EPAS1通过JAK2/STAT3介导的铁死亡和炎症加剧哮喘发病机制

EPAS1 amplifies asthma pathogenesis through JAK2/STAT3-mediated ferroptosis and inflammation.

作者信息Lili Liu, Cheng Yang, Yan Li, Hao Zhou, Mei Shi, Tiantian Shi, Weibing Shi
PMID40165005
发布时间2025-08
DOI10.17305/bb.2025.11334

实验完整度

包含生物信息学分析(GEO、WGCNA、PPI、ROC)和体外细胞实验(IL-13诱导16HBE模型,功能验证STAT3/EPAS1),但缺乏动物模型和体内验证。

主要模型

人支气管上皮细胞系16HBE IL-13处理的16HBE细胞哮喘模型 GSE134544数据集(20个对照和41个哮喘样本)

重点核对

IL-13处理浓度10 ng/mL,处理24小时 16HBE细胞转染si-STAT3和OE-EPAS1,转染后48小时再IL-13处理24小时 EdU孵育浓度为20 μM,孵育72小时 统计比较采用Student's t检验或单因素方差分析(ANOVA)与Tukey事后检验,P<0.05为显著性

摘要

哮喘是一种以气道高反应性和炎症为特征的慢性呼吸系统疾病,然而驱动这些过程的具体分子机制仍仅被部分理解。本研究旨在更好地理解JAK2/STAT3/EPAS1轴如何调节哮喘中的炎症和铁死亡。从基因表达综合(GEO)数据库检索哮喘相关数据集,并识别差异表达基因(DEGs)。使用加权基因共表达网络分析(WGCNA)检测与哮喘相关的基因模块。然后通过将WGCNA衍生的基因与铁死亡相关基因相交来构建蛋白质-蛋白质相互作用(PPI)网络,以识别关键枢纽基因。使用受试者工作特征(ROC)曲线分析评估这些铁死亡相关基因的诊断价值。此外,使用Immune Cell AI数据库分析哮喘患者中免疫细胞浸润与铁死亡相关基因的关系。在细胞水平上进行功能实验,以评估关键基因对细胞活力、炎症和铁死亡的影响。生物信息学分析确定了与哮喘相关的1,698个DEGs。鉴定出五个具有临床诊断价值的枢纽基因——内皮PAS结构域蛋白1(EPAS1)、STAT3、G6PD、CYBB和CBS。免疫分析显示EPAS1与哮喘中的免疫细胞浸润密切相关。功能实验进一步证明JAK2/STAT3轴通过上调EPAS1表达促进铁死亡和炎症反应。值得注意的是,这些发现突出了JAK2/STAT3/EPAS1轴作为哮喘潜在治疗靶点,为其分子机制提供了新的见解,并确定了用于诊断和治疗的新型生物标志物。

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
JAK2/STAT3/EPAS1轴如何调控哮喘中的炎症和铁死亡?
核心机制
IL-13通过JAK2/STAT3信号通路上调EPAS1表达,进而促进16HBE细胞的铁死亡和炎症反应。
主要证据
生物信息学分析结合体外实验证明,STAT3敲低或EPAS1过表达影响IL-13处理的16HBE细胞的细胞活力、炎症因子(IL-1β、IL-6、IL-18)和铁死亡标志物(GPX4、MDA、ROS、GSH、SOD、Fe2+/Fe3+)以及线粒体形态。
研究意义
JAK2/STAT3/EPAS1轴是哮喘的潜在治疗靶点,为哮喘分子机制提供新见解,并确定新的诊断和治疗生物标志物。

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

构建哮喘细胞模型

在体外模拟哮喘环境以研究其分子机制。

使用10 ng/mL IL-13处理人支气管上皮细胞16HBE 24小时,建立哮喘细胞模型。

2

细胞活力检测

评估IL-13处理及STAT3/EPAS1调控对细胞增殖的影响。

通过EdU染色检测细胞增殖,分析EdU阳性细胞比例。

3

炎症因子检测

评估IL-13处理及STAT3/EPAS1调控对炎症反应的影响。

使用ELISA检测细胞培养上清中IL-1β、IL-6、IL-18的水平。

4

铁死亡相关指标检测

评估IL-13处理及STAT3/EPAS1调控对铁死亡的影响。

检测GSH、SOD、MDA、ROS、Fe2+、Fe3+水平,以及GPX4的表达和线粒体超微结构。

5

机制验证

验证STAT3对EPAS1的调控关系。

通过siRNA敲低和过表达质粒转染,检测STAT3和EPAS1的表达水平以及下游效应。

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
杜氏改良Eagle培养基Gibco--
胎牛血清Excell BioFCS500
白细胞介素-13Nearshore ProteinC01M
Lipofectamine 2000转染试剂Thermo Fisher Scientific12566014
EdU染色增殖试剂盒ElabscienceE-CK-A376
人IL-18 ELISA试剂盒Ruixin BioRX106154H
人IL-1β ELISA试剂盒Ruixin BioRX106152H
人IL-6 ELISA试剂盒Ruixin BioRX106126H
微板法还原型谷胱甘肽检测试剂盒Jiancheng BioA006-2-1
SOD检测试剂盒Jiancheng BioA001-3
丙二醛检测试剂盒Jiancheng BioA003-1
比色法铁检测试剂盒Tongren ChemicalI291
活性氧检测试剂盒BeiboBB-47053
磷酸盐缓冲液BeyotimeC0221A
TRIzol试剂Thermo Fisher Scientific15596018CN
含dsDNase的逆转录试剂盒BiosharpBL699A
2× SYBR Green qPCR预混液(High ROX)ServicebioMPC2208011
裂解缓冲液BiosharpBL504A
SDS-PAGE凝胶(10%)Servicebio--
PVDF膜MilliporeIPVH00010
山羊抗小鼠IgG(H+L)Zs-BIOZB-2305
山羊抗兔IgG(H+L)HRPZs-BIOZB-2301
化学发光试剂BiosharpBL520B
环氧树脂Merck45359-1EA-F
乙酸铀酰HEADSPI-02624
柠檬酸铅HEADHD17800
透射电子显微镜PhilipsCM-100

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
细胞培养与模型诱导
细胞系16HBE,培养基DMEM,10% FBS,IL-13浓度10 ng/mL,处理时间24小时
阅读提示:Materials and Methods: Cell culture and treatment
细胞转染
si-NC、si-STAT3、OE-NC、OE-STAT3和OE-EPAS1,转染试剂Lipofectamine 2000,转染时间48小时
阅读提示:Materials and Methods: Cell transfection
铁死亡检测
GSH、SOD、MDA、ROS、Fe2+/Fe3+检测试剂盒,GPX4表达(qRT-PCR和Western blot),线粒体形态(TEM)
阅读提示:Materials and Methods: GSH measurement, SOD activity assay, MDA measurement, Ferrous and ferric ion measurement, ROS measurement, qRT-PCR, Western blot, TEM
细胞活力与炎症检测
EdU浓度20 μM,孵育时间72小时;ELISA检测IL-1β、IL-6、IL-18
阅读提示:Materials and Methods: EdU assay, ELISA
统计分析
Pearson相关分析,ROC曲线,Student's t检验或单因素方差分析(ANOVA)与Tukey事后检验,P<0.05为显著性
阅读提示:Materials and Methods: Statistical analysis