容易受到损伤的器官之一[2][3]。脓毒症诱导的肺损伤是多器官功能障碍综合征（MODS）发展的重要风险因素，并与脓毒症患者的死亡率增加密切相关[4]。脓毒症诱导的肺损伤表现为肺部炎症、血管通透性增加、肺泡上皮损伤和呼吸功能受损。其发病机制复杂，涉及炎症失调、免疫失衡、细胞凋亡和凝血激活。确切的机制尚不清楚，有效的靶向疗法仍然缺乏[5][6]。最近的研究越来越多地强调了非凋亡性调控细胞死亡（RCD）通路在脓毒症诱导的肺损伤发病机制中的作用，突显了它们作为疾病进展的关键因素的潜力[7][8]。
铁死亡是一种以铁依赖性脂质过氧化为特征的调控性细胞死亡形式，于2012年首次被确认[9]。这种生物过程可以通过特定的铁死亡抑制剂有效抑制。近年来，越来越多的研究表明铁死亡在脓毒症的发病机制中起着关键作用[10][11][12]。此外，研究还证明了铁死亡抑制剂在减轻与脓毒症相关的器官损伤方面的治疗潜力[13][14][15]。作为铁死亡的抑制剂，Fer-1在各种肺损伤模型中显示出潜在的保护作用[16][17]。通过靶向铁过载，这些抑制剂可能减轻急性呼吸窘迫综合征（ARDS）的严重程度并改善患者预后[18]，表明它们作为脓毒症诱导的肺损伤治疗策略具有前景。
SLC7A11是半胱氨酸/谷氨酸反向转运系统Xc-的关键组成部分，该系统有助于细胞吸收半胱氨酸，这是GSH合成的必需前体。GPX4利用谷胱甘肽催化生物膜内的脂质过氧化物还原为无毒的脂质醇[12]。在生理条件下，SLC7A11、GSH和GPX4共同构成了一个重要的抗氧化防御系统，保护细胞免受氧化应激，并有助于维持细胞和系统的稳态[19][20]。在慢性肾病发病机制的研究中，发现抑制SLC7A11/GSH/GPX4轴会触发血管平滑肌细胞中的铁死亡，促进慢性肾病条件下的血管钙化。Zhang等人[21]证明，硫化氢可能通过调节SLC7A11/GSH/GPX4抗氧化通路来抑制多柔比星诱导的心肌细胞铁死亡，从而发挥心脏保护作用[22]。在卵巢癌治疗模型中，靶向和调节SLC7A11/GSH/GPX4抗氧化轴以诱导肿瘤细胞中的铁死亡被确定为一种潜在的治疗策略[23]。此外，观察到α9烟碱型乙酰胆碱受体的过表达可促进三阴性乳腺癌细胞的增殖，并通过SLC7A11/GSH/GPX4信号通路对其铁死亡产生负调控作用[24]。
类似地，多项研究探讨了SLC7A11/GSH/GPX4可能在脓毒症中导致器官损伤的潜在机制。Wu等人[25]证明，Maresin1可以通过激活SLC7A11/GPX4铁死亡信号通路来缓解海马神经炎症并改善脓毒症诱导的脑病相关的认知障碍。此外，适度低温可以抑制由过度炎症和氧化应激引发的铁死亡，从而减轻脓毒症引起的急性肺损伤。这种保护作用可能是通过调节SLC7A11/GPX4相关信号通路来实现的[26]。总之，调节SLC7A11/GPX4信号通路通过调控铁死亡水平，为减轻脓毒症中的器官损伤提供了一种有前景的治疗策略。
为了进一步阐明铁死亡在脓毒症诱导的肺损伤发病机制中的作用，并研究Fer-1是否通过上调SLC7A11/GPX4信号通路来抑制铁死亡从而对肺部产生保护作用，我们建立了体内和体外实验模型。通过给予Fer-1和Erasatin进行干预，系统地评估了炎症反应的变化、肺损伤标志物、铁死亡激活指标以及SLC7A11/GPX4信号通路中关键成分的表达水平。这些分析旨在评估Fer-1的治疗潜力并确定其潜在的分子机制。本研究旨在提供有力的科学证据，为脓毒症诱导的肺损伤的临床管理提供潜在的治疗策略。
伦理声明
所有涉及动物的实验程序均严格遵循《实验室动物管理条例》进行，并获得了兰州大学第二医院实验室动物伦理审查委员会的批准（批准编号：D2024-061）。体内研究遵循ARRIVE指南，安乐死操作符合美国兽医医学协会（AVMA）的“安乐死指南”。
动物和动物模型
雄性Sprague-Dawley（SD）大鼠（250克）
Fer-1显著提高了CLP诱导的脓毒症大鼠的生存率并具有抗炎作用
为了验证抑制铁死亡可以改善脓毒症大鼠的早期生存率并减轻肺损伤，在CLP手术前1小时腹腔注射Fer-1（10毫克/千克）（图1A）。
手术24小时后进行剖腹检查，发现盲肠扩张、广泛的肠壁出血和坏死、肝脏充血以及腹腔内存在大量恶臭液体。相比之下，CLP + Fer-1组的大鼠...
讨论
本研究显示，在脓毒症诱导的肺损伤过程中，肺组织中的SLC7A11/GSH/GPX4信号通路被抑制，导致细胞内脂质过氧化增加、线粒体功能障碍加剧、铁死亡激活增强，最终导致细胞损伤加重。铁死亡抑制剂Fer-1的给药显著提高了脓毒症大鼠的早期生存率，并具有抗炎和肺保护作用。
结论
在CLP诱导的脓毒症大鼠和LPS刺激的MLE-12细胞中激活了铁死亡。Fer-1减少了脂质过氧化，缓解了线粒体损伤，抑制了铁死亡，并表现出抗炎和肝保护作用。SLC7A11/GPX4信号通路是铁死亡的关键调节因子，在脓毒症大鼠的肺组织中该通路被下调，从而导致肺损伤；Fer-1减轻了这种下调。这些结果表明SLC7A11/GPX4信号通路在...
作者贡献
HD.Z.、HY.L.和PW.L.构思并设计了这项研究。PW.L.负责项目的指导并提供资金支持。HD.Z.、HY.L.和JH.Z.完成了大部分实验工作。PW.L.和SX.L.完成了关键部分的审稿。HD.Z.进行了统计分析并完成了手稿撰写。所有作者都对手稿进行了审阅。
作者贡献声明
张海丹：撰写 – 审稿与编辑、原始草稿撰写、数据可视化、软件使用、方法学设计、实验实施、数据分析、概念化。
李洪尧：方法学设计、实验实施、数据分析。
刘世贤：方法学设计、实验实施。
郑佳辉：软件使用、方法学设计。
李培武：撰写 – 审稿与编辑、监督、资源获取、资金筹集、概念化。
出版同意
不适用。
伦理批准和参与同意
本研究已获得兰州大学第二医院实验室动物伦理审查委员会的批准（批准编号：D2024-061）。
资助
本工作得到了
国家自然科学基金（编号：82260135）和
兰州市科技局人才创新与创业竞赛研究的资助。
利益冲突声明
作者声明没有已知的可能会影响本文报告工作的财务利益或个人关系。
致谢
不适用。
