《Experimental Neurology》：UCP2 protects against intracerebral hemorrhage-induced ferroptosis via suppression of TRIM21-dependent GPX4
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铁死亡；UCP2；TRIM21；GPX4；脑出血模型；抗氧化防御
张瑞成|卢海波|朱静|刘一伟|王星月|史宇|戴兰兰|朱世光|程彦波
徐州医科大学附属医院神经内科，中国徐州221002
摘要
脑内出血（ICH）的特点是发病急、进展快，死亡率和致残率很高。铁死亡（Ferroptosis）与ICH损伤密切相关。然而，ICH引起的脑损伤的确切病因仍不清楚。解偶联蛋白2（UCP2）是一种线粒体内膜蛋白，它对ICH引起的脑损伤具有神经保护作用，并能减少多种组织中的氧化应激和活性氧（ROS）。因此，我们利用半胱氨酸（hemin）诱导的体外大鼠星形胶质细胞（AST）模型，旨在阐明UCP2参与ICH诱导的铁死亡的机制。我们研究了暴露于半胱氨酸的培养AST的形态和生化特征，并量化了UCP2的表达。观察了UCP2敲低对细胞死亡和铁死亡指标的影响。关键发现是，UCP2通过抑制TRIM21介导的谷胱甘肽过氧化物酶4（GPX4）的泛素化来减轻铁死亡。在我们的体外脑内出血模型中，观察到细胞活力显著下降，典型的铁死亡相关形态变化，脂质过氧化产物丙二醛（MDA）和脂质ROS显著增加，以及谷胱甘肽（GSH）表达显著降低。UCP2表达显著上调。从机制上讲，UCP2抑制了TRIM21 E3连接酶的活性，从而阻止了GPX4的泛素化和降解，保持了细胞的抗氧化能力。总体而言，在我们的体外ICH模型中观察到了铁死亡的发生和UCP2表达的增加。UCP2敲低加剧了半胱氨酸诱导的细胞死亡，并伴随着TRIM21依赖的GPX4泛素化的增强。
引言
原发性脑内出血（PICH，以下简称ICH）是指脑内血管破裂，导致血液直接进入脑实质。全球范围内，ICH占中风的约26%，1年和5年的生存率分别为46%和29%（Hao等人，2025年；Poon等人，2014年）。
ICH的特点是发病率高、致残率高和死亡率高等。因此，大多数患者有严重的神经功能障碍，这严重影响了患者的身体和心理健康，并给家庭带来了沉重的精神和经济负担。老龄化进一步增加了脑出血的发生率。目前我们缺乏针对ICH的特异性药物（Seiffge等人，2024年）。虽然手术切除血肿是符合条件的患者的重要干预措施，但它并非唯一的治疗选择，因为这可能会造成继发性损伤（de Oliveira Manoel，2020年）。因此，当前的临床实践强调综合护理，包括强化血压控制，以及手术评估。脑出血后还会引发继发性损伤，如血脑屏障（BBB）功能障碍、脑水肿和神经细胞死亡（Wang，2010年；Aronowski和Zhao，2011年）。因此，必须确定新的靶点以促进新型治疗方案的开发。这需要全面研究脑出血后继发性脑损伤的病理机制。
ICH引起的脑损伤存在于疾病的急性期、亚急性和晚期阶段。急性期的出血刺激会导致各种局部和全身性的病理途径，包括炎症反应、氧化应激、细胞毒性、过氧化和抗氧化。可以使用半胱氨酸在体外刺激脑损伤；值得注意的是，3–30 μM的半胱氨酸可以在4–14小时内杀死60%的神经元和星形胶质细胞（Su等人，2018年）。
铁死亡是一种新类型的程序性细胞死亡，于2012年提出，其在细胞形态和生化特征上与其他细胞死亡途径（如凋亡、自噬和坏死）有显著差异。其主要机制包括铁过载、脂质过氧化和抗氧化剂耗竭（Dixon等人，2012年）。使用脑出血的体外和体内模型已经阐明了神经元细胞中铁死亡的药理变化和分子特征（Mao等人，2025年）。向大脑输送单剂量的硒可以驱动抗氧化剂GPX4的表达，从而在ICH后抑制铁死亡，保护神经元，并改善出血性中风模型的行为（Alim等人，2019年）。ICH后的继发性损伤与铁死亡机制之间的关系也已被报道，并且仍在广泛研究中。
UCP2是一种线粒体内膜蛋白，首次描述于1997年（Fleury等人，1997年），其主要功能是消除线粒体内膜两侧的跨膜质子浓度差异。因此，由质子浓度差异驱动的氧化磷酸化减缓，ATP合成减少，ROS的产生得到控制。UCP2还与肥胖、糖尿病和癌症有关。最近的体内和体外实验研究表明，UCP2过表达可以保护神经细胞免受氧化应激损伤（Wang等人，2025年）。UCP2过表达可以通过抑制炎症反应有效抑制出血后的继发性脑损伤，并参与保护大脑（Donadelli等人，2014年）。尽管UCP2与多种疾病相关，但其潜在机制仍不清楚（Yan等人，2022年）。
GPX4是一种重要的抗氧化酶，可催化谷胱甘肽（GSH）与脂质过氧化物的反应，从而有效减少这些有害的脂质过氧化物并保护细胞膜结构（Seibt等人，2019年）。在细胞中，GPX4通过调节氧化还原状态和维持细胞内的氧化还原平衡来抑制铁死亡的发生（Yang等人，2014年）。研究表明，GPX4的表达水平直接影响细胞对铁死亡的敏感性（Xie等人，2023年）。例如，在阿尔茨海默病的动物模型中，GPX4下调会导致神经元对氧化应激的敏感性增加，促进铁死亡并加重疾病。此外，肝细胞中的GPX4缺乏与肝损伤和纤维化加剧有关，进一步证实了其在保护细胞免受铁死亡方面的关键作用（Liu等人，2023年）。GPX4在癌症研究中的作用更为复杂。一方面，一些肿瘤细胞通过上调GPX4表达来逃避铁死亡，从而提高肿瘤细胞的存活能力。例如，在乳腺癌细胞中，GPX4过表达增加了它们对化疗药物的耐药性（Yang等人，2023年）。另一方面，抑制GPX4活性被认为是提高肿瘤细胞对铁死亡敏感性的重要策略。这一发现为开发新的癌症疗法提供了新的途径，研究人员正在探索通过靶向GPX4诱导肿瘤细胞死亡的潜力。除了癌症和神经退行性疾病外，GPX4还在其他生理和病理过程中发挥重要作用。研究表明，氧化应激和脂质过氧化是心血管疾病中心脏损伤的关键因素，而GPX4表达与心脏保护密切相关。增强GPX4活性可能减少心肌缺血-再灌注损伤并改善心脏功能（Zhang等人，2022年）。作为铁死亡的关键调节因子，GPX4在多种疾病的发病机制中起着关键作用。然而，其在脑出血中的作用机制仍不清楚。
为了解决这些问题，我们研究了铁死亡是否参与了半胱氨酸诱导的星形胶质细胞ICH模型，以及UCP2在调节这一过程中的潜在作用。我们相信我们的发现可能为研究脑出血后继发性脑损伤的病理机制提供新的方向。
部分摘录
大鼠永生化星形胶质细胞（AST）细胞系培养
AST细胞系购自北京联创生物技术有限公司，培养在Dulbecco改良Eagle培养基（DMEM）（hyclone，SH30243.01，上海）中，添加10% FBS和1%青霉素/链霉素（Gibco，MP 1670249-M，美国格兰德岛），培养温度为37°C，二氧化碳浓度为5%。细胞以不同的密度接种在10厘米培养皿、6孔板、24孔板和96孔板上，当细胞密度达到90%时，使用0.25%胰蛋白酶-EDTA（Gibco，25200–072）进行传代培养。
在氯化半胱氨酸诱导的脑内出血模型中检测细胞铁死亡
为了研究半胱氨酸诱导的体外脑内出血（ICH）模型中AST细胞的增殖情况，我们首先在相同的半胱氨酸浓度（40 μM）下观察了显微镜下的细胞生长情况，但处理时间不同。与对照组相比，随着半胱氨酸暴露时间的增加，3小时、6小时、12小时和24小时组的粘附细胞数量逐渐减少（图1A-B），存在统计学上的显著差异。随后，检测了细胞活力
讨论
我们使用半胱氨酸建立了ICH模型，并探讨了UCP2对体外ICH诱导的铁死亡的影响。我们观察到，在半胱氨酸诱导的ICH过程中，AST细胞发生了铁死亡。值得注意的是，UCP2在此过程中显著过表达。此外，UCP2敲低的AST细胞表现出比正常细胞更高的细胞死亡率和红细胞生成/红细胞敏感性。
脑出血后，局部组织中的红细胞会被裂解释放
结论
总之，铁死亡是体外半胱氨酸诱导的ICH的重要病理特征，UCP2通过调节TRIM21-GPX4泛素化轴参与这一过程。在半胱氨酸诱导的体外ICH模型中，UCP2敲低增加了AST细胞的损伤敏感性和铁死亡，同时伴随着TRIM21介导的泛素化和随后的GPX4降解，从而削弱了细胞的抗氧化防御能力。这些结果强烈表明UCP2维持了
CRediT作者贡献声明
张瑞成：资金获取，撰写——初稿。卢海波：软件支持，撰写——初稿。朱静：软件支持，撰写——初稿。刘一伟：撰写——审稿与编辑。王星月：撰写——审稿与编辑。史宇：撰写——审稿与编辑。戴兰兰：实验研究，软件支持。朱世光：实验研究，软件支持。程彦波：资金获取，实验研究。
资助
本工作得到了徐州医科大学附属医院配对援助研究项目（FXJDBF2024217）和徐州医科大学附属医院高级项目（PYJH2025314）的支持。
