Delphinidin靶向铁死亡防护视网膜光化学损伤效应及分子机制研究

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研究背景与目的:光是视觉形成和昼夜节律调节的基本要素,然而高强度或长时间光照可造成视网膜光化学损伤(Retina photochemical damage,RPD)。前期课题组证实,光诱导的细胞焦亡、凋亡是RPD发生的主要机制。飞燕草素(Delphinidin)是花青素中抗氧化效应最强的单体,能调节氧化-抗氧化系统,从抗凋亡、抗焦亡途径保护光化学损伤的感光细胞。光损伤小鼠视网膜的微阵列分析显示,视网膜神经上皮(Neurosensory retina,NSR)和视网膜色素上皮(Retinal pigment epithelium,RPE)呈现整体铁过载趋势。铁离子可催化胞内脂质氧化物代谢异常,脂质活性氧(Reactive oxygen species,ROS)堆积,细胞氧化还原失衡,诱发细胞铁死亡(Ferroptosis)。本研究旨在探讨RPD中是否存在铁死亡现象,Delphinidin能否通过减轻铁过载引起的氧化损伤,从抗铁死亡途径有效防护RPD,并阐明其作用分子机制。材料与方法:(1)选定(2000±200)lux强度白色荧光持续光照661W小鼠感光细胞0 h,6 h,12 h,24 h建立光损伤模型:CCK-8检测细胞存活率;Calcein-AM荧光染色检测细胞内铁含量;BODIPYTM 581/591 C11荧光染色检测细胞脂质ROS水平。(2)转录组测序(RNA-seq)分析RPD中细胞基因表达变化情况,揭示光化学损伤661W细胞的关键信号通路:RNA-seq筛选相关差异基因,进行功能注释分析和功能富集分析;RT-q PCR及Western Blot对关键差异基因进行验证。(3)Delphinidin作用于661W细胞RPD模型,探究Delphinidin调节铁过载及抗光诱导细胞铁死亡的作用机制:CCK-8检测细胞存活率;LDH试剂盒检测细胞毒性;PI/Hoechst染色检测细胞膜完整性;试剂盒检测细胞MDA及GSH含量;CalceinAM荧光染色检测细胞内铁含量;BODIPYTM 581/591 C11荧光染色检测细胞脂质ROS水平;RT-q PCR及Western Blot检测细胞铁代谢(TFR1、DMT1、FTL、FTH、NCOA4、Fpn、CP及HO-1)及System Xc-通路(SLC7A11、GCLC、GPX4及ACSL4)相关因子m RNA及蛋白表达。结果:1.在相同光照条件下,细胞存活率随光照时间增加而降低,细胞铁含量及脂质ROS水平随光照时间增加而增加。光照24 h时各检测指标明显变化,细胞存活率为(34.31±0.59)%,细胞活性显著下降且半数以上处于致死状态;细胞脂质ROS上升1.5倍;细胞内铁含量增加明显,存在铁过载现象。2.在光损伤模型中共筛选出12025个差异表达基因(Differential expression genes,DEGs),其中10147个基因无明显变化,上调基因532个,下调基因1346个。GO功能分析结果显示,生物学功能中变化最为显著的在于细胞进程、生物调节、细胞代谢过程等;细胞成分表明光损伤的基因主要集中在编码细胞器与膜状物;分子功能中变化最为显著的在于蛋白结合、催化活性、分子转导活性等。KEGG通路分析结果显示,DEGs主要富集在铁死亡、TGF-β信号通路、谷胱甘肽代谢等。对光损伤661W细胞部分差异基因进行验证发现,光照24 h后HO-1、FTL、GCLC表达上调,NCOA4及CP表达下调。3.Delphinidin的最佳作用浓度为5μmol/L。Delphinidin能提高661W细胞活性,降低光诱导的细胞毒性,保护光损伤661W细胞膜完整性。661W细胞经Delphinidin干预后,细胞铁含量、脂质ROS水平、过氧化产物MDA含量降低、GSH含量显著升高,铁代谢相关因子(TFR1、DMT1、FTL、FTH、NCOA4、Fpn、CP及HO-1)m RNA与蛋白表达及System Xc-信号通路相关因子(SLC7A11、GCLC、GPX4及ACSL4)m RNA与蛋白表达均有逆转。结论:1.采用(2000±200)lux强度白光照射661W细胞24 h,成功建立体外RPD细胞模型。2.RNA-seq结果提示,661W细胞受光化学损伤时,铁死亡信号通路的表达明显增强,铁死亡相关因子HO-1、FTL、GCLC、NCOA4、CP等表达显著变化,提示铁死亡为RPD的关键病理机制。3.Delphinidin可调节铁代谢(TFR1、DMT1、FTL、FTH、NCOA4、Fpn、CP及HO-1)及System Xc-通路(SLC7A11、GCLC、GPX4及ACSL4)相关因子m RNA及蛋白表达,缓解光诱导的661W细胞铁过载及GSH耗竭,抑制脂质过氧化反应,维持细胞膜结构,通过抗铁死亡途径有效防护RPD。
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