FGF21基因修饰ADSCs通过SIRT1/NRF2/GPX4通路抑制铁死亡促进糖尿病创面愈合的机制研究

《Stem Cell Research & Therapy》：FGF21-engineered ADSCs promote diabetic wound healing by mitigating ferroptosis and oxidative stress via the SIRT1/NRF2/GPX4 signaling pathway

本研究针对糖尿病创面愈合障碍的临床难题，创新性地构建了FGF21基因修饰的脂肪间充质干细胞(ADSCFGF21)。研究人员发现高糖环境可诱导内皮细胞铁死亡，而ADSCFGF21通过激活AMPK/SIRT1/NRF2/GPX4信号轴，显著抑制氧化应激和铁死亡，促进血管生成和创面愈合。该研究为糖尿病慢性创面治疗提供了新型细胞疗法策略，具有重要转化价值。

　　

在全球糖尿病患病率持续攀升的背景下，糖尿病足溃疡等慢性创面已成为严重公共卫生问题。目前全球有超过5.37亿糖尿病患者，其中15%-25%会发展为下肢慢性溃疡，愈合率不足50%，复发率高达40%-70%，每年导致超百万人截肢。传统治疗策略主要关注血糖控制和感染防治，但对高糖诱导的氧化应激和细胞死亡机制干预不足。

近年来，铁死亡（ferroptosis）作为一种铁依赖性的脂质过氧化驱动的新型细胞死亡方式，在糖尿病并发症中的作用逐渐受到关注。其特征包括线粒体皱缩、嵴减少、膜密度增加及脂质活性氧积累。与此同时，脂肪源性干细胞（ADSC）因其强大的旁分泌功能成为创面修复研究热点，但天然ADSC在高糖环境中功能不稳定，而外源性生长因子存在半衰期短、成本高等局限。

为解决这一难题，梁振团队在《Stem Cell Research & Therapy》发表研究，首次报道了FGF21基因修饰ADSC（ADSC^FGF21）通过调控铁死亡促进糖尿病创面愈合的新机制。研究人员发现糖尿病创面组织中存在明显的铁积累、DNA氧化损伤（8-OHdG）和脂质过氧化（MDA），提示铁死亡可能参与糖尿病创面愈合障碍的病理过程。

关键技术方法

研究采用C57BL/6小鼠构建2型糖尿病创面模型，通过高脂高糖饮食联合链脲佐菌素（STZ）诱导。细胞实验使用人脐静脉内皮细胞（HUVEC）作为高糖损伤模型，采用慢病毒转染构建FGF21过表达ADSC。主要技术包括：透射电镜观察线粒体超微结构、流式细胞术检测细胞死亡和脂质过氧化、免疫荧光跟踪蛋白定位、Western blot和qPCR分析信号通路、体外成管和划痕实验评估血管生成和迁移能力。

研究结果

糖尿病创面存在铁死亡特征

通过建立8mm全层皮肤缺损模型，研究发现糖尿病小鼠创面愈合显著延迟，第14天仍有近20%创面未愈合。糖尿病创面组织中MDA、4-HNE、8-OHdG和Fe²⁺水平显著升高，组织学显示肉芽组织薄、上皮化延迟、胶原沉积减少和血管密度降低，证实糖尿病创面存在显著氧化应激和铁死亡特征。

高糖诱导内皮细胞铁死亡

体外实验发现HUVEC对高糖最为敏感，高糖处理显著增加细胞死亡、脂质ROS和Fe²⁺水平，线粒体出现肿胀和嵴破坏。铁死亡抑制剂Ferrostatin-1（Fer-1）可显著改善这些变化，证实高糖通过诱导铁死亡导致内皮细胞损伤。

ADSC^FGF21的构建与功能验证

成功构建的ADSC^FGF21保持间充质干细胞特性（CD90⁺CD105⁺CD34^-CD45^-），FGF21表达显著提高，增殖能力增强。ADSC^FGF21条件培养基显著降低HUVEC的4-HNE积累，增强成管能力和迁移速度，在RSL3（铁死亡诱导剂）和高糖环境下均表现出最强细胞保护作用。

SIRT1/NRF2/GPX4通路激活机制

ADSC^FGF21显著上调HO-1表达，下调铁代谢相关基因（TFRC、CD36、ACSL4），增加SIRT1、NRF2和GPX4的mRNA和蛋白水平。shRNA敲低实验证实SIRT1作为NRF2上游调控分子，ADSC^FGF21通过SIRT1/NRF2/GPX4轴发挥抗氧化和抗铁死亡作用。

AMPK磷酸化的关键作用

ADSC^FGF21通过促进AMPK磷酸化，增加NAD⁺水平，进而激活SIRT1。AMPK抑制剂Compound C可逆转这一效应，证实AMPK是ADSC^FGF21调控作用的上游关键激酶。同时，ADSC^FGF21抑制NF-κB p65核转位，降低TNF-α表达，发挥抗炎作用。

体内验证ADSC^FGF21促进创面愈合

动物实验显示ADSC^FGF21治疗组创面愈合速度最快，第5天血流灌注显著改善，组织学显示炎症细胞浸润减少、胶原沉积增加、血管生成增强。免疫荧光证实ADSC^FGF21显著上调创面组织中NRF2、GPX4和SIRT1表达。

研究结论与意义

该研究首次阐明ADSC^FGF21通过AMPK/SIRT1/NRF2/GPX4信号轴抑制铁死亡的新机制。高糖环境下，ADSC^FGF21来源的FGF21激活AMPK磷酸化，提升NAD⁺水平，促进SIRT1合成，进而驱动NRF2核转位，上调GPX4表达，抑制脂质过氧化和铁死亡。同时抑制NF-κB炎症通路，多维度改善创面微环境。

这一发现不仅深化了对糖尿病创面难愈机制的理解，更重要的是提供了基因工程干细胞治疗的新策略。ADSC^FGF21整合了干细胞旁分泌和生长因子代谢调节的双重优势，解决了天然ADSC功能不足和外源性生长因子应用局限的临床难题，为糖尿病慢性创面的临床治疗提供了具有转化前景的新型细胞疗法。