铁死亡在IL-1β诱导的人骨关节炎软骨细胞中发挥作用

Ferroptosis Plays a Role in Human Chondrocyte of Osteoarthritis Induced by IL-1β In Vitro.

作者信息Wenbo Xu, Bowen Zhang, Chunyang Xi, Yong Qin, Xin Lin, Bo Wang, Pengyu Kong, Jinglong Yan
PMID36786219
期刊Cartilage
发布时间2023-12
DOI10.1177/19476035221142011

实验完整度

中

研究包含体外细胞实验,检测了形态、活力、增殖、铁死亡标志物及OA相关因子,并比较了两种抑制剂,但缺乏动物模型和体内验证。

主要模型

人OA软骨细胞(原代培养,P2-P3)

重点核对

IL-1β浓度及处理时间(48小时) Fer-1浓度(文中未明确说明具体浓度) Lip-1浓度(0.5μM为最优浓度) 样本来源:5例OA患者膝关节软骨(60-65岁) 细胞代数:P2-P3

摘要

目的:骨关节炎(OA)是一种常见疾病,发病机制复杂且尚不清楚。铁死亡是一种新的细胞死亡方式,已被证明参与多种疾病。我们假设铁死亡参与人类OA的进展。设计:从全膝关节置换术废弃软骨中提取软骨细胞,并用白细胞介素-1β(IL-1β)刺激。然后,我们检测了形态、增殖、活力,以及Fe3+、谷胱甘肽(GSH)、活性氧(ROS)、丙二醛(MDA)的水平,以及在有无ferrostatin-1(Fer-1)干预下与铁死亡相关的5种蛋白质。此外,我们通过检测铁死亡和OA的几种标志物,比较了Fer-1和liproxstatin-1(Lip-1)对铁死亡和软骨细胞保护的作用。结果:IL-1β刺激后,软骨细胞形态发生显著变化,活力和增殖降低。细胞内Fe3+、GSH、ROS和MDA积累,5种铁死亡相关蛋白表达发生变化。在Fer-1的作用下,上述结果被逆转。此外,Fer-1组和Lip-1组之间GPX4和ACSL4没有显著差异。然而,与Lip-1相比,Fer-1处理后COLX、ADAMTS5和MMP-13的表达较低。结论:铁死亡在人OA软骨细胞中发挥重要作用,Fer-1可逆转这一作用,说明铁死亡抑制剂可能成为OA的潜在治疗方法。此外,Lip-1和Fer-1都可以减轻OA软骨细胞中的铁死亡水平,但Fer-1具有更好的保护作用。

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
铁死亡是否参与人骨关节炎软骨细胞的病理过程,以及Fer-1是否能够逆转IL-1β诱导的铁死亡并保护软骨细胞。
核心机制
IL-1β通过诱导铁死亡(铁过载、GSH耗竭、脂质过氧化)促进软骨细胞损伤,Fer-1通过抑制脂质过氧化逆转这一过程。
主要证据
IL-1β刺激后人软骨细胞出现铁死亡特征(Fe3+、ROS、MDA升高,GSH降低,GPX4、SLC7A11下调,ACSL4、P53上调),Fer-1处理逆转这些变化;Fer-1还降低ADAMTS5和MMP-13表达,且效果优于Lip-1。
研究意义
本研究首次证明人OA软骨细胞中存在铁死亡机制,并提示铁死亡抑制剂(特别是Fer-1)可能成为早期OA的潜在治疗药物。

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

软骨细胞分离与培养

获取人OA软骨细胞用于体外实验

从5例OA患者(60-65岁)TKA废弃软骨中分离原代软骨细胞,用0.2% II型胶原酶消化,培养至P2-P3用于实验。

2

软骨细胞鉴定

确认分离的细胞为软骨细胞

通过甲苯胺蓝染色鉴定软骨细胞特征。

3

IL-1β刺激与Fer-1干预

诱导软骨细胞铁死亡并评估Fer-1的保护作用

将软骨细胞分为对照组、IL-1β组和IL-1β+Fer-1组,进行相应处理。

4

细胞活力与增殖检测

评估IL-1β对细胞活力和增殖的影响及Fer-1的逆转作用

使用CCK-8检测24和48小时细胞活力,EdU检测细胞增殖。

5

铁死亡相关指标检测

检测IL-1β和Fer-1对铁死亡标志物的影响

检测细胞内Fe3+、GSH、MDA、ROS水平,以及GPX4、SLC7A11、ACSL4、P53、TfR1蛋白表达。

6

OA相关因子检测与Fer-1和Lip-1比较

评估Fer-1对OA炎症环境的保护作用,并比较Fer-1和Lip-1的效果

使用Western blot、RT-qPCR和ELISA检测ADAMTS5、MMP-13、COLX、SOX9等基因表达,并比较Fer-1和Lip-1对细胞活力和OA标志物的影响。

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。

细胞培养与处理
细胞鉴定
细胞功能检测
基因表达检测
炎症因子检测

产品清单

实验环节名称品牌货号
α-MEM培养基CytivaSH30265.01
胎牛血清ExCell BioFSD500
青霉素-链霉素BeyotimeC0222
II型胶原酶BiosharpBS163
甲苯胺蓝SolarbioG3660
白细胞介素-1βPEPROTECH200-01B
Ferrostatin-1MedChemExpressHY-100579
CCK-8试剂盒BeyotimeC0037
EdUBeyotimeC0078S
Triton X-100BiosharpBS084
Hoechst 33342----
铁标准溶液JianchengA039-2-1
GSH标准溶液SolarbioBC1170
MDA标准溶液SolarbioBC0025
H2DCFDABiosharpBL714A
RIPA裂解液----
BCA蛋白定量试剂盒BeyotimeP0012S
PVDF膜Bio-Rad--
脱脂奶粉BeyotimeP0216-300g
GPX4抗体AffinityDF6701
SLC7A11抗体AffinityDF12509
P53抗体WanleibioWL01919
ACSL4抗体AffinityDF12141
TfR1抗体WanleibioWL03500
ADAMTS5抗体Abcamab41037
MMP-13抗体WanleibioWL04694
β-actin抗体WanleibioWL01372
二抗WanleibioWLA023a
增强化学发光试剂BeyotimeP0018S
山羊血清BosterAR0009
Cy3标记山羊抗兔二抗BeyotimeBL033A
DAPIBeyotimeC1005
ADAMTS5 ELISA试剂盒ElabscienceE-EL-H5590c
MMP-13 ELISA试剂盒ElabscienceE-EL-H6023
TrizolBeyotimeR0016
SYBR GreenES ScienceQP002
酶标仪BIO-RADiMark
荧光显微镜LeicaDM
光学显微镜ZEISSAxio
超声波细胞破碎仪SONICSvibra
离心机Heal ForceNeofuge

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
软骨细胞分离与培养
患者年龄(60-65岁)、样本来源、胶原酶浓度和消化时间、培养基成分、细胞代数
阅读提示:Materials and Methods: Isolation and Culture of Human Chondrocytes
IL-1β刺激模型
IL-1β浓度、处理时间(48小时)
阅读提示:Materials and Methods: Cell Viability Assay; Results
Fer-1处理
Fer-1浓度(文中未明确说明)
阅读提示:Materials and Methods: Cell Viability Assay
Lip-1处理
Lip-1浓度(1μM有毒性,0.5μM为最优)
阅读提示:Results: Fer-1 Protected Chondrocyte...
铁死亡标志物检测
Fe3+、GSH、MDA、ROS检测方法及波长,Western blot抗体及稀释比例(未说明),免疫荧光染色步骤
阅读提示:Materials and Methods: Detection of Intracellular Fe3+, GSH...; Western Blot Analysis; Immunofluorescence Staining
OA相关因子检测
Western blot、RT-qPCR和ELISA的实验条件,引物序列(见Table 1)
阅读提示:Materials and Methods: ELISA Analysis; Quantitative Real-Time Polymerase Chain Reaction; Table 1