社交失败应激通过激活hepcidin-ferroportin轴损害系统性铁代谢

Social defeat stress impairs systemic iron metabolism by activating the hepcidin-ferroportin axis.

作者信息Emiko Kasahara, Ayumi Nakamura, Kenki Morimoto, Shiho Ito, Mika Hori, Atsuo Sekiyama
PMID39114446
发布时间2024-07
DOI10.1096/fba.2024-00071

实验完整度

包含行为学验证(SIT)、血常规与铁代谢指标检测、Western blot、qPCR及furin活性测定,以及hepcidin抑制剂和铁剂干预的功能验证,证据层级较完整。

主要模型

C57BL/6N小鼠社交失败应激模型 ICR小鼠攻击者模型 小鼠原代组织(肝、脾、十二指肠、骨髓)

重点核对

SDS攻击时长逐日减少(5分钟起,每天减少30秒,第5天起3分钟,持续10天) ICR小鼠每日轮换以避免同一攻击者连续攻击 SDS后行为测试(SIT)及样本采集时间点 达肝素剂量150 IU/kg i.p.每日注射 口服铁剂(柠檬酸亚铁钠)剂量3.5 mg/kg(铁)

摘要

慢性心理应激已被报道可降低循环铁浓度并损害造血功能。然而,其潜在机制仍不清楚。本研究旨在通过使用社交失败应激(SDS)模型(一种广泛使用的抑郁模型)研究心理应激对生物铁代谢的影响。与对照组小鼠相比,接受SDS的小鼠(SDS小鼠)表现出较低的社交互动(SI)行为。SDS小鼠还表现出造血功能受损,表现为循环红细胞计数减少、网织红细胞计数升高和血浆铁水平降低。在SDS小鼠中,骨髓中的铁含量降低,而脾脏中的铁含量升高,提示系统性铁代谢失调。SDS小鼠血浆中hepcidin(系统性铁稳态的重要调节因子)浓度升高。同时,SDS小鼠脾脏和十二指肠中ferroportin(受hepcidin负调控的铁转运蛋白)的浓度低于对照组小鼠。使用hepcidin抑制剂达肝素治疗可阻止SDS小鼠血浆铁水平的降低。将前体hepcidin转化为活性hepcidin的furin的基因表达和酶活性均升高,且与血浆hepcidin浓度呈正相关。因此,furin激活可能是血浆hepcidin浓度升高的原因。本研究首次表明,心理应激通过激活hepcidin–ferroportin轴破坏系统性铁稳态。在治疗铁难治性贫血的疾病时,考虑心理应激源可能是有益的。

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
心理应激如何影响系统性铁代谢并导致贫血?其潜在机制是什么?
核心机制
心理应激通过激活furin,增强pro-hepcidin向活性hepcidin的加工,升高血浆hepcidin水平,进而抑制ferroportin表达,减少铁从脾脏和十二指肠向循环血液的释放,导致铁利用障碍和贫血。
主要证据
SDS小鼠血浆hepcidin升高,脾脏和十二指肠ferroportin蛋白表达降低,铁剂口服无效,而达肝素(hepcidin抑制剂)可恢复正常血浆铁水平;同时SDS小鼠肝脏furin mRNA表达和酶活性约两倍升高,并与血浆hepcidin浓度正相关。
研究意义
本研究首次表明心理应激可通过激活hepcidin–ferroportin轴破坏系统性铁稳态,提示在铁难治性贫血的治疗中考虑心理应激因素可能有益。

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

建立社交失败应激动物模型

模拟心理应激状态,验证模型有效性

使用C57BL/6N小鼠与ICR小鼠进行为期10天的社交失败应激(SDS),随后进行社交互动测试以评估抑郁样行为。

2

检测造血及贫血相关参数

评估应激对造血功能的影响,鉴别贫血类型

采集血液样本,使用血细胞分析仪检测红细胞计数、血红蛋白、红细胞压积、网织红细胞计数等参数,并检测胆红素水平以排除溶血。

3

评估系统性铁代谢

检测铁代谢相关指标,明确是否存在铁利用障碍

测量血浆铁、铁结合能力、铁蛋白浓度,以及肝脏、脾脏和骨髓中的铁含量。

4

检测hepcidin-ferroportin系统

验证应激对铁代谢调控轴的影响

使用ELISA检测血浆hepcidin水平,Western blot检测脾脏和十二指肠ferroportin蛋白表达。

5

铁剂口服给药试验

探究铁吸收是否受损

在SDS期间每日口服柠檬酸亚铁钠,检测血浆铁水平和贫血参数,观察铁补充能否改善。

6

达肝素(hepcidin抑制剂)干预

验证hepcidin在铁代谢紊乱中的作用

在SDS期间每日腹腔注射达肝素,检测血浆他普辛水平、铁参数及血常规指标。

7

研究hepcidin升高的机制

探索应激升高hepcidin的分子途径

检测肝脏hepcidin基因表达、furin基因表达和酶活性,并分析furin活性与血浆hepcidin的相关性。

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/6N小鼠SLC Co.--
ICR小鼠----
XT-2000iVSysmex--
直接胆红素E-HA检测试剂盒Fujifilm Wako Pure Chemical Co.464-44701
总胆红素E-HR检测试剂盒Fujifilm Wako Pure Chemical Co.417-23193
金属检测试剂盒MetallogenicsAKJ-0000-27
微量检测试剂盒MetallogenicsAKJ-0000-48
小鼠铁蛋白ELISA试剂盒ElabScienceE-EL-M0491
小鼠铁调素ELISA试剂盒CUSABIOCSB-E14395m
蛋白酶抑制剂混合物Nacalai Tesque--
Immobilon膜Millipore--
Hepcidin-25抗体abcamab30760
SLC40A1/FPN1抗体Proteintech26601-1-AP
furin抗体Proteintech18413-1-AP
β-肌动蛋白抗体Sigma-AldrichA1978
HRP标记二抗DAKOP0399 or P0448
化学发光检测系统Fujifilm Wako Pure Chemical Co.--
ImageQuant LAS 4010FujiFilm--
ImageJ软件NIH--
ISOSPIN细胞组织RNA提取试剂盒NIPPO GENE314-08211
CFX-384 PCR系统Bio-Rad--
PrimePCR基因表达检测试剂盒Bio-Rad--
Boc-Arg-Val-Arg-Arg-MCAPeptide Institute--
Pyr-Arg-Thr-Lys-Arg-MCAPeptide Institute--
达肝素(法安明)Pfizer Inc.--
柠檬酸亚铁钠Eisai Food & Chemical Co., Ltd.--
GraphPad Prism 10GraphPad--

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
社交失败应激模型
攻击时长(第一天5分钟,之后每天减30秒,第5-10天3分钟)、SDS总时长(10天)、ICR小鼠轮换、C57BL/6N小鼠周龄(5周)
阅读提示:Methods 2.2.2
社交互动测试
光照条件(约10 lux)、习惯化时间(30分钟)、测试时长(各3分钟)、SIR和CR计算方法
阅读提示:Methods 2.2.3 及图1C
血样采集与血常规
采血时间(SDS后次日)、使用XT-2000iV分析仪
阅读提示:Methods 2.3
铁代谢指标检测
血浆铁、UIBC、TIBC、铁蛋白、铁含量检测平台(试剂盒)
阅读提示:Methods 2.3
达肝素干预
给药剂量(150 IU/kg i.p.)、给药时间(SDS期间每日)、对照组(PBS)
阅读提示:Methods 2.7
铁剂口服
铁剂剂量(3.5 mg/kg铁)、溶剂(1% CMC)、给药时间(SDS后4小时)
阅读提示:Methods 2.8