《Cellular Signalling》：Mechanical stretch accelerates endothelial cell injury by inducing endoplasmic reticulum stress-mediated, autophagy-dependent ferroptosis in endothelial cells
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本研究通过柔性应变系统模拟门脉高压下内皮细胞的机械牵张，发现牵张导致铁过载，引发铁死亡和内皮功能障碍，机制涉及内质网应激上调NCOA4促进ferritinophagy，抑制自噬或靶向该通路可改善损伤。
Gang Dong|陈世尧|王磊|黄晓泉
上海交通大学附属第九人民医院消化内科，中国上海
摘要
门脉高压的特点是门静脉系统内压力升高，通常由肝硬化引起。随着门脉高压的发展，门静脉会扩张，其内皮细胞（ECs）会受到机械性牵拉。在本研究中，我们使用了一种灵活的应变系统来模拟门脉高压条件下内皮细胞所经历的机械性牵拉。研究结果表明，机械性牵拉会导致内皮细胞中铁过载，从而引发铁死亡（ferroptosis）和内皮功能障碍。同时，机械性牵拉还能激活内皮细胞的自噬作用，而抑制自噬可以减少铁蛋白的降解并缓解铁过载。此外，内质网（ER）应激会转录上调NCOA4的表达，促进NCOA4介导的铁蛋白吞噬作用。这些发现表明，机械性牵拉会引发内皮细胞的ER应激，启动NCOA4介导的铁蛋白吞噬作用，导致铁过载，并进而导致铁死亡和内皮功能障碍。针对铁蛋白吞噬作用可能有助于减轻门脉高压背景下由机械性牵拉引起的内皮细胞损伤和功能障碍，为门静脉血栓形成（PVT）的预防和治疗提供一种有前景的治疗策略。
引言
门脉高压是一组由门静脉系统内压力升高引起的临床综合征，最常见的原因是肝硬化[1]。这种状况的一个后果是门静脉扩张。在健康的成年人中，门静脉的平均直径约为11毫米；然而，在未经治疗的门脉高压患者中，门静脉直径常常超过13毫米[2]。与门脉高压相关的初级血流动力学因素包括跨壁压力、剪切应力和机械性牵拉[2]。虽然跨壁压力和剪切应力的病理影响已经得到了广泛研究[3,4]，但机械性牵拉的作用仍相对较少被探索。
我们之前的研究表明，机械性牵拉会通过下调PPARγ来诱导内皮细胞向间充质细胞的转变[2]。此外，机械性牵拉还会增加人脐静脉内皮细胞（HUVECs）中IL-6的产生[5]。在门脉高压的大鼠模型中观察到门静脉扩张，电子显微镜检查证实了内皮细胞的退化[6]。然而，还需要进一步的研究来阐明机械性牵拉对门脉高压背景下内皮细胞的更广泛生物学效应和潜在机制。
2012年，Dixon等人提出了铁死亡的概念，将其定义为一种依赖铁的调控性细胞死亡形式，其主要特征是脂质活性氧（ROS）的过度积累，并且与凋亡不同[7]。从形态学上看，铁死亡伴随着线粒体缩小、膜密度增加以及线粒体嵴的丢失或减少[8]。从生化角度来看，铁死亡涉及脂质过氧化物的清除障碍，而Fe2+通过类似Fenton的反应催化脂质氧化，产生大量ROS，从而加剧细胞损伤[9]。从遗传学角度来看，铁死亡受到与铁稳态和脂质过氧化相关的基因网络的调控，这些基因的活性在其发生过程中起着核心作用[10]。然而，机械性牵拉在诱导内皮细胞铁死亡中的作用仍不明确，需要进一步研究。
在本研究中，我们使用了一种灵活的应变系统来模拟门脉高压条件下内皮细胞所经历的机械性牵拉。我们发现，机械性牵拉会导致内皮细胞中铁过载，进而引发铁死亡和内皮功能障碍。同时，机械性牵拉还能激活内皮细胞的自噬作用，而抑制自噬可以减少铁蛋白的降解，从而减轻铁过载。此外，机械性牵拉还会引发内质网应激，转录上调NCOA4的表达，并促进NCOA4介导的铁蛋白吞噬作用。总体而言，我们的研究结果表明，机械性牵拉会诱导内皮细胞依赖自噬的铁死亡，从而导致内皮细胞损伤和功能障碍。这些发现提示，针对铁蛋白吞噬作用可能为减轻肝硬化患者的内皮细胞损伤和预防门静脉血栓形成（PVT）提供一种新的治疗策略。
抗体和试剂
以下抗体用于Western blotting：抗β-actin（目录编号：ab8224；Abcam），抗VCAM-1（目录编号：ab134047；Abcam），抗ICAM-1（目录编号：ab282575；Abcam），抗eNOS（目录编号：ab252439；Abcam），抗TfR1（目录编号：ab214039；Abcam），抗FPN（目录编号：A14885；Abclonal），抗FTL（目录编号：ab313563；Abcam），抗FTH（目录编号：ab183781；Abcam），抗LC3B（目录编号：ab192890；Abcam），抗P62（目录编号：ab109012；Abcam），抗NCOA4（目录编号：ab314553；Abcam），抗BIP（目录编号：）。
机械性牵拉通过铁过载引发内皮细胞铁死亡
内皮细胞分别处于静态条件（无牵拉）、15%的机械性牵拉或20%的机械性牵拉下。如图1A–C所示，牵拉幅度的增加会加重内皮细胞损伤，抑制细胞增殖，并损害内皮功能，这表现为ICAM-1和VCAM-1表达上调以及eNOS水平下调。使用铁死亡抑制剂去铁胺（DFO）处理显著缓解了这些病理变化，表明铁死亡是其中的关键机制
讨论
在本研究中，我们使用FX-4000 T系统模拟了门脉高压，并证明了机械性牵拉通过铁过载引发内皮细胞铁死亡。该机制涉及ER应激驱动的NCOA4上调，进而激活铁蛋白吞噬作用。在体内抑制这一途径可以减轻铁过载和铁死亡。
门脉高压通常由肝硬化引起，其特征是门静脉系统内压力升高[1]。随着门脉高压的发展，门静脉会扩张
结论
如图8A所示，我们的研究表明，机械性牵拉通过细胞内铁过载引发内皮细胞铁死亡。铁蛋白吞噬作用在介导这种病理性的铁积累中起核心作用，而ER应激通过ATF4依赖的NCOA4激活来调节机械性牵拉诱导的铁蛋白吞噬作用。通过抑制自噬、下调NCOA4或减轻ER应激，可以有效缓解铁代谢紊乱和铁死亡
数据和材料的获取
本研究使用的数据可向相应作者索取。作者贡献声明
Gang Dong：正式数据分析、数据管理。陈世尧：资源获取、方法学设计。王磊：正式数据分析、概念构思。黄晓泉：资源获取、方法学设计、概念构思。
资助
本工作得到了上海市自然科学基金（编号：23ZR1410100）的资助。
