尿酸通过HIF-2α/DMT1介导的铁过载诱导肝细胞铁死亡

Uric Acid Induces Hepatocytes Ferroptosis Through HIF-2α/DMT1-Mediated Iron Overload.

作者信息Tao Wang, Wanbao Zheng, Meimei Guo, Jun Cao, Li Wang, Marco Sim Kah How, Youzhi Xu, Wenjie Lu
PMID41898692
发布时间2026-03
DOI10.3390/ijms27062833

实验完整度

高

包含高尿酸小鼠模型和L02细胞体外模型,结合药理学抑制、基因敲低、铁螯合剂干预及透射电镜、线粒体功能检测等多层级验证。

主要模型

高尿酸血症小鼠模型(HUM) L02人肝细胞系

重点核对

小鼠模型:6周龄雄性C57BL/6J小鼠,随机分为对照组和HUA模型组(n=6/组),模型组喂食含2%氧嗪酸钾和3%尿酸的饲料8周 L02细胞处理:750 μM尿酸处理48小时,用于机制实验 药理学干预:DFO(100 μM)或HIF-2α-IN-4(10 μM)预处理2小时 HIF-2α敲低:siRNA敲低效率在mRNA和蛋白水平验证 铁死亡验证:Fer-1(1 μM)预处理2小时,评估细胞活力和LDH释放

摘要

高尿酸血症与肝功能障碍相关,但其分子机制尚不清楚。本研究通过高尿酸血症小鼠模型(HUM)和尿酸(UA)处理的L02细胞,探讨了高尿酸(HUA)诱导的肝细胞损伤。HUM表现出天冬氨酸氨基转移酶(AST)/丙氨酸氨基转移酶(ALT)升高和病理性肝脏改变。透射电子显微镜(TEM)证实了铁死亡特征,包括线粒体萎缩和膜密度增加。UA暴露上调NADPH氧化酶4(NOX4),增加活性氧(ROS),促进脂质过氧化(LPO),并伴有细胞内Fe2+积累。机制上,UA增加缺氧诱导因子-2α(HIF-2α)表达,随后上调铁转运蛋白二价金属转运蛋白1(DMT1)和转铁蛋白受体(TFRC)。去铁胺(DFO)处理有效逆转了Fe2+过载并减轻了氧化应激。值得注意的是,药理学抑制或基因敲低HIF-2α特异性抑制DMT1上调并恢复铁稳态,而TFRC表达不受影响。阻断HIF-2α/DMT1轴显著减少LPO和线粒体功能障碍。这些发现表明,HUA通过HIF-2α介导的DMT1上调诱导肝细胞铁死亡,导致Fe2+过载和线粒体损伤。本研究确定HIF-2α/DMT1通路是HUA诱导肝损伤的关键驱动因素和潜在治疗靶点。

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
高尿酸血症是否通过HIF-2α/DMT1信号轴驱动肝细胞内铁过载和铁死亡,以及HIF-2α是否可作为高尿酸相关肝损伤的潜在治疗靶点。
核心机制
尿酸通过上调HIF-2α表达,促进DMT1介导的铁摄取,导致细胞内Fe2+过载,激活NOX4和脂质过氧化,最终诱导线粒体损伤和铁死亡。
主要证据
高尿酸小鼠模型和UA处理的L02细胞中,HIF-2α和DMT1表达升高,铁过载和脂质过氧化增加;HIF-2α抑制剂或基因敲低抑制DMT1并恢复铁稳态,减轻铁死亡;DFO螯合铁也缓解损伤。
研究意义
研究提出HIF-2α/DMT1轴是HUA诱导肝损伤的关键驱动因素,可能作为治疗高尿酸相关肝病的潜在靶点。

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

建立高尿酸血症模型并评估肝损伤

验证高尿酸是否诱导肝损伤和铁死亡特征

通过喂食含2%氧嗪酸钾和3%尿酸的饲料8周建立HUA小鼠模型,检测血清UA、AST、ALT水平,进行H&E染色观察肝脏病理改变,并利用TEM观察线粒体超微结构。

2

体外UA处理L02细胞并确定工作浓度

确定UA对肝细胞活力的影响及最适处理浓度

L02细胞暴露于不同浓度UA(0-1000 μM)48小时,通过CCK-8检测细胞活力,LDH释放评估膜完整性,选择750 μM作为后续实验浓度。

3

验证铁死亡特征

确认UA诱导的细胞死亡是否为铁死亡

检测MDA、LPO、Fe2+、NOX4表达及GPX4水平,使用DCFH-DA探针检测ROS,JC-1检测线粒体膜电位,并用Fer-1抑制剂预处理验证铁死亡。

4

检测HIF-2α及铁转运蛋白表达

探究HIF-2α及其下游铁转运蛋白在UA诱导铁过载中的作用

通过qRT-PCR和Western blot检测HIF-2α、DMT1、TFRC的mRNA和蛋白水平,免疫荧光观察蛋白定位。

5

铁螯合剂DFO干预

验证铁过载是否因果驱动UA诱导的细胞损伤

UA暴露前用DFO(100 μM)预处理L02细胞2小时,检测NOX4表达、细胞活力、MDA、LPO、Fe2+、ROS及线粒体膜电位。

6

HIF-2α药理学抑制

验证HIF-2α在UA诱导铁死亡中的上游作用

用HIF-2α抑制剂HIF-2α-IN-4(10 μM)预处理L02细胞2小时,检测HIF-2α、NOX4表达,MDA、LPO、Fe2+、ROS及线粒体膜电位。

7

HIF-2α基因敲低

验证HIF-2α因果驱动铁死亡,并区分DMT1与TFRC的差异

在L02细胞中敲低HIF-2α,检测HIF-2α、DMT1、TFRC、NOX4的表达,以及Fe2+、LPO、MDA和ROS水平。

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
尿酸Sigma-AldrichU2625
甘氨酸Sigma-AldrichG7126
二甲基亚砜Sigma-AldrichD2650
去铁胺MedChemExpressHY-B0988
HIF-2α抑制剂IN-4MedChemExpressHY-125840
RPMI-1640培养基HycloneSH30027.01
胎牛血清NEWZERUMFBS-BE500
细胞培养瓶Corning430641
6孔板Corning3516
冻存管Corning430488
BCA蛋白定量试剂盒Beyotime BiotechnologyP0012S
活性氧检测试剂盒(DCFH-DA)Beyotime BiotechnologyS0033S
JC-1线粒体膜电位检测试剂盒Beyotime BiotechnologyC2006
丙二醛检测试剂盒Beyotime BiotechnologyS0131S
TRIzol RNA提取试剂盒Beyotime BiotechnologyR0016
尿酸检测试剂盒Nanjing Jiancheng Bioengineering InstituteC012-2-1
天冬氨酸氨基转移酶检测试剂盒Nanjing Jiancheng Bioengineering InstituteC010-2-1
丙氨酸氨基转移酶检测试剂盒Nanjing Jiancheng Bioengineering InstituteC009-2-1
Fe2+检测试剂盒ElabscienceE-BC-K773-M
脂质过氧化检测试剂盒ElabscienceE-BC-K176-M
FerroOrange探针Dojindo LaboratoriesF374
SYBR Green实时荧光定量PCR预混液GreactGT131
蛋白质分子量标准Thermo Fisher Scientific26616
ECL化学发光底物Bio-Rad1705061
PVDF膜Merck MilliporeIPVH00010
抗HIF-2α抗体HuaBioET7107-32
抗NOX4抗体HuaBioEM1706-66
抗DMT1抗体UpingBioYP-mAb-08042
抗TFRC抗体UpingBioYP-Ab-14016
抗β-肌动蛋白抗体Affinity BiosciencesAF7018
LDH细胞毒性检测试剂盒Beyotime BiotechnologyC0016
Ferrostatin-1(Fer-1)MedChemExpressHY-100579
切片机RM2255Leica BiosystemsRM2255
切片扫描仪Pannoramic MIDI3DHISTECH Ltd.--
透射电子显微镜Talos L120CThermo Fisher ScientificTalos
ChemiDoc MP成像系统Bio-Rad LaboratoriesVersion
微量分光光度计Thermo Fisher Scientific--
GraphPad Prism 9.0GraphPad Software--

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
动物模型建立
小鼠品系、性别、周龄、体重、分组、饮食配方(2%氧嗪酸钾、3%尿酸)、处理时间(8周)、饲养环境
阅读提示:Materials and Methods: 4.2 Animals and Hyperuricemia Model
细胞培养与处理
细胞系(L02)、培养基(RPMI-1640+10%FBS)、UA浓度(750 μM)、处理时间(48h)、UA溶液配制方法(1M NaOH溶解,pH7.2-7.4)、药物预处理浓度和时间(DFO 100μM, 2h; HIF-2α-IN-4 10μM, 2h)
阅读提示:Materials and Methods: 4.3 Cell Culture and Treatment
铁死亡验证
Fer-1浓度(1μM)及预处理时间(2h)、MTT/CCK-8检测条件(波长450nm)、LDH测定步骤(离心、上清量)、MDA/LPO/Fe2+检测方法
阅读提示:Materials and Methods: 4.4 Cell Viability and Cytotoxicity Assays; 4.10 Detection of Oxidative Stress and Iron Markers
分子表达检测
Western blot蛋白上样量(30-50μg)、抗体信息(HIF-2α、NOX4、DMT1、TFRC、β-actin)、qRT-PCR引物序列(表S1)、内参基因(β-actin)
阅读提示:Materials and Methods: 4.8 Western Blot Analysis; 4.9 Quantitative Real-Time PCR