《Cellular Signalling》：Mild hypothermia alleviates ferroptosis in kidney ischemia-reperfusion injury via the glycolysis-lactate-HMGB1 lactylation axis
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肾脏缺血再灌注损伤中铁死亡机制及轻度低温保护作用研究。通过小鼠模型和体外OGD/R模型，发现轻度低温抑制铁死亡的关键机制是阻断糖酵解-乳酸介导的HMGB1 lactylation信号轴，减少脂质过氧化和炎症因子释放，为临床器官保护提供新靶点。
Biqi Fu|Zhihui Fu|Zhongzhong Liu|Qin Deng|Fuping Cao|Jiansheng Xiao|Xingjian Zhang|Qi Xiao
江西医学院第一附属医院移植科，南昌大学，中国江西省南昌市永外正街17号，邮编330006。
摘要
背景
肾缺血-再灌注损伤（IRI）是急性肾损伤的主要原因，铁死亡（ferroptosis）是其中的关键因素。轻度低温（MH）的作用及其与代谢-表观遗传途径（如HMGB1的乳酰化）在铁死亡中的关联尚不清楚。
方法
我们使用小鼠肾IRI模型和HK-2细胞的体外OGD/R模型来评估MH的效果。干预措施包括铁死亡诱导剂Erasstin和乳酰化增强剂CTPB、HMGB1敲低以及糖酵解促进剂Rotenone。我们评估了肾功能、组织病理学、氧化应激、铁代谢、铁死亡标志物、糖酵解、HMGB1乳酰化、脂质过氧化（C11-BODIY）和炎症细胞因子（IL-1β、IL-6、TNF-α）的变化。
结果
MH显著保护了肾功能，减轻了肾小管损伤，并降低了氧化应激。它显著抑制了铁死亡，表现为铁过载和脂质过氧化的减少，同时恢复了GPX4和SLC7A11的表达，同时抑制了ACSL4。机制上，MH抑制了糖酵解（乳酸、LDHA、PKM2、HK2的水平降低），进而抑制了HMGB1的乳酰化及其胞质转运。这些保护作用被Erasstin和CTPB所逆转。HMGB1敲低减弱了OGD/R诱导的铁死亡标志物变化。Rotenone逆转了MH介导的脂质过氧化和炎症细胞因子的抑制作用。MH还降低了IRI诱导的体内肾炎症细胞因子表达。
结论
MH通过抑制铁死亡来保护肾脏免受IRI的损害，这一机制是通过抑制糖酵解-乳酸-HMGB1乳酰化轴来实现的。这揭示了MH的一个新的作用机制，并提出了一种潜在的治疗策略。
引言
肾缺血-再灌注损伤（IRI）是肾移植和重大手术后急性肾损伤（AKI）和移植物功能延迟（DGF）的主要原因[1]、[2]。尽管其临床意义重大，但由于对相关细胞死亡途径的理解不完全，治疗选择仍然有限。铁死亡是一种依赖铁的调控性细胞死亡形式，由脂质过氧化驱动，最近被确定为肾IRI中肾小管损伤的关键因素[3]、[4]、[5]。然而，启动和放大这种铁死亡的上下游信号事件尚未完全阐明。
新兴证据[6]、[7]表明，代谢重编程是铁死亡易感性的关键决定因素。特别是乳酸代谢和乳酸衍生的乳酰辅酶A（lactyl-CoA）对蛋白质的翻译后修饰（称为乳酰化）与细胞应激反应有关[8]、[9]。高迁移率族盒1（HMGB1）是IRI中无菌炎症的关键介质，最近被证明会发生乳酰化[10]、[11]。这种修饰调节了HMGB1的亚细胞定位和炎症活性。鉴于近端肾小管细胞的高代谢率和易受氧化应激的影响，HMGB1乳酰化的失调可能是代谢应激与肾IRI中的铁死亡细胞死亡之间的关键联系，尽管这一假设尚未得到验证。
轻度低温（MH）是一种已知可以减轻神经系统和心脏系统中IRI的保护性干预措施，主要通过减轻氧化应激和炎症[12]、[13]、[14]。然而，其在肾脏中的保护作用尚不明确，其对铁死亡及相关代谢-表观遗传途径（如HMGB1乳酰化）的具体影响也完全未知。因此，目前尚不清楚MH是否可以通过抑制铁死亡来保护肾脏，如果可以，这种效果是否涉及HMGB1乳酰化的调节。
为了解决这些问题，我们使用了小鼠肾IRI模型来研究MH对铁死亡的影响。我们特别关注HMGB1乳酰化作为潜在调节节点的作用。我们的结果表明，MH通过强烈抑制铁死亡提供了显著的保护作用。机制上，这种保护作用是通过抑制IRI诱导的HMGB1乳酰化来实现的，从而破坏了其促铁死亡信号级联。这些发现不仅建立了HMGB1乳酰化与肾IRI中铁死亡之间的新机制联系，还将轻度低温视为针对这一轴的潜在治疗策略。
动物实验和处理
雄性C57BL/6小鼠（6-8周龄，20±2克）从湖北省实验动物研究中心购买。本研究中的程序获得了南昌大学第一附属医院实验动物福利伦理委员会的批准（批准编号CDYFY-IACUC-2019008）。小鼠在无特定病原体（SPF）条件下饲养，并在实验前一周适应环境。手术前12小时停止喂食。
轻度低温在体内保护肾功能并减轻组织学和超微结构损伤
为了评估轻度低温（MH）在肾IRI小鼠模型中的肾脏保护作用，我们首先分析了血清生化标志物。如图1A-B所示，Sham组（Scr：16.58±2.02 μmol/L；BUN：11.48±3.07 mmol/L）和MH+Sham组（Scr：16.25±3.23 μmol/L；BUN：10.78±3.19 mmol/L）之间的血清肌酐（Scr）和血尿素氮（BUN）水平没有显著差异（P > 0.05）。IRI诱导后，Scr（167.6±8.48 μmol/L）和BUN（60.79±1.09 mmol/L）均显著升高。
讨论
我们的研究揭示了MH肾脏保护作用的新机制，表明它通过破坏肾IRI中的糖酵解-乳酸-HMGB1乳酰化轴来抑制铁死亡。这一发现将MH不仅仅视为一种广泛的细胞保护干预措施，而是一种针对关键代谢-表观遗传途径的靶向调节器。通过建立MH、HMGB1乳酰化和铁死亡之间的直接联系，我们的工作为MH的临床益处提供了机制上的解释。
结论
本研究建立了轻度低温与通过抑制糖酵解-乳酸-HMGB1乳酰化轴来抑制铁死亡之间的新机制联系。通过将经典的低温保护作用与新兴的表观遗传和代谢调节相结合，我们的工作为理解肾IRI提供了概念上的进展，并为移植中的精准器官保护策略提供了潜在的框架。未来的研究应考虑纳入“HMGB1”因素。
Biqi Fu：撰写 – 原始草稿、可视化、方法学、资金获取、正式分析。
Zhihui Fu：方法学、研究、正式分析、数据管理。
Zhongzhong Liu：验证、资源管理、研究。
Qin Deng：验证、研究。
Fuping Cao：资源管理、方法学。
Jiansheng Xiao：监督、资源管理。
Xingjian Zhang：撰写 – 审稿与编辑、监督、项目管理、资金获取。
Qi Xiao：撰写 – 审稿与编辑、监督、项目管理。
资助
本研究得到了国家自然科学基金（82200707）和江西省自然科学基金（20212BAB206027、20232BAB206056）的支持。
