抑制铁死亡可逆转小鼠射血分数保留的心力衰竭

Inhibition of ferroptosis reverses heart failure with preserved ejection fraction in mice.

作者信息Yixiao Xiong, Xin Liu, Ling Jiang, Tao Hao, Yanyan Wang, Tao Li
PMID38402404
发布时间2024-02
DOI10.1186/s12967-023-04734-y

实验完整度

高

包含生物信息学分析(DEGs、GO/KEGG、PPI网络)和动物实验(HFpEF模型建立、表型验证、铁死亡抑制剂干预)等至少两个独立证据层级,且包含功能验证(抑制剂改善表型)和机制验证(铁死亡通路蛋白变化)。

主要模型

HFpEF小鼠模型(HFD+L-NAME诱导5周) GSE180065数据集(小鼠心脏组织转录组) C57BL/6J小鼠

重点核对

HFpEF模型建立:HFD+L-NAME(0.5 g/L)喂养5周 铁死亡抑制剂给药:Fer-1(2 mg/kg,腹腔注射,每日一次,2周)和DFP(100 mg/kg,腹腔注射,2周) 主要检测指标:心脏舒张功能(E/A、E/e')、铁含量、ROS、MDA、SOD、铁死亡相关蛋白(SLC7A11、GPX4、NRF2) 样本量:每组5只小鼠 统计分析:两组比较用Student's t检验,多组比较用ANOVA

摘要

背景:射血分数保留的心力衰竭(HFpEF)约占心力衰竭病例的50%。HFpEF导致心脏舒张功能受损的分子机制尚未阐明,针对HFpEF患者临床症状的药物也未明确。方法:从美国国家生物技术信息中心(NCBI)数据库下载HFpEF芯片数据(GSE180065)。通过R语言中的limma包筛选差异表达基因(DEGs),并进行GO和KEGG通路分析。然后,通过取DEGs与铁死亡相关基因的交集,鉴定HFpEF中的铁死亡相关基因。使用CytoHubba和MCODE在蛋白质-蛋白质相互作用(PPI)网络中筛选铁死亡相关的hub DEGs。建立小鼠HFpEF模型以验证铁死亡相关hub DEGs的转录水平和铁死亡相关表型。在使用铁死亡抑制剂后,进一步检测HFpEF小鼠心脏中铁死亡相关hub DEGs的转录水平和HFpEF表型变化。结果:GO和KEGG富集分析表明,HFpEF中的DEGs显著富集于铁死亡相关通路。在铁死亡基因数据集与DEGs之间共鉴定出24个铁死亡相关DEGs。进一步通过CytoHubba和MCODE模块分析已建立的PPI网络,获得HFpEF中11个铁死亡相关hub DEGs。在动物实验中,HFpEF小鼠表现出明显的铁死亡异常激活。除Cdh1外,与铁死亡相关的11个hub DEGs的表达趋势与生物信息学分析结果一致。抑制铁死亡改变了11个铁死亡相关hub DEGs的转录水平,并改善了HFpEF表型。结论:本研究有助于深入了解铁死亡参与HFpEF发展的具体机制,并提示抑制铁死亡可能减轻HFpEF的进展。此外,十一个hub基因被认为是潜在的药物结合靶点。

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
射血分数保留的心力衰竭(HFpEF)中,铁死亡是否被激活,以及抑制铁死亡能否改善HFpEF表型?
核心机制
在HFpEF中,铁死亡异常激活,表现为铁过载、脂质过氧化增加、抗氧化能力下降(SOD活性降低、GPX4和SLC7A11表达下降),NRF2水平降低可能通过调节GPX4活性参与铁死亡调控。
主要证据
通过生物信息学分析鉴定出11个铁死亡相关hub DEGs;在HFD+L-NAME诱导的HFpEF小鼠模型中,验证了铁死亡激活(Ptgs2上调、铁含量增加、ROS和MDA升高、GPX4和SLC7A11降低),并使用Ferrostatin-1和Deferiprone抑制铁死亡后,HFpEF相关表型(舒张功能障碍、肺充血等)得到改善。
研究意义
研究揭示了铁死亡参与HFpEF发展的具体机制,抑制铁死亡可能减轻HFpEF进展,并提出了11个hub基因作为潜在药物结合靶点。

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

生物信息学分析

筛选HFpEF中与铁死亡相关的差异表达基因和hub基因。

从GEO数据库下载GSE180065数据集,使用limma包筛选DEGs,进行GO和KEGG富集分析,并与FerrDb数据库取交集获得铁死亡相关DEGs,通过STRING和Cytoscape构建PPI网络,使用MCODE和CytoHubba筛选hub DEGs。

2

HFpEF小鼠模型建立与表型验证

验证HFpEF模型是否成功建立,并评估HFpEF相关表型。

C57BL/6J小鼠给予高脂饮食(HFD)和L-NAME(0.5 g/L)饮水5周建立HFpEF模型,通过超声心动图、运动耐量测试、葡萄糖耐量测试、组织学染色等评估心脏结构和功能变化。

3

铁死亡激活验证

验证HFpEF小鼠心脏中铁死亡是否异常激活。

检测铁死亡标志物Ptgs2 mRNA表达、普鲁士蓝染色、总铁含量、ROS水平、SOD活性、MDA水平、透射电镜观察线粒体形态、Western blot检测SLC7A11、GPX4、NRF2、ATF4蛋白表达。

4

铁死亡抑制剂干预

探讨抑制铁死亡是否能改善HFpEF表型并改变hub DEGs表达。

HFpEF小鼠造模5周后,分别腹腔注射Ferrostatin-1(2 mg/kg,每日一次)或Deferiprone(100 mg/kg)或溶剂,持续2周。检测铁死亡指标、心脏功能和组织学变化及hub DEGs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
Nω-硝基-L-精氨酸甲酯Sigma-Aldrich--
Ferrostatin-1Med Chem Express--
去铁酮Med Chem Express--
Vevo 3100小动物高分辨率超声仪Fujifilm Visual Sonics--
MX550D探头----
CD31一抗Abcamab182981
普鲁士蓝染色试剂盒SolarbioG1422
F4/80多克隆抗体Proteintech28463-1-AP
山羊抗兔IgG(Alexa Fluor 594)Abcamab150080
二氢乙啶Sigma-Aldrich104821-25-2
总铁离子比色检测试剂盒ElabscienceE-BC-K772-M
总SOD活性检测试剂盒BeyotimeS0109
丙二醛检测试剂盒BeyotimeS0131S
NRF2抗体Proteintech16396-1-AP
ATF4抗体Proteintech10835-1-AP
SLC7A11抗体Proteintech26864-1-AP
GPX4抗体Proteintech67763-1-Ig
GAPDH抗体Proteintech60004-1-Ig
RIPA裂解液----
蛋白酶抑制剂混合物Roche--
TRIzol试剂Ambion--
逆转录试剂盒Bio-Rad--
SYBR混合物Bio-Rad--
GraphPad Prism 9.0----

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
HFpEF小鼠模型建立
小鼠品系(C57BL/6J)、性别、年龄?;饲养条件(光暗周期、饮食);L-NAME浓度(0.5 g/L溶于饮用水)、pH调节(7.4);HFD配方;建模时间(5周);对照组(正常饮食)。
阅读提示:Materials and Methods: Animals; Results: Validation of ferroptosis-related hub DEGs expression in HFpEF mice; Figure 3 legend.
铁死亡抑制剂处理
Ferrostatin-1剂量(2 mg/kg)、给药方式(腹腔注射)、频率(每日一次)、持续时间(2周);溶剂(0.1% DMSO+99.9%玉米油);Deferiprone剂量(100 mg/kg)、给药方式(腹腔注射)、持续时间(2周);溶剂(PBS);给药时间(HFpEF建模5周后开始)。
阅读提示:Materials and Methods: Animals; Results: Ferrostatin-1 inhibits ferroptosis and alters the transcript levels of ferroptosis hub DEGs; Figure 5A.
超声心动图评估
麻醉条件(1.5%异氟烷);探头(MX550D,26-52 MHz);心率范围(350-450 bpm);测量的参数(LVEF、E/A、E/e'、LVPWd、LVDd、LVDs、LVSd)。
阅读提示:Materials and Methods: Conventional echocardiography and Doppler imaging.
铁死亡指标检测
ROS检测使用DHE浓度(10 μmol)和孵育时间(30 min);SOD活性检测组织量(0.1 g)和匀浆方法;MDA检测组织量和血浆;铁含量检测组织量(0.1 g);Western blot抗体稀释比例和蛋白上样量(10-20 µg)。
阅读提示:Materials and Methods: Measurement of ROS, SOD activity, MDA level, Total iron ion content measurement, Western blot analysis.
统计分析
数据表示(mean±SEM);正态性检验;两组比较使用Student's t检验;多组比较使用ANOVA(one-way或two-way)和Bonferroni事后检验;显著性水平(P<0.05)。
阅读提示:Materials and Methods: Statistical analysis.