靶向ALOX5通过抑制铁死亡途径改善缺血再灌注诱导的急性肾损伤的机制研究

本研究针对缺血再灌注损伤（IRI）诱发的急性肾损伤（AKI）中肾小管细胞死亡机制不清的问题，通过体内外实验发现ALOX5（脂氧合酶-5）介导的脂质过氧化物积累加剧铁死亡（ferroptosis），而临床药物苯溴马隆（Benzbromarone, BBR）可通过特异性结合ALOX5抑制铁死亡，显著改善肾功能。该研究为AKI治疗提供了新靶点和潜在药物策略。

　　

急性肾损伤（Acute Kidney Injury, AKI）是全球性的健康难题，每年约影响1330万患者并导致170万死亡，其高死亡率与缺乏特异性治疗手段密切相关。缺血再灌注损伤（Ischemia-Reperfusion Injury, IRI）是AKI最常见诱因之一，其核心病理表现为肾小管细胞损伤和死亡。尽管调控性细胞死亡（如凋亡、焦亡、自噬等）在AKI中的作用已被广泛研究，但铁死亡（ferroptosis）——一种以铁依赖性和脂质过氧化物异常累积为特征的细胞死亡方式——在AKI中的具体机制尚未明确。脂氧合酶家族（Lipoxygenases, LOXs）作为催化多不饱和脂肪酸氧化的重要酶类，尤其是ALOX5，在炎症和脂质过氧化中起关键作用，但其在肾IRI中的功能仍待揭示。

为此，四川 Provincial People's Hospital 的研究团队在《Communications Biology》发表论文，系统探讨了ALOX5在IRI-AKI中的作用机制，并发现降尿酸药物苯溴马隆（Benzbromarone, BBR）可通过靶向ALOX5抑制铁死亡，从而改善肾损伤。

研究人员综合运用生物信息学分析、基因敲除小鼠模型、细胞分子实验、超高效液相色谱-质谱（UHPLC-HRMS/MS）脂质代谢物检测、分子对接及动力学模拟等技术，并结合临床肾组织样本（包括急性肾小管坏死患者和肾肿瘤患者的相邻非瘤组织）进行验证。

ALOX5在IRI-AKI肾小管细胞中上调且与铁死亡相关

通过GEO数据库（GSE192532芯片）的生物信息学分析及FerrDb铁死亡基因集交叉比对，发现ALOX5在IRI样本中显著上调，且KEGG富集分析提示其与铁死亡通路密切相关。在小鼠IRI模型及人肾组织样本中，免疫组化（IHC）、免疫荧光（IF）和电镜观察均证实ALOX5在肾小管上皮细胞中表达升高，并伴随铁死亡典型线粒体形态改变（如线粒体缩小、嵴消失、双层膜密度增加）。

ALOX5缺失缓解IRI所致的肾损伤并抑制铁死亡

通过构建Alox5基因敲除（Alox5^-/-）小鼠，研究发现缺失ALOX5显著降低IRI后的血清肌酐（CREA）和尿素氮（BUN）水平，减轻肾小管形态损伤。UHPLC-MS检测显示，Alox5^-/-小鼠肾组织中ALOX5代谢产物5-HETE（5-hydroxyeicosatetraenoic acid）浓度显著降低。Western blot和电镜分析进一步表明，Alox5^-/-小鼠中铁死亡防御蛋白xCT和GPX4表达上升，线粒体损伤形态改善。

抑制ALOX5可减少缺氧/复氧诱导的HK-2细胞铁死亡

在人类肾近端小管上皮细胞（HK-2）中，敲低ALOX5减轻了缺氧/复氧（H/R）处理后的脂质过氧化物积累（通过Liperfluo荧光染色检测），而过表达ALOX5则加剧这一现象。Western blot结果一致显示，ALOX5表达与GPX4和xCT水平呈负相关。

苯溴马隆与ALOX5特异性结合并抑制其活性

通过分子互作实验（生物层干涉技术）和分子对接模拟，发现BBR与ALOX5重组蛋白具有高亲和力（K_D=8.1×10^-5），关键结合位点包括VAL447、SER448和ALA454。细胞实验表明，2μM BBR处理可最大程度缓解H/R或铁死亡诱导剂RSL3所致的细胞死亡。

BBR通过抑制ALOX5-脂质过氧化通路改善铁死亡

在体内实验中，BBR（25/50 mg/kg/d）处理显著降低IRI小鼠的血清肌酐水平，改善肾小管病理损伤和线粒体形态，并上调xCT与GPX4表达。在HK-2细胞中，BBR有效逆转了ALOX5过表达或H/R处理引发的脂质过氧化物累积和铁死亡相关蛋白下降。

研究结论与意义

本研究首次揭示ALOX5在IRI-AKI中通过催化脂质过氧化物（如5-HETE）生成促进肾小管铁死亡的具体机制，并证实临床药物BBR可作为ALOX5抑制剂减轻这一过程。该发现不仅深化了对AKI细胞死亡机制的理解，也为靶向ALOX5治疗AKI提供了新的策略。尽管BBR已有肝毒性及药物相互作用报道，但其在AKI中的保护效应仍具有重要转化价值。未来需开发更具特异性ALOX5抑制剂，并在多种AKI模型及临床队列中进一步验证其疗效。