TGF-β1通过ERK1/2-WISP1通路诱导ROS激活铁死亡,促进肾小管上皮细胞纤维化的进展

TGF-β1 induces ROS to activate ferroptosis via the ERK1/2-WISP1 pathway to promote the progression of renal tubular epithelial cell fibrosis.

作者信息Yi Zhou, Fengwu Luan, Xiaonan Feng, Min Yu, Lu Li, Xiaoyan Guo, Xiaolong Yin
PMID39959788
发布时间2025-04
DOI10.1007/s10616-025-00719-5

实验完整度

中

包含体外细胞模型、生物信息学分析、药物干预和基因敲低验证,但缺乏动物模型和患者样本验证。

主要模型

HK-2人肾皮质近端小管上皮细胞系 TGF-β1诱导的HK-2细胞纤维化模型

重点核对

TGF-β1处理浓度:10 ng/mL,处理时间:24小时 Fer-1预处理浓度:2 μM,预处理时间:2小时 NAC预处理浓度:5 mM,预处理时间:2小时 PD98059预处理浓度:10 μM,预处理时间:2小时 WISP1敲低慢病毒感染MOI:50,筛选浓度:3 μg/ml嘌呤霉素

摘要

慢性肾脏病(CKD)常进展为肾纤维化,其特征是细胞外基质过度沉积,并且与铁死亡相关。本研究探讨了TGF-β1如何诱导铁死亡,从而促进肾小管上皮细胞纤维化。采用生物信息学方法鉴定与肾纤维化相关的差异表达基因。建立了TGF-β1诱导的HK-2细胞体外纤维化模型,并计算了细胞形状指数。使用Fer-1、NAC和PD98059进行靶向干预,并通过转染靶向WISP1的shRNA慢病毒验证其机制。在显微镜下观察细胞形态,并收集细胞测定铁死亡相关因子(Fe2+、MDA、GSH和LPO)的水平。采用Western blotting检测ERK1/2、WISP1和铁死亡指标(GPX4和过度氧化的PRDX4)的水平。采用流式细胞术测定ROS水平和细胞铁死亡率。TGF-β1诱导HK-2细胞转化为成纤维细胞样细胞,导致ROS水平升高,ERK1/2-WISP1信号通路激活,以及铁死亡和纤维化相关因子上调。然而,通过分别预处理Fer-1、NAC和PD98059可有效抑制这些效应,这进一步验证了ERK1/2-WISP1信号通路的参与。此外,WISP1敲低抑制了细胞向成纤维细胞样细胞的转化以及铁死亡过程,从而降低了铁死亡和纤维化相关因子的表达水平。本研究证实了TGF-β1通过ERK1/2-WISP1信号通路引发ROS产生并触发铁死亡,从而促进肾小管上皮细胞纤维化发展的过程。

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
TGF-β1是否通过诱导ROS产生并激活铁死亡,进而促进肾小管上皮细胞纤维化,其机制是否涉及ERK1/2-WISP1信号通路?
核心机制
TGF-β1诱导ROS产生,激活ERK1/2-WISP1信号通路,导致铁死亡,进而促进肾小管上皮细胞纤维化。
主要证据
在TGF-β1诱导的HK-2细胞模型中,TGF-β1促进细胞向成纤维细胞样形态转化,增加Fe2+、MDA、LPO水平,降低GSH水平,并上调纤维化标志物,下调E-cadherin;Fer-1、NAC和PD98059预处理可抑制这些效应;WISP1敲低可抑制铁死亡和纤维化。
研究意义
本研究为CKD相关肾纤维化的治疗提供了新视角,表明靶向铁死亡可能是预防和管理该疾病的可行方法。

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

鉴定与肾纤维化相关的差异表达基因和信号通路。

下载GSE217650和GSE217654数据集,使用limma包进行差异基因分析,构建PPI网络,进行GO和KEGG富集分析,并鉴定铁死亡相关基因。

2

体外TGF-β1诱导HK-2细胞纤维化模型

验证TGF-β1诱导的纤维化和铁死亡。

使用10 ng/mL TGF-β1处理HK-2细胞24小时,建立纤维化模型,检测细胞形态、铁死亡指标和纤维化标志物。

3

Fer-1抑制铁死亡

验证铁死亡在TGF-β1诱导的纤维化中的作用。

用2 μM Fer-1预处理HK-2细胞2小时,然后加入TGF-β1处理,检测铁死亡和纤维化指标。

4

NAC抑制ROS

验证TGF-β1诱导的ROS在铁死亡和纤维化中的作用。

用5 mM NAC预处理HK-2细胞2小时,然后加入TGF-β1处理,检测ROS水平、铁死亡和纤维化指标。

5

PD98059抑制ERK1/2通路

验证ERK1/2通路在TGF-β1诱导的铁死亡和纤维化中的作用。

用10 μM PD98059预处理HK-2细胞2小时,然后加入TGF-β1处理,检测铁死亡和纤维化指标。

6

WISP1敲低实验

验证WISP1在TGF-β1诱导的铁死亡和纤维化中的作用。

使用shWISP1慢病毒感染HK-2细胞,敲低WISP1表达,然后进行TGF-β1处理,检测铁死亡和纤维化指标。

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。

验证样本或模型特征
验证细胞功能变化

产品清单

实验环节名称品牌货号
DMEM/F12培养基GENOMBIOGNM12500
胎牛血清Daxi BiologyDX-1002
青霉素-链霉素溶液GENOMBIOGNM15140
胰酶GENOMBIOGNM15050-1
Ferrostatin 1AladdinF129882
N-乙酰半胱氨酸YEASON50303ES05
PD 98059AladdinP126620
TGF-β1蛋白YEASON91701ES05
聚凝胺YEASON40804ES76
嘌呤霉素YEASON60209ES10
细胞亚铁离子比色法检测试剂盒ElabscienceE-BC-K881-M
脂质过氧化MDA检测试剂盒ByotimeS0131S
RIPA裂解液ByotimeS0131S
BCA蛋白定量试剂盒ByotimeP0010
GSH检测试剂盒mlbioml076450
LPO检测试剂盒mlbioml092623
α-SMA抗体AffinityBF9212
E-钙黏蛋白抗体Proteintech20,874–1-AP
纤连蛋白抗体Proteintech15,613–1-AP
GPX4抗体Proteintech67,763–1-Ig
SO2/3-PRDX3抗体BiosynthCRB2005004
PRDX3抗体Abcamab128953
磷酸化ERK1/2抗体AffinityAF0155
ERK1/2抗体AffinityAF1015
WISP1抗体Proteintech18,166–1-AP
BCA蛋白定量试剂盒BeyotimeP0011
5X上样缓冲液BeyotimeP0015
硝酸纤维素膜Pall66,485
HRP标记二抗ProteintechRGAM001/SA00001-2
GAPDH抗体AbwaysAB0036
Tanon-4600成像系统Tanon--
ECL化学发光试剂BeyotimeP0018S
Annexin V-FITC/PI凋亡检测试剂盒YEASON40302ES60
不含EDTA的胰酶VivaCellC3538-0100
ROS检测试剂盒ByotimeS0033S

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
细胞培养
HK-2细胞来源、培养基、血清浓度、青霉素-链霉素浓度
阅读提示:Materials and methods: The application of in vitro TGF-β1 induced the renal fibrosis cell model
TGF-β1诱导纤维化模型
TGF-β1浓度(10 ng/mL)、处理时间(24小时)、细胞融合度(70%)
阅读提示:Materials and methods: The application of in vitro TGF-β1 induced the renal fibrosis cell model
药物预处理
Fer-1浓度(2 μM)、NAC浓度(5 mM)、PD98059浓度(10 μM)、预处理时间(2小时)
阅读提示:Materials and methods: The application of in vitro TGF-β1 induced the renal fibrosis cell model
WISP1敲低
shRNA序列、慢病毒感染MOI(50)、嘌呤霉素筛选浓度(3 μg/ml)
阅读提示:Materials and methods: Lentivirus infection
铁死亡指标检测
Fe2+、MDA、GSH、LPO检测试剂盒及具体操作步骤
阅读提示:Materials and methods: Fe2+ detection, MDA detection, GSH detection, LPO detection