S1R 介导 NRF2 依赖性肾小管上皮细胞铁死亡促进糖尿病肾病肾纤维化

S1R mediates NRF2 dependent ferroptosis of renal tubular epithelial cells to promote renal fibrosis in diabetic nephropathy.

作者信息Cheng Yuan, Fengpei Chang, Qiuyuan Zhou, Feng Chen, Xueyun Gao, Ayinigaer Yusufu, Jinhu Chen, Zejin Liao, Xiaoyan Wu, Lihua Ni
PMID39991769
发布时间2025-01-27
DOI10.7150/ijms.104324

实验完整度

包含患者样本、db/db小鼠模型及HK-2细胞体外实验,明确功能性验证(siRNA敲低)和机制验证(分子对接、Co-IP)等证据层级。

主要模型

HK-2人肾近端小管上皮细胞 db/db小鼠糖尿病肾病模型 DN患者肾组织样本

重点核对

S1R在DN患者、db/db小鼠和HG处理的HK-2细胞中的表达水平及定位 S1R敲低对HG诱导的HK-2细胞铁死亡和纤维化的影响 NRF2敲低对S1R敲低保护作用的逆转效应 S1R与NRF2的相互作用及对NRF2核转位的影响 铁死亡相关检测(ACSL4、GPX4、铁含量、GSH、MDA、BODIPY染色)

摘要

背景:肾小管间质纤维化是糖尿病肾病(DN)与肾功能下降相关的关键病理特征。近期研究已发现 sigma-1 受体(S1R)在心脏、肺和小梁网组织的病理纤维化过程中具有多种功能。然而,S1R 在肾纤维化中的具体作用仍不清楚。目的:本研究旨在探讨 S1R 在糖尿病诱导的肾纤维化发病机制中的作用,并阐明其潜在机制。材料与方法:在 DN 患者、db/db 小鼠和高糖(HG)处理的 HK-2 细胞中检测 S1R 表达。功能缺失研究证实了 S1R 在核因子 E2 相关因子 2(NRF2)通路介导的铁死亡和肾纤维化中的作用。分子对接和免疫共沉淀(CO-IP)分析探索了 S1R-NRF2 相互作用。结果:S1R 主要在肾小管上皮细胞中表达,并在 DN 患者、db/db 小鼠和高糖培养的 HK-2 细胞中上调。抑制 S1R 可减轻 HG 刺激的 HK-2 细胞中的铁死亡和纤维化,而敲低 NRF2 则进一步消除 S1R 抑制的这些保护作用。进一步机制研究表明,S1R 在 HK-2 细胞中与 NRF2 结合,敲低 S1R 可增加 NRF2 核转位并上调磷酸化 NRF2(p-NRF2)的表达,最终改善铁死亡和铁死亡介导的肾小管纤维化。结论:在 DN 中,肾脏中 S1R 表达显著升高。它增加 p-NRF2 表达,抑制 NRF2 核转位,促进肾小管上皮细胞铁死亡,导致肾小管纤维化。

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
S1R在糖尿病肾病肾纤维化中表达和功能是什么,其机制是否涉及NRF2介导的铁死亡?
核心机制
在DN条件下,S1R与胞质NRF2结合,增加p-NRF2水平并抑制NRF2核转位,从而促进肾小管上皮细胞铁死亡,导致肾小管纤维化。
主要证据
DN患者和db/db小鼠肾组织中S1R表达增加,HG诱导的HK-2细胞中S1R上调;S1R敲低减轻铁死亡和纤维化,而NRF2敲低或Erastin处理逆转该效应;分子对接和Co-IP证实S1R与NRF2结合;敲低S1R增加NRF2核转位及p-NRF2表达。
研究意义
S1R或肾小管铁死亡可能成为治疗DN肾小管间质纤维化的潜在治疗靶点。

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

检测S1R在DN中的表达和定位

评估S1R在DN患者、db/db小鼠和高糖处理的HK-2细胞中的表达水平及细胞定位,为后续功能研究提供基础。

通过免疫组化、免疫荧光、qRT-PCR和Western blot检测S1R的表达,并在患者和小鼠肾组织中确定其定位于肾小管上皮细胞。

2

验证铁死亡和肾纤维化在DN模型中的共存

确认DN状态下肾小管上皮细胞发生铁死亡并伴随纤维化,以支持S1R可能参与此过程。

在DN患者和db/db小鼠肾组织及HG处理的HK-2细胞中,检测铁死亡标志物(ACSL4、GPX4、4-HNE、BODIPY染色)和纤维化标志物(FN、α-SMA)。

3

探究S1R敲低对HG诱导铁死亡和纤维化的影响

通过S1R功能缺失实验,评估S1R在HG诱导的肾小管上皮细胞铁死亡和纤维化中的作用。

使用siRNA敲低HK-2细胞中S1R表达,检测铁死亡和纤维化相关蛋白表达、细胞活力、脂质过氧化水平。

4

验证S1R敲低通过抑制铁死亡改善纤维化

确认S1R敲低对纤维化的改善作用依赖于抑制铁死亡,而非其他细胞死亡途径。

在HG+si-S1R基础上添加铁死亡诱导剂Erastin,观察对纤维化和铁死亡标志物的影响。

5

探究S1R调控铁死亡的NRF2机制

确定S1R的作用是否通过NRF2通路实现,以及NRF2是否介导S1R敲低对铁死亡的保护作用。

在HG条件下,si-S1R和si-NRF2单独或联合转染HK-2细胞,检测铁死亡、纤维化相关蛋白表达及铁、GSH、MDA水平、线粒体膜电位。

6

验证S1R与NRF2直接相互作用并影响其核转位

阐明S1R与NRF2的结合方式及其对NRF2亚细胞定位和磷酸化状态的影响,以确定S1R调控NRF2的具体机制。

通过分子对接预测S1R-NRF2结合,使用Co-IP验证物理相互作用,Western blot检测p-NRF2和核内NRF2水平,免疫荧光观察NRF2定位。

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
HK-2细胞Procell Life Science&Technology Co.,Ltd.--
DMEM培养基----
Lipofectamine 2000转染试剂----
Opti-MEM培养基----
Trizol试剂----
紫外分光光度计----
C1000 Touch热循环仪 CFX96实时荧光定量PCR系统----
RIPA裂解液----
BCA蛋白定量试剂盒----
聚偏二氟乙烯膜(PVDF膜)----
S1R抗体Santa Cruz Biotechnologysc-137075
α-SMA抗体Santa Cruz Biotechnologysc-53142
纤维连接蛋白抗体Santa Cruz Biotechnologysc-8422
NRF2抗体Santa Cruz Biotechnologysc-365949
ACSL4抗体Santa Cruz Biotechnologysc-365240
GPX4抗体Santa Cruz Biotechnologysc-166570
KEAP1抗体Proteintech10503-2-AP
GAPDH抗体ServicebioGB11002
β-微管蛋白抗体ServicebioGB11017
ECL成像系统----
ImageJ软件----
DAPI染色液Wuhan bioqiandu technology CO., ChinaB0011
铁检测试剂盒Solarbio--
微量还原型谷胱甘肽(GSH)检测试剂盒Beyotime--
微量丙二醛(MDA)检测试剂盒Solarbio--
酶标仪----
免疫沉淀裂解液----
Protein A磁珠----
Protein G磁珠----
AutoDock工具----
PyMOL软件----
BODIPY 581/591 C11荧光探针----
CCK-8细胞计数试剂盒AbbkineBMU106-CN
GraphPad Prism 8.0软件----

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
细胞培养
HK-2细胞来源、培养条件(DMEM、5.5 mmol/L葡萄糖、10%胎牛血清)、细胞饥饿时间(24小时)、HG浓度(30 mmol/L)、甘露醇浓度(24.5 mmol/L)
阅读提示:Materials and Methods: Cell culture
siRNA转染
siRNA序列(S1R-si3、NRF2-si2)、转染试剂(Lipofectamine 2000用量)、siRNA浓度(20 μM)、转染时间(6小时)
阅读提示:Materials and Methods: SiRNA transfection; Table 1/2
铁死亡诱导剂处理
Erastin浓度(10 μM)和处理时间(24小时)
阅读提示:Materials and Methods: Cell culture; Results Figure 5
分子检测
抗体信息(克隆号、品牌)、稀释比例(1:1000)、二抗稀释比例(1:5000)、孵育条件(4°C过夜)
阅读提示:Materials and Methods: Western blotting analysis
实验动物
小鼠品系(C57BL/6J、db/db)、周龄(未明确)、饲养条件、处理时间(8周)
阅读提示:Materials and Methods: Animals