选择性皮肤上皮细胞的铁死亡启动并维持慢性全身性免疫介导的银屑病

Ferroptosis of select skin epithelial cells initiates and maintains chronic systemic immune-mediated psoriatic disease

作者信息Kavita Vats, Hua Tian, Kunal Singh, Yulia Y Tyurina, Louis J Sparvero, Vladimir A Tyurin, Oleg Kruglov, Alexander Chang, Jiefei Wang, Felicia Green, Svetlana N Samovich, Jiying Zhang, Ansuman Chattopadhyay, Natalie Murray, Vrusha K Shah, Alicia R Mathers, Uma R Chandran, Joseph M Pilewski, John A Kellum, Sally E Wenzel, Hülya Bayır, Valerian E Kagan, Yuri L Bunimovich
PMID39570671
发布时间2024-11-21
DOI10.1172/JCI183219

实验完整度

包含氧化脂质组学、质谱成像、体外细胞实验、遗传小鼠模型及治疗干预等多个独立实验层级,并进行功能与机制验证。

主要模型

K14/Gpx4小鼠模型 人银屑病皮肤组织 原代人表皮角质形成细胞(HEKa)

重点核对

K14+角质形成细胞中Gpx4敲除的诱导方式(他莫昔芬处理) 小鼠模型启动铁死亡所需的Gpx4缺失比例 脂氧合酶15-LOX-2在银屑病表皮中的表达上调 铁死亡抑制剂liproxstatin-1的给药途径和剂量

摘要

上皮-免疫相互作用的失调常导致皮肤、肺、肾脏和胃肠道的慢性炎症性疾病。然而,这些器官中启动和维持炎症的上皮内过程尚不清楚。在此,通过利用氧化还原脂质组学,我们在哮喘、囊性纤维化、银屑病和肾功能衰竭患者的上皮中鉴定出与铁死亡相关的多不饱和磷脂酰乙醇胺的过氧化。以银屑病作为疾病模型,我们使用高分辨率质谱成像,鉴定出表达角蛋白14(K14)的角质形成细胞在人类银屑病皮肤中执行铁死亡程序。在小鼠模型中,设计用于在部分K14+谷胱甘肽过氧化物酶4缺陷(Gpx4缺陷)的表皮角质形成细胞中启动铁死亡,银屑病表型及其特征性的Th1/Th17皮肤和皮肤外免疫反应被启动并维持。重要的是,一种抗铁死亡剂liproxstatin-1在完全消除银屑病的分子、生化和形态学特征方面,与临床相关的生物IL-12/IL-23/TNF-α靶向治疗或T细胞耗竭同样有效。由于选择性表皮角质形成细胞的铁死亡触发并维持了病理性的银屑病多器官炎症回路,我们建议针对铁死亡或其成因的策略可能有效预防或改善多种慢性炎症性疾病。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
上皮细胞的铁死亡是否能够启动并维持慢性全身性免疫介导的银屑病?
核心机制
K14+角质形成细胞的铁死亡通过激活Th1/Th17免疫反应,触发并维持银屑病样炎症。
主要证据
在人银屑病皮肤中检测到K14+角质形成细胞的铁死亡;在K14/Gpx4小鼠模型中,Gpx4缺失诱导的角质形成细胞铁死亡足以产生银屑病样表型;抗铁死亡药物或T细胞耗竭可阻断该表型。
研究意义
靶向铁死亡或其成因可能为预防或改善多种慢性炎症性疾病提供新策略。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

氧化脂质组学分析患者样本

检测多种慢性炎症性疾病上皮组织中铁死亡相关氧化磷脂的积累

通过LC-MS分析哮喘、囊性纤维化、银屑病和肾衰竭患者的上皮样本,发现铁死亡特异性的氧化磷脂酰乙醇胺(oxPE)物种水平升高。

2

人类银屑病表皮中铁死亡信号的空间定位

确定铁死亡在银屑病表皮中发生的细胞类型和空间分布

使用MALDI-MS成像和双SIMS成像技术,结合免疫荧光染色,鉴定出K14+角质形成细胞中富含铁死亡标志物oxPE。

3

建立K14/Gpx4小鼠模型

验证特异性敲除K14+角质形成细胞中Gpx4是否能诱导铁死亡并产生银屑病表型

通过他莫昔芬诱导K14-CreERT介导的Gpx4敲除,在K14+角质形成细胞中触发铁死亡,观察小鼠皮肤和全身炎症变化。

4

转录组与多组学分析

评估K14/Gpx4小鼠模型与人类银屑病转录组的一致性

对小鼠皮肤和人类皮肤进行RNA测序,比较差异表达基因和通路,并与已发表的银屑病小鼠模型和人类数据进行比较。

5

治疗干预

评估铁死亡抑制剂和靶向IL-12/IL-23/TNF-α的抗体对银屑病样表型的治疗效果

在K14/Gpx4小鼠中给予Lip-1或抗IL-12p40、IL-23p19、TNF-α抗体,观察疾病严重程度和炎症标志物的变化。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
真皮细胞基础培养基ATCCPCS-200-030
角质形成细胞生长因子试剂盒ATCCPCS-200-040
RSL3Sigma-Aldrich--
ErastinSigma-Aldrich--
Ferrostatin-1Sigma-Aldrich--
Liproxstatin-1Cayman Chemical--
黄芩素Tocris--
CellTiter 96 Aqueous细胞增殖检测试剂盒PromegaG3582
BrdU细胞增殖试剂盒Millipore2750
泛T细胞分离试剂盒IIMiltenyi Biotec30-095-1
中性粒细胞分离试剂盒Miltenyi Biotec130-097-658
6.5mm聚碳酸酯膜Transwell小室,5μm孔径Corning3421
胶原酶DSigma-AldrichC0130
透明质酸酶Sigma-AldrichH3884
脱氧核糖核酸酶Sigma-AldrichDN25
可固定活力染料eFluor 780Invitrogen65-0865-18
Fix & Perm细胞透化试剂盒InvitrogenGAS002
BD LSRFortessa X20流式细胞仪BD Biosciences--
Aurora CS细胞分选仪Cytek Biosciences--
TRIzol试剂Thermo Fisher Scientific15596018
RNeasy纤维组织迷你试剂盒QIAGEN74704
QuantiTect逆转录试剂盒QIAGEN205314
TaqMan Fast Advance预混液Applied Biosystems44-445-57
Fast SYBRGreen预混液Applied Biosystems4385612
StepOnePlus实时荧光定量PCR仪Applied Biosystems--
C11-BODIPY (581/591) 荧光探针Thermo Fisher ScientificD3861
Click-iT Plus TUNEL检测试剂盒InvitrogenC10618
Gelvatol封片剂Sigma-Aldrich--
尼康A1共聚焦显微镜Nikon--
T-PER组织蛋白提取试剂Thermo Fisher Scientific78510
蛋白酶抑制剂Thermo Fisher Scientific78425
磷酸酶抑制剂Cell Signaling5870S
BCA蛋白定量试剂盒Thermo Fisher Scientific23225
Odyssey封闭液LI-COR927-70001
Odyssey扫描仪LI-COR--
小鼠IL-6 ELISA试剂盒BD Biosciences555240
微量采血管BD Biosciences365967
Luna 3 μm硅胶色谱柱(2) 100 ÅPhenomenex--
Orbitrap Fusion Lumos Tribrid质谱仪Thermo Fisher Scientific--
1,5-二氨基萘基质Fisher Scientific--
Ultraflextreme质谱仪Bruker Daltonics--
J105二次离子质谱仪Ionoptika--
他莫昔芬Sigma-AldrichT5648
玉米油Sigma-AldrichC8267
抗CD4抗体Bio X Cell--
抗CD8a抗体Bio X Cell--
抗IL-12p40抗体Bio X Cell--
抗IL-23p19抗体Bio X Cell--
抗TNF-α抗体Bio X Cell--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
氧化脂质组学分析
患者样本类型,LC-MS检测条件
阅读提示:Methods: LC-MS/MS analysis of lipid mediators
细胞培养与处理
HEKa细胞培养条件,药物处理浓度和时间
阅读提示:Methods: Primary cells and cell lines, Cell viability assay, Proliferation assay
小鼠模型诱导
K14/Gpx4小鼠品系,他莫昔芬给药剂量和方案
阅读提示:Methods: Animal models
治疗干预
抗体或Lip-1的给药剂量、途径和时间
阅读提示:Methods: Animal models
转录组分析
RNA提取方法、测序平台和数据分析流程
阅读提示:Methods: RNA sequencing