FDX1介导的铜死亡通过牛磺胆酸增强铜蓄积加重胆汁淤积性肝损伤

FDX1-mediated cuproptosis promotes cholestatic liver injury exacerbated by taurocholic acid-enhanced copper accumulation.

作者信息Yujun Guo, Min Yang, Shengbo Sun, Zhaohua Zhong, Wenjun Lu, Ze'nan Zhang, Meili Fan, Aodan Zhang, Tingting Zhang, Yang Wu, Zhou Li, Zuwei Liu, Qijun Sun, Zhaozhu Li, Qingbo Cui
PMID41513631
发布时间2026-01-09
DOI10.1038/s41420-025-02861-7

实验完整度

包含临床回顾性分析、单细胞测序、大鼠BDL模型、体外细胞实验、转录组测序及功能验证(敲低/过表达)等多个独立证据层级,并包含功能验证(TTM/SAG干预)和机制验证(smoothened通路、FDX1调控)。

主要模型

BRL 3A大鼠肝细胞 AML12小鼠肝细胞 胆管结扎(BDL)大鼠模型 胆道闭锁患者肝脏单细胞测序数据

重点核对

临床队列:GGT升高组(n=11087)与GGT正常组(n=43410)的血清铜水平比较 BDL大鼠模型:术后7天及4周,血清和肝组织铜水平、肝功能指标(GGT、ALT、AST、TBA)及铜特异性染色 体外细胞处理:CuCl₂(0-300μM)和elesclomol(0-50nM)处理24小时,TTM(500μM)干预 TCA处理浓度:0-3000μM,与Cu/ES联合处理24小时 RNA-seq分组:AML12细胞分为对照组、Cu/ES组、Cu/ES/TCA组、TCA组,每组n=3 SAG处理浓度:0-4.5μM,与Cu/ES联合处理24小时

摘要

胆汁淤积性肝损伤的特征是肝细胞直接暴露于浓度升高的潴留胆汁成分,是多种肝胆疾病的常见表现,尽管现有治疗手段,仍对患者长期生存构成持续威胁。作为铜排泄的主要途径,胆汁淤积引发关于铜在胆汁淤积性肝损伤中的作用及其具体分子机制的问题。我们的单中心回顾性研究发现,γ-谷氨酰转移酶升高的人群血清铜水平高于对照组。对胆道闭锁(BA)患者胆汁淤积肝脏标本的单细胞测序显示,BA肝细胞中铜死亡关键标志物FDX1表达下调。高铜饮食下胆管结扎大鼠表现出加速的肝损伤,而铜螯合剂四硫代钼酸盐(TTM)可减轻该损伤。体外实验中,氯化铜/elesclomol诱导DLAT单体减少和寡聚化,同时脂酰化受损。鉴于肝微环境中铜过载与蓄积胆汁成分的特殊共存,我们特别发现牛磺胆酸在胆汁淤积条件下增强了肝脏铜蓄积。机制上,转录组分析提示smoothened信号通路抑制参与铜死亡进程,smoothened激动剂(SAG)恢复DLAT表达和细胞活力。有趣的是,FDX1过表达通过DLAT单体稳定和LIAS介导的脂酰化增强肝细胞对铜死亡的抵抗力。胆汁淤积诱导的铜过载通过牛磺胆酸加剧和FDX1介导的铜死亡驱动肝损伤。我们的发现提出TTM和SAG作为治疗候选药物,并揭示了FDX1复杂的调控作用,为管理胆汁淤积性肝损伤提供了新思路。

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
胆汁淤积状态下,铜过载是否通过铜死亡机制导致肝损伤,以及牛磺胆酸(TCA)和FDX1在此过程中的作用。
核心机制
胆汁淤积导致肝内铜蓄积,TCA进一步增强铜蓄积,铜过载抑制FDX1表达和smoothened信号通路,导致LIAS表达减少和DLAT脂酰化受损,最终引起三羧酸循环功能障碍和肝细胞铜死亡。
主要证据
临床回顾性分析显示GGT升高组血清铜水平升高;BDL大鼠模型显示肝铜蓄积、铜死亡标志物表达下调;体外细胞实验证实CuCl₂/elesclomol诱导铜死亡,TCA增强铜蓄积和细胞死亡;RNA-seq和功能实验表明smoothened通路参与,FDX1过表达通过稳定DLAT单体和促进脂酰化增强铜死亡抵抗。
研究意义
研究提出TTM和SAG作为治疗候选药物,并揭示FDX1的复杂调控作用,为胆汁淤积性肝损伤的管理提供新策略。

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

临床样本分析

评估胆汁淤积患者血清铜水平及肝细胞FDX1表达变化

回顾性分析80519例儿科就诊者的实验室数据,按GGT水平分组比较血清铜、ALT、TBA、DBIL;整合GSE176189 scRNA-seq数据,分析BA患者和对照肝细胞FDX1表达。

2

建立胆汁淤积大鼠模型

验证胆汁淤积是否导致铜稳态失调和肝损伤

对SD大鼠进行胆管结扎术(BDL),术后不同时间点检测血清和肝脏铜水平、肝功能指标、组织学染色和铜死亡标志物表达。

3

高铜饮食和TTM干预

验证铜过载在胆汁淤积肝损伤中的作用

BDL大鼠分为正常饮食、高铜饮食和TTM治疗组,比较铜水平、肝组织病理和铜死亡标志物表达。

4

体外诱导肝细胞铜死亡

确证铜过载诱导肝细胞铜死亡及特异性

用CuCl₂和elesclomol处理BRL 3A和AML12肝细胞,检测细胞活力、形态、铜蓄积、铜死亡标志物表达、DLAT寡聚化、线粒体功能,并用TTM及多种细胞死亡抑制剂验证铜依赖性。

5

TCA对铜死亡的影响

验证牛磺胆酸是否通过增强铜蓄积加剧铜死亡

在Cu/ES处理基础上加入不同浓度TCA,检测细胞活力、铜蓄积和铜死亡标志物表达。

6

转录组分析

探索铜死亡及TCA加剧作用的转录调控机制

对AML12细胞四种处理组进行RNA-seq,分析差异表达基因、GO富集和GSEA。

7

Smoothened通路功能验证

验证smoothened信号通路在铜死亡中的作用

在Cu/ES处理中加入SAG,检测细胞活力、SMO、GLI1、GLI2、DLAT、FDX1、LIAS表达。

8

FDX1功能验证

明确FDX1在肝细胞铜死亡中的调控作用

在BRL 3A细胞中敲低或过表达FDX1,检测细胞活力和铜死亡相关蛋白表达。

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
四硫代钼酸铵Sigma-Aldrich323446
埃拉斯洛莫MedChemExpressHY-12040
艾拉斯汀MedChemExpressHY-15763
铁抑素-1MedChemExpressHY-100579
牛磺胆酸钠盐水合物BeyotimeST1690
硼替佐米BeyotimeSC0263
Z-VAD-FMKBeyotimeC1202
坏死抑素-1BeyotimeSC4359
Smoothened激动剂BeyotimeSF6836
DMEM培养基Gibco--
胎牛血清ExCell Bio--
青霉素-链霉素Beyotime--
DMEM/F12 (1:1)培养基Gibco--
ITS液体培养基补充物SigmaI3146
FDX1 siRNARiboBio--
FDX1表达质粒(pcDNA3.1)GenePharma--
铜定量试剂盒(肝组织)ElabscienceE-BC-K300-M
铜定量试剂盒(细胞)ElabscienceE-BC-K775-M
铜盐染色试剂盒SolarbioG3040
DAPIBeyotimeC1006
抗淬灭封片剂BeyotimeP0126
蔡司荧光显微镜Zeiss--
Illumina NovaSeq 6000Illumina--

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
临床回顾性分析
GGT分组标准(升高/正常/降低)、样本量(GGT升高组n=11087,GGT正常组n=43410)、年龄性别匹配、检测指标(血清铜、ALT、TBA、DBIL)
阅读提示:Methods: Patients; Results: 第一节; Figure 1A-C
单细胞RNA测序分析
数据来源GEO GSE176189,BA样本n=3,对照n=3,肝细胞鉴定标志物ALB,FDX1表达比较
阅读提示:Methods: Single-cell RNA-sequencing of BA datasets analysis; Results: 第二节; Figure 1D-F
动物模型(BDL)
大鼠品系(SD,雄性,4-5周龄)、BDL手术方法、取材时间点(0,1,3,5,7天及4周)、每组样本量(n=5-6)
阅读提示:Methods: Animal procedure; Results: 第三节; Figure 2
高铜饮食和TTM干预
高铜饮食铜浓度(100-200mg/kg)、TTM剂量(10mg/kg,灌胃,每日)、干预时间(7天)
阅读提示:Methods: Animal procedure; Results: 第四节; Figure 3
体外细胞处理(Cu/ES)
细胞系(BRL 3A、AML12)、CuCl₂浓度梯度(0-300μM)、ES浓度梯度(0-50nM)、处理时间24小时、TTM浓度(500μM)
阅读提示:Methods: Cells, Cell procedure; Results: 第五节; Figure 4, 5A-D
TCA处理
TCA浓度(0-3000μM)、处理时间24小时、与Cu/ES联合处理的具体浓度
阅读提示:Results: 第六节; Figure 5E-G
RNA-seq分析
AML12细胞分组(对照、Cu/ES、Cu/ES/TCA、TCA)、每组n=3、处理时间24小时、差异表达阈值(q<0.05, |log2FC|>1)
阅读提示:Methods: Bulk RNA-sequencing analysis; Results: 第七节; Figure 6
SAG处理
SAG浓度梯度(0-4.5μM)、处理时间24小时、与Cu/ES联合
阅读提示:Results: 第七节; Figure 6F-H
FDX1功能实验
siRNA序列(si-3)、siRNA浓度(50nM)、质粒浓度(6μg/孔)、处理时间24小时、CuCl₂浓度(0-200μM)和ES浓度(0-20nM)
阅读提示:Results: 第八节; Figure 7