SQSTM1上调通过调节ACSL4调控糖尿病神经视网膜Müller细胞的铁死亡和氧化应激

Upregulation of SQSTM1 Regulates Ferroptosis and Oxidative Stress in Müller Cells of the Diabetic Neural Retina by Modulating ACSL4.

作者信息Xinlu Li, Bai Li, Defei Feng, Han Hu, Binyang Tang, Jingying Yang, Huaiyan Jiang, Li Li, Xiaojing Dong, Ninghua Ni, Yan Mei
PMID40843317
发布时间2025-08-13
DOI10.1155/jdr/1924668

实验完整度

包含体外细胞模型、动物模型、临床样本单细胞测序,且进行功能验证(敲低/过表达)和机制验证(ACSL4)。

主要模型

小鼠原代Müller细胞(高糖+棕榈酸处理) 四氧嘧啶诱导的糖尿病兔视网膜模型 人增殖性糖尿病视网膜病变视网膜单细胞转录组数据

重点核对

Müller细胞培养条件:DMEM/F12,25 mM高糖和200 μM棕榈酸处理24小时 SQSTM1敲低和过表达质粒转染(sh-SQSTM1#2,pc-SQSTM1) 铁死亡指标:GSH、MDA、Fe2+、ROS水平 ACSL4蛋白表达水平(Western blot) 兔模型:雄性新西兰白兔,四氧嘧啶(80 mg/kg IV)诱导,血糖>16.7 mmol/L

摘要

糖尿病视网膜病变(DR)是全球视力损害的主要原因,以视网膜早期神经损伤为特征,称为糖尿病视网膜神经病变(DNR)。该病以神经元凋亡和胶质细胞激活为标志。Müller胶质细胞是视网膜中对糖尿病代谢应激高度敏感的细胞,可能发生铁死亡,这是一种由脂质过氧化驱动的铁依赖性调节性细胞死亡。然而,铁死亡在DNR发病机制中的作用仍不明确。在本研究中,我们探讨了在高糖和棕榈酸(HGP)条件下Müller细胞的损伤。视网膜组织取自正常兔和四氧嘧啶诱导的糖尿病兔。HGP暴露显著降低Müller细胞活力,诱导细胞周期阻滞,并升高促炎细胞因子。超微结构分析显示线粒体损伤,伴有谷胱甘肽(GSH)降低和丙二醛(MDA)、亚铁离子(Fe2+)和活性氧(ROS)水平升高。RNA测序(RNA-Seq)鉴定出SQSTM1为铁死亡相关差异表达基因,在HGP处理的细胞中显著上调。在体内,DNR兔表现出氧化应激、铁失调和SQSTM1表达升高,且与GFAP+ Müller细胞共定位。人增殖性糖尿病视网膜病变(PDR)视网膜的单细胞RNA-Seq证实,与健康对照组(HC)视网膜相比,Müller细胞中SQSTM1表达升高。机制上,SQSTM1敲低减弱了铁死亡、氧化应激和HGP诱导的损伤,而其过表达通过上调ACSL4加剧了铁死亡。总之,我们的发现表明SQSTM1可能作为连接DNR发病机制中Müller细胞功能障碍和铁死亡的关键介质,提供一个新的潜在治疗靶点。

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
高糖条件下Müller细胞是否发生铁死亡,以及SQSTM1在其中的作用机制
核心机制
SQSTM1通过上调ACSL4促进Müller细胞铁死亡和氧化应激
主要证据
体外HGP处理的Müller细胞和体内DNR兔视网膜均显示铁死亡标志物改变和SQSTM1上调;SQSTM1敲低减轻铁死亡,过表达增强ACSL4表达和铁死亡
研究意义
揭示SQSTM1是DNR发病中连接Müller细胞功能障碍和铁死亡的关键介质,为DNR的早期诊断和治疗提供潜在新靶点

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

建立DNR细胞模型

模拟糖尿病视网膜神经病变体外条件,观察Müller细胞损伤

小鼠原代Müller细胞用25 mM高糖和200 μM棕榈酸处理24小时

2

高糖对Müller细胞的影响

评估高糖条件下细胞活力、增殖、炎症和铁死亡指标

CCK-8检测活力,流式检测细胞周期,ELISA检测炎症因子,TEM观察线粒体,生化检测GSH/MDA/Fe2+/ROS

3

RNA-seq和生信分析

筛选与铁死亡相关的差异表达基因

对HGP处理的Müller细胞进行RNA-seq,与铁死亡基因取交集,GO/KEGG富集分析,qPCR和Western验证候选基因

4

体内DNR兔模型验证

验证体外发现,评估DNR视网膜中的铁死亡和SQSTM1表达

四氧嘧啶诱导糖尿病兔,H&E观察视网膜结构,TEM观察线粒体,生化检测GSH/MDA/Fe2+,Western和IF检测xCT/GPX4/SQSTM1/GFAP

5

人PDR视网膜单细胞分析

在人类样本中验证SQSTM1在Müller细胞中的表达

分析GSE201333(HC)和GSE165784(PDR)的scRNA-seq数据,UMAP聚类,比较Müller细胞亚群中SQSTM1表达

6

SQSTM1功能验证

验证SQSTM1对铁死亡和ACSL4表达的影响

敲低或过表达SQSTM1后,检测铁死亡指标、线粒体形态和ACSL4蛋白水平

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
DMEM/F12培养基Gibco (Thermo Fisher Scientific)--
胎牛血清----
青霉素-链霉素----
D-葡萄糖----
棕榈酸----
Lipofectamine 2000转染试剂Thermo Fisher Scientific--
TRIzol试剂TaKaRa--
逆转录试剂盒TaKaRa--
RIPA裂解液ServiceBio--
抗xCT抗体(兔)AbmartTD12509
抗GPX4抗体(兔)Beyotime BiotechnologyAF7020
抗Sqstm1抗体(兔)AbmartTA5384
抗xCT抗体(小鼠)AbcamAB307601
抗GPX4抗体(小鼠)Cell Signaling Technology#52455
抗Sqstm1抗体(小鼠)Cell Signaling Technology#5114S
二抗ZenBio--
增强化学发光试剂盒Millipore Sigma--
细胞计数试剂盒-8Solarbio--
细胞周期检测试剂盒Elabscience--
DCFH-DA荧光探针Beyotime Biotechnology--
Rosup阳性诱导剂----
谷胱甘肽检测试剂盒Solarbio--
丙二醛检测试剂盒Solarbio--
亚铁离子检测试剂盒Biosharp--
四氧嘧啶----
罗氏血糖仪Roche Diabetes Care--
环氧树脂812----
醋酸铀----
柠檬酸铅----
Triton X-100Sigma-AldrichT8787-100ML
驴血清Jackson ImmunoResearch017-000-121
山羊血清Sigma-AldrichG9023-10ML
抗GFAP抗体ServicebioGB11096-50
抗xCT抗体AbmartTD12509
抗GPX4抗体Beyotime BiotechnologyAF7020
抗Sqstm1抗体Biossbs-2951R
DAPI染色液ServicebioG1012-100ML
Illumina HiSeq 2000测序平台Illumina--
超薄切片机LeicaEM UC7
透射电子显微镜JEOL Ltd.JEM-1400PLUS
激光共聚焦显微镜ZeissLSM880
GraphPad Prism 10----

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
细胞模型
细胞来源:小鼠原代Müller细胞(MIC-iCELL-m018);培养条件:DMEM/F12,10%胎牛血清,1%青霉素-链霉素;HGP处理:25 mM高糖+200 μM棕榈酸,24小时
阅读提示:方法2.1
转染
质粒:sh-SQSTM1, pc-SQSTM1, sh-NC, pc-NC;转染试剂:Lipofectamine 2000;最佳敲低序列:sh-SQSTM1#2
阅读提示:方法2.2,图S3
铁死亡指标检测
检测GSH, MDA, Fe2+水平;ROS用DCFH-DA检测;线粒体形态TEM观察
阅读提示:方法2.7-2.8,图1
动物模型
动物:雄性新西兰白兔(2.0-3.0 kg,n=3/组);诱导:四氧嘧啶80 mg/kg IV;高血糖标准:>16.7 mmol/L;取材时间:第56天
阅读提示:方法2.9,图3
RNA-seq分析
测序平台:Illumina HiSeq 2000;差异基因筛选:调整p<0.05,|log2FC|>0.5;铁死亡基因来源:FerrDb数据库
阅读提示:方法2.13-2.15,图2
单细胞分析
数据来源:GSE201333 (HC) 和 GSE165784 (PDR);质控:UMI 200-2500,线粒体<20%;细胞注释:SingleR
阅读提示:方法2.17,图5