心肌缺血再灌注损伤中多种细胞死亡程序的时间调控

Temporal regulation of genetic programs governing multiple cell death during myocardial ischemia-reperfusion injury.

作者信息Qiuyu Pang, Xiangmin Meng, Zhenfang Zhou, Lu You, Jinghan Yuan, Qipu Feng, Bingmei Zhu
PMID40979591
发布时间2025-09-16
DOI10.3389/fgene.2025.1632867

实验完整度

包含体内动物模型、体外细胞实验及多组学数据(bulk RNA-seq、scRNA-seq、ST-seq)分析,并进行了功能验证和机制验证,但缺少类器官等额外证据层级。

主要模型

H9c2细胞(缺氧/复氧模型) C57BL/6小鼠心肌缺血再灌注模型

重点核对

再灌注时间点(6h、12h、24h) 细胞死亡类型(凋亡、自噬、铁死亡、坏死、焦亡等)的基因表达变化 TUNEL染色检测凋亡 GPX4表达变化 单细胞RNA测序分析(GSE227238)

摘要

Introduction: Reperfusion serves as an effective therapeutic strategy for myocardial infarction (MI), but it causes damage to the heart. Although many studies have investigated the mechanism of disparate forms of cell death in myocardial ischemia-reperfusion injury (I/R), there remains a paucity of studies focus on the direct comparison of the mode of cell death events resulting from different reperfusion periods.Methods: We conducted an analysis of different sequencing data available in public databases to investigate the relationship between the diverse patterns of cell death and different reperfusion times. Additionally, we evaluated the time window of multiple categories of cell death between cells and mice.Results: We explored the relationship between the various modes of cell death and different reperfusion times induced by 6h, 12h and 24 h reperfusion. Our findings revealed that apoptosis occurred in the early stage of I/R injury and continued to appear as the reperfusion time increased. Meanwhile, the changes in autophagy and cuproptosis were also more obvious in the early stage of reperfusion. Notably, ferroptosis and necrosis emerged as the predominant forms of cell death during the medium-to-long-term reperfusion period.Discussion: In summary, this study demonstrates that apoptosis takes place during the early stage of reperfusion. Besides, ferroptosis, necrosis and pyroptosis played a crucial role in the prolonged I/R injury period.

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
心肌缺血再灌注损伤中,不同细胞死亡模式在不同再灌注时间点的发生规律是什么?
核心机制
凋亡在再灌注早期发生,铁死亡、坏死和焦亡在再灌注中后期起关键作用。
主要证据
通过多组学数据分析及H9c2细胞和C57BL/6小鼠模型验证,发现凋亡在早期出现,铁死亡和坏死在中后期占主导,且GPX4表达随再灌注时间延长而降低。
研究意义
明确不同细胞死亡模式的时间窗口,为开发针对特定细胞死亡模式的干预策略提供理论基础。

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

分析不同再灌注时间点的细胞死亡模式

探索七种细胞死亡形式与再灌注时间的关系。

利用公共RNA-seq数据(GSE193997、CRA008354、GSE168610)分析不同再灌注时间点(1.5h、6h、12h、24h、48h、72h)细胞死亡相关基因表达变化。

2

单细胞水平分析心肌细胞死亡特征

确定不同细胞类型(如心肌细胞、巨噬细胞等)在再灌注后的细胞死亡模式。

分析scRNA-seq数据GSE227238,注释细胞类型,计算不同细胞死亡得分。

3

体外H/R实验验证细胞死亡时间窗口

验证心肌细胞在不同复氧时间点的死亡模式变化。

H9c2细胞进行缺氧8小时,复氧2h、6h、12h、24h,检测细胞活力和死亡相关基因表达。

4

动物模型验证不同细胞死亡模式的时间窗口

在体内验证细胞死亡模式与再灌注时间的关系。

C57BL/6小鼠建立心肌I/R模型(缺血30分钟,再灌注6h、12h、24h),检测细胞死亡相关基因表达和TUNEL染色。

5

铁死亡主导作用的验证

确认铁死亡在再灌注中后期的主要作用。

使用ST-seq数据GSE227088分析铁死亡相关基因表达,并通过免疫组化和免疫荧光检测GPX4表达。

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
C57BL/6小鼠GemPharmatech Co. Ltd.--
H9c2细胞Procell Life Science Technology Co., Ltd.--
RIPA裂解液----
BCA蛋白定量试剂盒Thermo Fisher Scientific23225
SDS-PAGE凝胶YEASEN--
PVDF膜Merck03010040001
ECL底物液Thermo Fisher Scientific32209
细胞/组织总RNA提取试剂盒YEASEN19221ES50
Hifair®一步法RT-gDNA消化SuperMix qPCR试剂盒YEASEN11142ES60
ChamQ通用SYBR qPCR预混液YEASEN11201ES08
ABI QuantStudio6 Q6实时荧光定量PCR系统ABI--
GPX4一抗HUABIOET1706-45
含DAPI的Fluoroshield组织封片剂----
共聚焦显微镜(ECLIPSE Ti)Nikon--
TUNEL BrightRed凋亡检测试剂盒VazymeA113-01
CCK-8检测试剂盒YEASEN40203ES60

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
小鼠品系、年龄、性别、缺血时间、再灌注时间点
阅读提示:详见2.1和2.2节
细胞实验
H9c2细胞培养条件(DMEM、CO2浓度)、缺氧时间(8h)和复氧时间点(2h,6h,12h,24h)
阅读提示:详见2.3节
基因表达检测
用于Western blot和RT-qPCR的抗体和引物序列
阅读提示:详见2.5、2.6节及补充表S1、S2
细胞死亡评估
TUNEL染色和CCK-8检测的具体步骤和条件
阅读提示:详见2.8和2.9节
数据分析
使用的公共数据集(GSE193997, CRA008354, GSE168610, GSE227238, GSE227088)及分析流程
阅读提示:详见2.10-2.12节及补充表S3