多巴胺通过Nrf2/HO-1信号通路保护视网膜神经节细胞免受铁死亡,从而缓解糖尿病视网膜神经变性

Dopamine Alleviated Diabetic Retinal Neurodegeneration through Protecting Retinal Ganglion Cells from Ferroptosis via the Nrf2/HO‑1 Signaling Pathway.

作者信息Suyun Rao, Ke Xiao, Xuhui Chen, Xufang Sun
PMID40727724
期刊ACS Omega
发布时间2025-07-14
DOI10.1021/acsomega.5c02063

实验完整度

高

包含体内动物模型(STZ诱导糖尿病小鼠)和体外细胞模型(SH-SY5Y细胞),并进行功能验证(ERG、视网膜厚度、RGC计数)和机制验证(Nrf2抑制剂ML385逆转实验)。

主要模型

C57BL/6小鼠STZ诱导糖尿病模型 SH-SY5Y细胞高糖模型

重点核对

STZ单次腹腔注射100 mg/kg诱导糖尿病,血糖>16.7 mmol/L l-DOPA腹腔注射剂量10 mg/kg,每日一次,持续2周 SH-SY5Y细胞高糖处理浓度30 mM d-葡萄糖,处理24小时 DA处理浓度100 μM,ML385处理浓度5 μM,处理24小时

摘要

糖尿病视网膜病变(DR)是视力损害的主要原因,糖尿病视网膜神经变性(DRN)被认为是其早期病理特征。尽管多巴胺(DA)已在多种神经退行性疾病中显示出保护作用,但其在DRN中的作用尚未被充分理解。本研究提供证据表明DA可缓解DRN损伤,并阐明其潜在机制。通过单次大剂量注射链脲佐菌素诱导C57BL/6小鼠糖尿病,并通过腹腔注射每日给予多巴胺前体左旋多巴(l-DOPA)2周以治疗性补充多巴胺水平。结果表明,与糖尿病小鼠相比,l-DOPA治疗显著恢复视网膜厚度,增强震荡电位振幅,并减轻视网膜胶质细胞活化。在体外,高糖应激下用DA处理SH-SY5Y细胞导致超氧化物歧化酶活性显著增加,丙二醛水平、脂质过氧化物和铁离子浓度降低。此外,GPX4、SLC7A11、铁蛋白、Nrf2和HO-1蛋白的表达上调,而NCOA4的表达下调。重要的是,DA的保护作用被Nrf2抑制剂ML385显著减弱,证实了Nrf2/HO-1通路参与DA的保护机制。这些发现表明,DA通过激活Nrf2/HO-1通路减轻氧化应激、减少铁死亡并改善DRN中的视网膜功能,提示DA可能代表治疗DRN的一种新策略。

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
多巴胺是否能缓解糖尿病视网膜神经变性,其潜在机制是否涉及Nrf2/HO-1信号通路?
核心机制
多巴胺通过激活Nrf2/HO-1信号通路,上调GPX4、SLC7A11、铁蛋白等抗氧化和抗铁死亡蛋白,下调NCOA4,减轻氧化应激和铁死亡,从而保护视网膜神经节细胞。
主要证据
在STZ诱导的糖尿病小鼠中,l-DOPA治疗恢复视网膜厚度、ERG振幅和RGC密度;在SH-SY5Y细胞中,DA减少MDA、脂质过氧化和铁离子,增加SOD活性,上调GPX4、SLC7A11、Nrf2、HO-1,下调NCOA4;Nrf2抑制剂ML385逆转DA的保护作用。
研究意义
多巴胺可能成为治疗糖尿病视网膜神经变性的新策略。

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

糖尿病模型建立与验证

建立稳定的糖尿病小鼠模型,并验证视网膜多巴胺能神经元受损。

通过单次腹腔注射100 mg/kg STZ诱导糖尿病,10周后检测TH表达和视网膜多巴胺浓度,并在SH-SY5Y细胞中高糖处理验证TH下调。

2

评估l-DOPA对糖尿病小鼠视网膜功能的影响

检测l-DOPA治疗是否能改善糖尿病小鼠的视网膜功能。

在糖尿病诱导8周后,每日腹腔注射l-DOPA(10 mg/kg)持续2周,通过ERG记录a波、b波和震荡电位振幅,评估视网膜功能。

3

评估l-DOPA对视网膜结构和RGC的保护作用

确定l-DOPA是否能减轻糖尿病引起的视网膜变薄和RGC丢失。

通过HE染色测量视网膜各层厚度,免疫荧光染色RBPMS标记RGC并计数,TEM观察线粒体超微结构。

4

评估l-DOPA对视网膜神经炎症的影响

检测l-DOPA是否能抑制糖尿病引起的胶质细胞活化。

通过GFAP和IBA1免疫荧光染色评估星形胶质细胞和小胶质细胞活化程度。

5

验证DA对高糖诱导的SH-SY5Y细胞铁死亡的影响

检测DA是否能减轻高糖诱导的氧化应激和铁死亡。

使用CCK8检测细胞活力,测量MDA和SOD水平,BODIPY和FerroOrange荧光染色检测脂质过氧化和铁离子,Western blot检测GPX4、SLC7A11、铁蛋白、NCOA4表达。

6

验证DA对Nrf2/HO-1通路的激活

检测DA是否能激活Nrf2/HO-1信号通路。

通过免疫荧光染色检测小鼠视网膜中Nrf2和HO-1表达,Western blot检测SH-SY5Y细胞中Nrf2和HO-1蛋白水平。

7

验证Nrf2在DA保护作用中的必要性

使用Nrf2抑制剂ML385验证Nrf2通路是否介导DA的保护作用。

在SH-SY5Y细胞中,用DA和ML385共同处理,检测Nrf2、HO-1、GPX4、SLC7A11、铁蛋白、NCOA4表达,以及BODIPY、FerroOrange、MDA、SOD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
链脲佐菌素Sigma-AldrichS0130
左旋多巴MedchemExpressHY-N0304
抗坏血酸BeyotimeST1434
OneTouch VerioVue血糖仪Johnson Medical Co., Ltd.--
RetiMINERIRC--
托吡卡胺----
DMEM/F12培养基ProcellPM150322
青霉素-链霉素ServicebioG4003
胎牛血清NEWZERUM, Ltd.FBS-CS500
D-葡萄糖BeyotimeST491
多巴胺Shanghai Aladdin Biochemical Technology Co., Ltd.D103111
ML385MedchemExpressHY-100523
FAS眼固定液ServicebioG1109
曲拉通X-100----
正常驴血清----
TH抗体Proteintech25859-1-AP
RBPMS抗体Abcamab152101
GFAP抗体Proteintech16825-1-AP
Iba1抗体Abcamab178846
Cy3标记驴抗兔IgGServicebioGB21403
DAPIServicebioG1012
小鼠多巴胺ELISA试剂盒BioswampMU30456
RIPA裂解液BeyotimeP0013B
BCA蛋白定量试剂盒BeyotimeP0012
PVDF膜Millipore--
β-肌动蛋白抗体ServicebioGB12001-100
NRF2抗体ServicebioGB113808
铁蛋白抗体BeyotimeAF2104
SLC7A11抗体BeyotimeAF7992
GPX4抗体Abcamab125066
HO-1抗体Proteintech10701-1-AP
NCOA4抗体Proteintech10968-1-AP
HRP标记二抗Abclonal--
ECL检测试剂Servicebio--
TRIzol试剂ServicebioG3013-100
HiScript Q RT SuperMix qPCR反转录预混液VazymeR223-01
Taq Pro通用SYBR qPCR预混液VazymeR712-02
CCK-8试剂盒VazymeA311-01
脂质过氧化MDA含量检测试剂盒SolarbioBC0025
SOD活性检测试剂盒SolarbioBC5165

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
动物模型建立
STZ剂量100 mg/kg,单次腹腔注射;血糖>16.7 mmol/L视为模型成功;l-DOPA剂量10 mg/kg,每日一次,持续2周;溶剂为0.1%抗坏血酸生理盐水
阅读提示:Method 4.1 Animal
ERG检测
暗适应过夜;麻醉剂戊巴比妥钠50 mg/kg;瞳孔散大用1%托吡卡胺;刺激强度包括0.1、0.3、1.0、3.0 cd·s/m2;记录a波、b波和OPs振幅
阅读提示:Method 4.2 Electroretinography
细胞培养与处理
SH-SY5Y细胞培养条件(37°C,5% CO2);高糖30 mM d-葡萄糖,处理24小时;DA浓度100 μM;ML385浓度5 μM;处理时间24小时
阅读提示:Method 4.4 Cell Culture
铁死亡相关检测
MDA和SOD检测试剂盒品牌及货号;BODIPY和FerroOrange染色;Western blot检测GPX4、SLC7A11、铁蛋白、NCOA4、Nrf2、HO-1
阅读提示:Method 4.10 Measurement of MDA and SOD; Results 2.5 and 2.7