抑制NCOA4/FTH1介导的铁蛋白自噬减轻PDLCs的铁死亡并缓解正畸诱导的炎性牙根吸收

Inhibition of NCOA4/FTH1-mediated ferritinophagy attenuates ferroptosis in PDLCs and alleviates orthodontically induced inflammatory root resorption.

作者信息Liyan Liu, Dongyang Li, Zhe Zhou, Hong Ding, Runze Zhang, Xueyuan Han, Kexin Huang, Chunmiao Jiang
PMID41148492
发布时间2025-10-28
DOI10.1186/s40510-025-00590-2

实验完整度

包含体外hPDLCs压缩力模型、体内小鼠OIIRR模型、慢病毒敲低和药物抑制等多个独立证据层级,并进行了功能验证和机制验证。

主要模型

人牙周膜细胞(hPDLCs)压缩力加载模型 小鼠OIIRR模型(C57BL/6小鼠)

重点核对

体外压缩力2 g/cm²和IL-1β 20 ng/mL共刺激24小时 慢病毒LV-shNCOA4敲低NCOA4 化合物9a浓度0.5 µM Fer-1浓度1 µM(体外)和5 mg/kg(体内,每2天腹腔注射) 小鼠模型:雄性C57BL/6,8周龄,每组5只,镍钛弹簧施加约50g力,持续7天

摘要

背景:铁稳态的破坏与铁死亡和炎症相关疾病密切相关。核受体共激活因子4(NCOA4)介导的铁蛋白自噬在调节细胞内铁水平和诱导铁死亡中发挥核心作用。然而,其在正畸诱导的炎性牙根吸收(OIIRR)中的作用在很大程度上仍未探索。方法:在体外,使用人牙周膜细胞(hPDLCs)建立压缩力(CF)加载模型。采用Western blotting和免疫荧光染色检测铁死亡相关蛋白NCOA4、FTH1和GPX4的表达。使用铁死亡检测试剂盒测量细胞内丙二醛(MDA)、Fe²⁺和活性氧(ROS)的水平。JC-1染色用于评估线粒体膜电位。通过慢病毒转染沉默NCOA4,并使用小分子抑制剂9a进一步评估其在铁死亡中的功能作用。在体内,建立了OIIRR小鼠模型。使用苏木精和伊红(H&E)染色、抗酒石酸酸性磷酸酶(TRAP)染色和显微计算机断层扫描(micro-CT)评估牙根吸收。通过免疫组织化学和免疫荧光评估牙周组织中NCOA4、FTH1和GPX4的表达。腹腔注射铁死亡抑制剂Ferrostatin-1(Fer-1)以研究其对OIIRR的治疗效果。结果:CF和IL-1β刺激诱导hPDLCs发生铁死亡,表现为细胞内Fe²⁺、ROS和MDA水平升高,GPX4表达降低,以及线粒体损伤。在体外和体内模型中,NCOA4表达显著上调,导致铁蛋白降解和铁过载。Fer-1治疗有效减轻了体外的氧化应激和铁积累,并缓解了体内的OIIRR。化合物9a抑制NCOA4表达并减轻铁蛋白自噬介导的铁死亡。结论:NCOA4/FTH1介导的铁蛋白自噬在压缩和炎症条件下促进铁死亡,参与OIIRR的发病机制。靶向NCOA4/FTH1轴可能代表预防正畸诱导的牙根吸收的一种有前景的治疗策略。

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
NCOA4/FTH1介导的铁蛋白自噬是否参与压缩力和炎症条件下hPDLCs的铁死亡,并促进OIIRR的发病?
核心机制
NCOA4/FTH1介导的铁蛋白自噬在压缩力和炎症条件下被激活,导致铁蛋白降解和铁过载,进而促进铁死亡,加剧牙根吸收。
主要证据
体外hPDLCs模型中,CF和IL-1β共刺激上调NCOA4、下调FTH1和GPX4,增加Fe²⁺、ROS和MDA,降低线粒体膜电位;NCOA4敲低和9a处理可逆转这些变化;体内小鼠模型中,Fer-1减轻牙根吸收并恢复相关蛋白表达。
研究意义
靶向NCOA4/FTH1轴可能为预防正畸诱导的牙根吸收提供有前景的治疗策略。

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

小鼠OIIRR模型建立及Fer-1体内效果评估

验证Fer-1对正畸力诱导的牙根吸收的治疗作用

建立小鼠OIIRR模型,腹腔注射Fer-1,通过micro-CT、H&E染色、TRAP染色和IHC评估牙根吸收和牙周组织改变。

2

体外压缩力模型建立及铁死亡表征

确定CF和IL-1β刺激是否诱导hPDLCs铁死亡

对hPDLCs施加2 g/cm²压缩力并联合IL-1β处理24小时,检测GPX4、ROS、Fe²⁺、MDA和线粒体膜电位。

3

铁蛋白自噬的验证

验证CF和IL-1β刺激是否诱导铁蛋白自噬

在不同时间点检测NCOA4、FTH1、LC3、p62蛋白表达及细胞内Fe²⁺水平,并通过免疫荧光观察NCOA4和LC3/FTH1共定位。

4

NCOA4敲低功能实验

验证NCOA4在铁蛋白自噬和铁死亡中的作用

使用LV-shNCOA4慢病毒敲低hPDLCs中NCOA4,评估对FTH1、GPX4、ROS、Fe²⁺、MDA和线粒体膜电位的影响。

5

化合物9a抑制铁蛋白自噬实验

验证9a通过阻断NCOA4/FTH1相互作用抑制铁蛋白自噬和铁死亡

用0.5 µM 9a处理hPDLCs,检测细胞活力、NCOA4/FTH1/GPX4蛋白表达及铁死亡指标。

6

Fer-1体内机制验证

验证Fer-1在体内抑制铁蛋白自噬介导的铁死亡

对OIIRR小鼠Fer-1处理后,通过IHC和免疫荧光检测牙周组织中NCOA4、FTH1、LC3和GPX4的表达。

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
I型胶原酶----
α-MEM培养基ProcellPM150421
胎牛血清Procell164210-50
青霉素/链霉素ProcellPB180120
水合氯醛----
镍钛弹簧Chengdu Mingxing Spring Co., Ltd--
结扎丝----
流体树脂----
Ferrostatin-1MedChemExpressHY-100579
Quantum GX2PerkinElmer--
Mimics 21.0Materialize--
过氧化氢----
牛血清白蛋白----
GPX4抗体Abcamab125066
NCOA4抗体ABclonalA5695
FTH1抗体ABclonalA1144
LC3抗体ABclonalA17424
生物素化山羊抗兔/小鼠IgG----
全景组织细胞扫描分析仪3DHISTECH2022044000
TRAP染色试剂盒ServicebioG1050-50T
白细胞介素-1βMedChemExpressHY-P7028
化合物9aMedChemExpressHY-149457
BCA蛋白检测试剂盒----
PVDF膜----
脱脂牛奶----
NCOA4抗体ABclonalA5695
FTH1抗体ABclonalA1144
LC3抗体ABclonalA17424
GPX4抗体Abcamab125066
GAPDH抗体ElabscienceAN004430L
二抗ElabscienceE-AB-1003
ECL试剂盒ElabscienceE-IR-R307
ImageJ软件----
DCFH-DA荧光探针ServicebioG1706
JC-1染色探针ElabscienceE-CK-A30
铁检测试剂盒ServicebioG4301
MDA检测试剂盒ElabscienceE-BC-K028-M
Triton X-100Sigma-AldrichT8787
牛血清白蛋白----
山羊抗兔IgG H&L(Alexa Fluor® 488)Abcamab150077
山羊抗兔IgG H&L(Alexa Fluor® 647)Abcamab150079
山羊抗小鼠IgG H&L(Alexa Fluor® 488)Abcamab150113
DAPIBeyotimeP0131
共聚焦显微镜Nikon--
LV-shNCOA4慢病毒载体Jikai Biotechnology Co., Ltd.GV112
RNA-easy RNA提取试剂VazymeR701
Evo M-MLV反转录试剂盒Accurate BiologyAG11701
SYBR Green Pro Taq HSAccurate BiologyAG11701
PCR引物Shenggong--
CCK-8检测试剂盒Epizyme BiotechCX001M
酶标仪Molecular DevicesSpectraMax Plus 384
GraphPad Prism--10.2

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
体外压缩力模型
压缩力大小2 g/cm²,IL-1β浓度20 ng/mL,处理时间24小时;hPDLCs种植密度1×10^5/孔,80%融合
阅读提示:Methods: In vitro compressive force loading model
NCOA4敲低
LV-shNCOA4慢病毒转染,靶序列GGTATTGTAGCTGTCCCTTTC,敲低效率在48小时后通过qRT-PCR和Western blot验证
阅读提示:Methods: SiRNA transfection
Western blot
抗体稀释比:NCOA4 1:800, FTH1 1:800, LC3 1:1000, GPX4 1:5000, GAPDH 1:30000;二抗1:3000;ECL检测
阅读提示:Methods: Western blot analysis
铁死亡指标检测
ROS使用DCFH-DA探针;Fe²⁺使用铁检测试剂盒;MDA使用MDA检测试剂盒;JC-1染色评估线粒体膜电位
阅读提示:Methods: Detection of intracellular ROS, Determination of iron content, Malondialdehyde (MDA) determination, Mitochondrial membrane potential measurement
体内OIIRR模型
C57BL/6小鼠雄性8周龄,随机分为三组,每组5只;镍钛弹簧施加约50g力,持续7天;Fer-1剂量5 mg/kg每2天腹腔注射
阅读提示:Methods: Mice OIIRR model establishment
组织学分析
micro-CT参数90 kV, 80 mA, 10 μm体素;H&E和IHC染色切片厚度5 μm;TRAP染色试剂盒使用
阅读提示:Methods: Micro-CT scanning, Histological and immunohistochemical (IHC) staining, Tartrate-resistant acid phosphate (TRAP) staining