《Neurotherapeutics》：Lithium chloride suppresses ferroptosis of induced pluripotent stem cells with ApoE4/E4 from a sporadic Alzheimer's disease patient
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为探索锂盐在阿尔茨海默病（AD）中的治疗潜力，研究人员利用携带主要遗传风险因子ApoE4/E4的AD患者来源iPSCs，开展了锂抑制铁死亡的机制研究。结果表明，氯化锂能显著提高细胞活力，通过调控DMT1、GPX4、Ca2+信号等关键通路逆转铁死亡表型，并改善线粒体功能，为锂治疗AD，特别是针对ApoE4基因型的散发性AD患者，提供了重要的临床前证据。
阿尔茨海默病（Alzheimer's Disease, AD）是一种无情掠夺记忆与认知功能的神经退行性疾病，其中超过95%的病例为病因复杂的散发性AD。在探索其致病机制的过程中，一个名为“ApoE4”的基因型（载脂蛋白E4）像一把高悬的风险之剑，被证实是散发性AD最强的遗传风险因子。它与AD病理中的氧化应激、铁代谢紊乱、线粒体功能障碍等过程紧密交织。近年来，一种铁依赖的新型程序性细胞死亡方式——铁死亡（ferroptosis）——逐渐走入AD研究的舞台中央，被认为是驱动神经元损伤和认知衰退的关键力量。那么，是否存在一种干预手段，能够同时针对ApoE4带来的高风险和铁死亡这一致命通路呢？
一项发表于《Neurotherapeutics》的最新研究，将目光投向了“锂”这个在医学界并不陌生的元素。锂作为经典的情绪稳定剂，已在临床使用多年，而越来越多的证据显示它可能具有广泛的神经保护作用。但锂是否能“驯服”ApoE4基因带来的细胞脆弱性，并有效阻断铁死亡这条不归路，此前尚缺乏在贴近人类疾病模型的细胞中进行系统性探究。为此，研究团队构建了一个极具转化价值的“微型战场”：他们从一名携带ApoE4/E4基因型的散发性AD患者身上，获得了诱导多能干细胞（induced pluripotent stem cells, iPSCs）。这是一种能够“返老还童”并重现患者自身疾病特征的细胞模型。同时，他们还利用基因编辑技术，获得了遗传背景相同、但基因型为ApoE3/E3（中性风险）的iPSCs作为对照。通过这个精密的模型，研究人员可以精准地剖析ApoE4如何“作恶”，并评估药物锂盐能否成为“救兵”。
研究人员主要运用了以下关键技术：1) 通过MTT法检测细胞活力，评估细胞生存状态；2) 利用Seahorse能量代谢分析仪检测细胞的线粒体氧耗率（Oxygen Consumption Rate, OCR）和质子漏，评估线粒体功能；3) 采用比色法检测细胞内二价铁离子（Fe2+）、活性氧（Reactive Oxygen Species, ROS）和脂质过氧化物代谢产物丙二醛（Malondialdehyde, MDA）的水平，定量评估氧化损伤和铁死亡相关指标；4) 利用蛋白质印迹（Western Blot）技术，分析关键蛋白如DMT1（二价金属转运蛋白1）、GPX4（谷胱甘肽过氧化物酶4）和InsP3R-1（1型1,4,5-三磷酸肌醇受体）的表达变化。
研究结果
Lithium enhances viability and restores intracellular Ca2+homeostasis in ApoE4/E4 iPSCs
与ApoE3/E3细胞相比，ApoE4/E4 iPSCs的细胞活力显著降低。而0.25 mM和1.5 mM的氯化锂处理，均能显著改善ApoE4/E4细胞的活力。研究还发现，通过化学螯合剂BAPTA-AM降低细胞内钙离子能提高ApoE4/E4细胞存活，而用NMDA（N-甲基-D-天冬氨酸）激活受体提高钙离子则加剧其损伤，且这种NMDA诱导的损伤能被锂预处理所阻断，表明钙离子紊乱参与ApoE4介导的细胞损伤，而锂对此有保护作用。
Lithium suppresses ApoE4/NMDA-mediated increases of type 1 InsP3R proteins
ApoE4/E4细胞的InsP3R-1蛋白水平相比对照显著升高了3-4倍，而锂处理完全阻断了这种上调。这表明锂能抑制ApoE4基因驱动的内质网钙通道表达异常，可能是其缓解钙离子紊乱的机制之一。
Lithium reduces intracellular Fe2+accumulation in ApoE4/E4 cells
ApoE4/E4细胞内的Fe2+浓度显著高于ApoE3/E3细胞。锂预处理能将ApoE4/E4细胞中升高的Fe2+水平恢复到接近对照水平。此外，锂还能抑制NMDA或铁死亡诱导剂RSL-3引起的Fe2+进一步增加。
Lithium blocks DMT1 overexpression in ApoE4/E4 cells
ApoE4/E4细胞中负责铁转运的DMT1蛋白表达显著上调。锂处理显著降低了ApoE4/E4细胞中DMT1的蛋白水平，使其恢复到ApoE3/E3细胞的水平。这表明锂可能通过下调铁转运蛋白来减少细胞内铁蓄积。
Lithium restores antioxidant defense and reduces oxidative stress
关键的抗氧化酶GPX4的表达在ApoE4/E4细胞中显著降低。锂处理恢复了ApoE4/E4细胞中GPX4的表达水平。同时，ApoE4/E4细胞中升高的MDA（脂质过氧化标志物）和NMDA/RSL-3诱导的ROS（活性氧）水平升高，均能被锂显著抑制。这证明锂能通过增强抗氧化防御、减轻氧化应激来对抗铁死亡。
Lithium normalizes mitochondrial oxygen consumption and reduces proton leak in ApoE4/E4 cells
ApoE4/E4细胞表现出升高的基础OCR和质子漏。RSL-3处理进一步加剧了这些异常。而锂预处理能显著抑制RSL-3诱导的ApoE4/E4细胞基础OCR升高和质子漏增加。这表明锂能改善ApoE4介导的线粒体功能失调，保护细胞的能量工厂。
研究结论与讨论
这项研究为锂在AD中的神经保护作用提供了新的、强有力的机制证据。研究结论清晰地表明，氯化锂能够保护携带ApoE4/E4基因型的AD患者来源iPSCs免于铁死亡，其作用机制是多靶点、多维度的。锂通过下调DMT1蛋白表达，减少了导致铁死亡的根源——细胞内铁（Fe2+）的异常蓄积；通过上调GPX4表达，修复了对抗脂质过氧化的关键防线；通过抑制InsP3R-1蛋白的异常上调，改善了内质网钙离子释放的紊乱；最终，锂还挽救了线粒体功能，降低了氧化应激水平，所有这些作用的汇集点，共同指向了对铁死亡的有效抑制，从而显著提升了细胞的生存能力。
该研究的重要意义在于，它将AD的主要遗传风险因子ApoE4、新兴的细胞死亡机制铁死亡以及具有神经保护潜力的经典药物锂，在一个高度模拟人类疾病状态（患者来源iPSCs）的模型中紧密联系起来。论文在讨论部分构建了一个整合性的作用模型，生动解释了锂的“组合拳”策略：在AD病理环境下，谷氨酸兴奋毒性（通过NMDA受体）和ApoE4协同导致细胞内Ca2+浓度异常升高，进而上调铁转运体DMT1，引发铁超载。过多的铁催化产生大量ROS，导致脂质过氧化，同时抗氧化酶GPX4功能受损，最终触发铁死亡。而锂则能同时抑制NMDA受体过度激活、下调InsP3R-1、纠正DMT1和GPX4的异常表达，从而“拨乱反正”，从上游源头遏制了走向铁死亡的连锁反应。
研究人员也客观讨论了研究的局限性，例如使用的是iPSCs而非分化的神经元，样本来自单一患者等，并展望了未来研究方向，如探究锂对Wnt/β-联蛋白信号通路、脂质代谢等的影响。更重要的是，文章指出了锂在临床上用于治疗双相情感障碍时存在治疗窗窄、可能引起甲状腺和肾脏副作用的问题，并提出了潜在的解决方案。研究团队此前在AD小鼠模型中发现，通过鼻内递送特定制剂（Ryanodex formulation）的方式给予锂盐，可以显著提高药物在脑内的浓度和滞留时间，在发挥中枢神经保护作用的同时，减少对外周器官的影响，甚至展现出对肾脏的保护作用。这为未来将锂安全有效地应用于AD临床治疗提供了新的给药策略思路。
总而言之，本研究不仅在机制层面深化了我们对锂神经保护作用的理解，揭示了其对抗ApoE4基因型驱动的铁死亡这一新颖通路，而且为重新评估和开发锂盐作为一种潜在的治疗手段，用于治疗占AD绝大多数的、携带ApoE4风险基因的散发性阿尔茨海默病患者，提供了重要的临床前科学依据。
