氯离子通道3通过SGK1/GSK3β通路促进创伤性脑损伤引起的铁死亡（Ferroptosis）

《Free Radical Biology and Medicine》：Chloride Channel-3 promotes Ferroptosis of traumatic brain injury via SGK1/GSK3β pathway

本研究通过临床标本和动物模型，发现氯离子通道-3（CLC-3）在创伤性脑损伤（TBI）后显著上调，并通过激活SGK1/GSK3β信号通路促进铁依赖性细胞死亡（ferroptosis），抑制CLC-3可减轻神经损伤并改善预后。

　　

聂振宇|傅海娟|卢聪|谭黎明|周景源|牛杰|梁瑞初|卢芳|傅毅文|郑乐民|王冰

中南大学第二附属医院神经外科，中国湖南省衡阳市421001

摘要

创伤性脑损伤（TBI）是全球导致高死亡率和长期残疾的主要原因之一。与TBI相关的继发性损伤机制涉及一系列复杂的过程，包括兴奋性毒性、线粒体功能障碍、氧化应激、脂质过氧化、神经炎症和铁沉积。铁死亡（ferroptosis）是一种依赖铁的调控性细胞死亡形式，最近被发现在TBI的发病机制中起作用。在本研究中，我们探讨了氯通道-3（CLC-3）在TBI后铁死亡中的作用。通过使用临床标本、体内大鼠模型和体外细胞实验，我们发现TBI后CLC-3的表达显著上调，并伴随着铁死亡的增加。从机制上讲，CLC-3通过激活SGK1/GSK3β信号通路促进铁死亡。重要的是，敲低CLC-3可以减少铁死亡，减轻神经元损伤，并改善神经功能结果。这些发现表明CLC-3是TBI中铁死亡的关键调节因子，提示其可能成为临床干预的有希望的治疗靶点。

引言

创伤性脑损伤（TBI）是全球导致死亡和长期残疾的主要原因，每年报告的新病例超过5000万例1, 2, 3。TBI后的复杂病理生理过程，包括广泛的神经元坏死、脑水肿、血脑屏障破坏、氧化应激和不受控制的神经炎症，常常导致严重的继发性损伤和不良的神经功能结果4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11。尽管进行了大量研究，但有效的TBI治疗策略仍然难以找到。因此，深入理解继发性脑损伤的分子机制对于发现新的治疗靶点和改善患者预后至关重要。

在TBI中涉及的多种细胞死亡形式中，铁死亡——一种依赖铁、由脂质过氧化驱动的调控性细胞死亡形式——已被证明是一个关键因素12, 13。铁死亡的特点是铁积累、脂质ROS过量产生、谷胱甘肽（GSH）耗竭以及谷胱甘肽过氧化物酶4（GPX4）失活，通常伴有线粒体功能障碍和氧化损伤14。越来越多的证据表明，铁死亡在TBI病理中起着积极作用，实验模型中观察到铁过载、铁代谢紊乱、铁死亡相关基因表达异常、脂质过氧化和线粒体萎缩15, 16, 17。此外，铁螯合剂的应用在TBI治疗中显示出一定的疗效，尽管其背后的分子机制尚不完全清楚18。这些发现突显了铁死亡作为开发新的TBI干预策略的潜在突破点。

氯通道-3（CLC-3）属于电压门控氯通道家族，在神经元和非神经元组织中广泛表达，它调节离子平衡和细胞体积19, 20。CLC-3在神经元中高度表达，其基因敲除会导致海马体和视网膜退化，而其诱导则被认为可以保护神经元免受缺血-再灌注损伤21。在内皮祖细胞中，CLC-3的缺乏通过减少氧化应激来减轻细胞死亡22。鉴于脂质氧化损伤是铁死亡的特征，这些发现提示CLC-3可能调节TBI中的铁死亡，从而影响继发性脑损伤。然而，CLC-3是否直接介导TBI后的铁死亡以及涉及的精确分子机制仍需进一步探索。

血清/糖皮质激素调节激酶1（SGK1）是一种广泛表达的丝氨酸/苏氨酸激酶，对氧化应激、渗透压和代谢刺激有反应，并参与多种生物过程，如血管生成、糖酵解、增殖和凋亡23, 24, 25。先前的研究表明，CLC-3可以激活SGK1的磷酸化，且在氧化应激下SGK1的表达上调，而其抑制则会增加ROS的积累26, 27。由于ROS的产生与铁死亡密切相关，SGK1可能作为连接CLC-3和铁死亡信号的下游介质。此外，糖原合成酶激酶3β（GSK3β）是一种参与多种神经元过程的丝氨酸/苏氨酸激酶，已被确定为SGK1的下游靶点27, 28。尽管GSK3β在氧化应激反应中起作用，但其在TBI后的铁死亡中的作用尚未完全阐明。

综合这些发现，我们提出了本研究的研究依据。我们假设CLC-3通过SGK1/GSK3β信号通路调节铁死亡，从而促进TBI后的继发性脑损伤。阐明这一机制不仅有助于加深我们对TBI中铁死亡的理解，还有助于发现新的治疗靶点。

部分摘录

组织

从中南大学第二附属医院收集了6名TBI患者的脑挫伤组织和正常组织。收集的脑组织迅速冷冻并保存在液氮中。所有脑组织的使用均符合《赫尔辛基宣言》，并得到了患者的知情同意以及中南大学伦理委员会的批准。

TBI大鼠模型

大鼠用5%氯醛（0.6ml/100g）麻醉后进行实验

CLC-3在TBI患者中增加且发生铁死亡

通过对NCBI公共数据库中GSE24047项目的转录组数据分析（包含16个样本和31,099个差异表达基因），我们发现TBI患者的CLC-3表达显著上调。此外，与铁死亡途径相关的基因也表现出显著变化（图1A, 1B）。为了在临床标本中验证这些发现，我们评估了正常和TBI脑组织中的CLC-3表达情况。

讨论

创伤性脑损伤（TBI）仍然是导致死亡和长期残疾的主要原因，但目前尚无有效的药物治疗方法31。近年来，越来越多的证据表明多种病理机制参与了TBI的进展32, 33, 34, 35。铁死亡——一种依赖铁的调控性细胞死亡形式——已被认为是TBI病理的关键驱动因素39, 40, 41, 42, 43, 44。临床和实验研究均表明

作者贡献声明

牛杰：可视化、验证、方法学、概念设计。谭黎明：可视化、验证、方法学、研究。周景源：可视化、验证、方法学、研究、数据管理、概念设计。傅海娟：写作-审稿与编辑、写作-初稿、可视化、验证、监督、项目管理、数据分析、概念设计。卢聪：写作-审稿与编辑、可视化、验证，

未引用参考文献

47..

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

本研究得到了湖南省卫生健康委员会资助的重大临床专项项目（20230279）、湖南省技术创新指导计划（2021SK51707）、中南大学资助的项目4310（20214310NHYPY03）、湖南省自然科学基金（2023JJ40574）、湖南省卫生健康委员会（20231708）、以及国家高技术研究发展计划（2020YFA0803700, 2023YFA1800904）的支持。