硫化氢和铁死亡抑制是饮食限制对环磷酰胺诱导的膀胱炎保护作用的基础

Hydrogen sulfide and ferroptosis inhibition underlies the dietary restriction-induced protection against cyclophosphamide cystitis.

作者信息Zhimin Mao, Ping Chen, Qun Ji, Xiuling Zhao, Kun Zhong, Xuhui Zeng
PMID40432898
发布时间2025-05-13
DOI10.3389/fphar.2025.1562852

实验完整度

研究包含体内小鼠模型(DR干预、H2S抑制剂和供体处理)和体外细胞模型(SV-HUC-1细胞),并进行功能验证(H2S供体保护)和机制验证(铁死亡标志物、氧化应激指标)。

主要模型

成年雄性ICR小鼠 SV-HUC-1人尿路上皮细胞

重点核对

饮食限制方案:以基线食物摄入量的50%喂饲7天 环磷酰胺给药剂量:150 mg/kg,腹腔注射,12小时后评估 H2S合成酶抑制剂:PAG(25 mg/kg)和AOAA(12.5 mg/kg)联合腹腔注射,每12小时一次,共3次,在CYP给药前36小时开始 H2S供体DATS给药:60 mg/kg灌胃,连续3天 细胞实验条件:ACR浓度(100 μM或75 μM),NaHS(1 mM)预处理15分钟,DATS(25 μM)预处理30分钟

摘要

饮食限制(DR)已成为治疗各种病理状况的潜在干预措施。本研究探讨了DR对小鼠环磷酰胺诱导的膀胱炎的影响。动物在环磷酰胺给药前进行为期1周的控制性食物限制。我们评估了体重、膀胱病理学、氧化还原状态和铁死亡参数的变化。DR显著减轻了环磷酰胺诱导的膀胱炎严重程度,表现为膀胱重量减少、脂质过氧化降低和膀胱组织中铁死亡标志物减少。机制研究表明,DR上调了肝脏硫化氢(H2S)合成酶并增强了H2S的产生。用DL-炔丙基甘氨酸(PAG)和氨基氧乙酸(AOAA)抑制H2S合成酶加重了环磷酰胺诱导的膀胱炎,而给予二烯丙基三硫化物(DATS)(一种H2S供体)则显著改善了膀胱病理。体外研究表明,H2S供体NaHS和DATS通过抑制氧化应激(表现为p38 MAPK激活和蛋白质羰基化降低)保护尿路上皮细胞免受环磷酰胺代谢物丙烯醛(ACR)诱导的细胞死亡。这些发现表明,DR通过诱导内源性H2S产生和抑制铁死亡来赋予对环磷酰胺诱导的膀胱炎的保护作用。我们的研究为DR促进健康的作用提供了额外的证据,并为DR的有益作用提供了新的机制见解。鉴于H2S具有抗炎和抗氧化特性,且氧化应激和铁死亡是多种疾病的基础,我们的发现可能具有更广泛的意义。

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
饮食限制是否能保护小鼠免受环磷酰胺诱导的膀胱炎,其机制是否涉及硫化氢和铁死亡?
核心机制
饮食限制上调肝脏H2S合成酶(CSE和CBS)表达,增加内源性H2S产生,H2S通过抑制氧化应激和铁死亡(减少脂质过氧化、蛋白质羰基化和p38 MAPK激活)保护膀胱免受损伤。
主要证据
DR减轻了CYP诱导的膀胱炎(减少膀胱重量、改善病理),抑制铁死亡标志物(SLC7A11、GPX4、ACSL4)变化;H2S抑制剂(PAG和AOAA)逆转DR的保护作用,而H2S供体(DATS)模拟保护;体外实验中NaHS和DATS抑制ACR诱导的尿路上皮细胞死亡和氧化应激。
研究意义
研究首次证明短期饮食限制(1周)可增强组织对化学性损伤的抵抗力,并揭示H2S作为DR保护作用的关键介质,为预防化学性膀胱炎提供了新策略;DATS作为大蒜中的天然化合物,可能成为治疗环磷酰胺诱导膀胱炎的候选药物。

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

建立饮食限制模型

验证饮食限制是否能减轻环磷酰胺诱导的膀胱炎。

成年雄性ICR小鼠(8周龄)适应性饲养后,每日记录食物摄入量建立基线,然后分为自由饮食组和饮食限制组(DR组),DR组给予50%基线食物量7天。之后腹腔注射150 mg/kg环磷酰胺(CYP),12小时后评估膀胱损伤。

2

评估膀胱损伤和铁死亡标志物

确定DR对CYP诱导的膀胱炎严重程度和铁死亡的影响。

通过观察膀胱大体形态、计算膀胱重量与体重比、H&E染色评估组织病理学;通过Western blot检测ACR蛋白加合物、SLC7A11、ACSL4、GPX4表达,并检测MDA水平。

3

检测肝脏H2S产生能力

探究DR是否增强肝脏H2S产生。

提取肝脏蛋白,通过Western blot检测CSE和CBS表达;通过铅硫化物试验(H2S检测纸)检测H2S产生能力。

4

验证H2S在DR保护中的作用

通过抑制H2S合成和补充外源性H2S来验证H2S是DR保护作用的中介。

在DR小鼠中,在CYP给药前用PAG和AOAA抑制CSE和CBS,观察膀胱大体变化、组织病理和铁死亡标志物;在自由饮食小鼠中,给予DATS灌胃,观察膀胱保护作用。

5

体外验证H2S对ACR诱导的尿路上皮细胞损伤的保护作用

在细胞水平上进一步证实H2S供体对ACR诱导的氧化应激和细胞死亡的保护作用。

使用SV-HUC-1细胞,用H2S供体(NaHS或DATS)预处理,然后加入ACR,通过Calcein-AM/PI染色、WST实验检测细胞活力和死亡,并通过Western blot检测蛋白质羰基化和p-P38MAPK。

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
环磷酰胺Sigma-AldrichPHR1404
DL-炔丙基甘氨酸Sigma-AldrichP7888
氨氧乙酸半盐酸盐MedChemExpressHY-107994
二烯丙基三硫化物MacklinD854967
抗γ-H2A.X抗体Cell Signaling Technology9718
抗GPX4抗体Cell Signaling Technology52455
抗磷酸化p38 MAPK(Thr180/Tyr182)抗体Cell Signaling Technology8203S
抗α-微管蛋白抗体Cell Signaling Technology3873T
兔IgGCell Signaling Technology5366
小鼠IgGCell Signaling Technology5470
抗SLC7A11抗体Proteintech26864-1-AP
抗ACSL4抗体Abcamab155282
抗ACR抗体Abcamab240918
抗CTH抗体Santa Cruz Biotechnologysc-374249
抗CBS抗体Santa Cruz Biotechnologysc-133154
抗GAPDH抗体Servicebio TechnologyGB11002
抗β-肌动蛋白抗体Servicebio TechnologyGB12001
DMEM/F-12培养基Invitrogen11320-033
胎牛血清Sigma-AldrichF8687
OxyBlot蛋白质氧化检测试剂盒EMD MilliporeS7150
MDA试剂盒Nanjing Jiancheng Bioengineering Institute--
PVDF膜Merck MilliporeIPVH00010
EZBlue凝胶染色Sigma-AldrichG1041
Amersham Imager 600GE Healthcare--
Calcein-AM/PIDojindoC542
WSTDojindoCK04
Alexa Fluor 680 C2-马来酰亚胺Thermo ScientificA20344
SV-HUC-1细胞Procell Life Science & TechnologyCL-0222

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
饮食限制模型
DR方案:50%食物摄入量,持续7天;小鼠品系(成年雄性ICR,8周龄);基线食物摄入量测定方法
阅读提示:见Materials and methods 2.2
膀胱炎诱导
CYP剂量(150 mg/kg,腹腔注射);评估时间(12小时)
阅读提示:见Figure 1图例和Results 3.1
H2S抑制剂处理
PAG剂量(25 mg/kg)和AOAA剂量(12.5 mg/kg);给药频率(每12小时一次,共3次);给药时机(CYP前36小时开始)
阅读提示:见Figure 4图例和Results 3.3
H2S供体处理
DATS剂量(60 mg/kg,灌胃);给药时间(连续3天);给药与CYP的时间关系
阅读提示:见Figure 6图例和Results 3.3
体外细胞实验
细胞系(SV-HUC-1);NaHS预处理浓度(1 mM)和时间(15分钟);DATS预处理浓度(25 μM)和时间(30分钟);ACR浓度(100 μM或75 μM)和处理时间(24小时或4小时)
阅读提示:见Figure 8图例和Results 3.4