《The Journal of Nutrition》：Polydatin Attenuates Ferroptosis in Pancreatic Beta Cells via Activation of the GPx4–Nrf2 Axis under Hyperglycemic Conditions
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本研究通过计算与体外实验，筛选出天然化合物白藜芦醇作为铁死亡抑制剂，验证其通过激活GPx4增强抗氧化能力，保护高血糖诱导的胰岛β细胞铁死亡，并激活Nrf2通路，为糖尿病治疗提供新策略。
Murali Krishna Prasad | Ravichandran Jayasuriya | Kunka Mohanram Ramkumar
生物技术系，生物工程学院，SRM科学技术学院，Kattankulathur 603 203，泰米尔纳德邦，印度
摘要：
胰腺β细胞在1型和2型糖尿病的发病机制中起着关键作用。铁死亡（Ferroptosis）是一种受调控的细胞死亡类型，其特征是细胞膜中积累铁依赖性的脂质过氧化物，导致细胞内铁稳态失衡和抗氧化系统受损。谷胱甘肽过氧化物酶4（GPx4）是一种重要的抗氧化酶，它通过减轻氧化损伤和减少脂质过氧化物来保护细胞，从而维持细胞的氧化还原平衡。在这项研究中，我们旨在利用计算机模拟（in silico）和体外（in vitro）方法筛选一种具有强效抑制铁死亡作用的天然化合物。我们使用计算机模拟工具筛选了一个生物活性化合物库，并发现Polydatin是一种潜在的GPx4激活剂，其结合亲和力为-7.8 kcal/mol。我们通过自主研发的荧光素酶报告基因系统验证了其活性。进一步在体外模型中研究了Polydatin的作用，该模型使用了暴露于高葡萄糖环境下的小鼠胰腺β细胞。结果显示，Polydatin能够提高超过90%的细胞存活率，并对铁死亡具有剂量依赖性的保护作用，同时增强了细胞的抗氧化能力，这通过上调关键铁死亡相关标志物（包括GPx4、SLC7A11、铁蛋白和转铁蛋白）得到证实，这些变化具有统计学意义。值得注意的是，Polydatin还激活了主要的抗氧化转录因子Nrf2及其下游基因，这表明它在缓解氧化应激引起的β细胞功能障碍方面具有作用。总体而言，我们的研究结果表明Polydatin是一种有前景的铁死亡抑制剂，并支持其作为治疗糖尿病中保护胰腺β细胞功能的候选药物。
部分内容摘录
引言：
糖尿病（DM）是一种慢性代谢性疾病，其特征是由于胰岛素合成受损和胰腺β细胞功能障碍导致血糖水平升高（1）。国际糖尿病联合会（IDF）报告称，2021年20至79岁人群中糖尿病导致超过670万人死亡。预计到2045年，全球糖尿病患病人数将从2021年的5.37亿增加到7.83亿，另有5.41亿人将新增患病（
利用计算机模拟方法筛选GPx4的小分子调节剂
我们采用计算机模拟方法筛选了小分子对GPx4的调控潜力。为此选择了一个包含约9000种化合物的生物活性化合物库（Selleck Chem Bioactive化合物库，目录编号L1700）。GPx4的晶体结构可从RCSB蛋白质数据库（PDB ID：2OBI）获取。Scheerer等人（2007年）指出，GPx4的结构包含一个由三个氨基酸残基组成的催化三联体，这些残基起着关键作用（统计分析
数据分析使用SPSS软件（版本20.0，芝加哥，IL）进行。数据以平均值±标准差的形式呈现。统计显著性通过单因素方差分析（One-way ANOVA）确定，随后使用GraphPad Prism版本8.01（GraphPad Software，拉霍亚，加利福尼亚州，美国）进行Tukey多重比较检验。统计相关性分析也使用SPSS软件（版本20.0）完成。
利用计算机模拟方法筛选GPx4的小分子化合物：
我们使用Auto Dock Vina虚拟筛选工具，根据小分子与GPx4蛋白活性位点的结合潜力筛选了大约3000种小分子化合物。首先，通过计算蛋白质表面拓扑图谱（Computed Atlas of Surface Topography of Proteins，CASTp版本3.0）确定活性位点，并通过现有文献进行验证。关键的催化三联体残基——半胱氨酸46（C46）、谷氨酰胺81（Q81）和色氨酸136（W136）被确认为该活性位点的关键组成部分（
讨论：
铁死亡是一种铁依赖性的细胞死亡形式，其特征是脂质过氧化和氧化损伤过度。与凋亡和坏死不同，铁死亡主要是由活性氧（ROS）的积累以及抗氧化防御机制（特别是谷胱甘肽（GSH）-谷胱甘肽过氧化物酶4（GPx4）系统的失效所驱动的（20）。由于胰腺β细胞的抗氧化能力相对较低，它们极易受到氧化应激的影响（
结论：
总之，我们的研究结果表明植物来源的化合物在缓解铁死亡和保护细胞功能方面具有治疗潜力，为未来针对铁死亡相关疾病的干预措施提供了有希望的方法。我们成功开发了一种体外模型，通过使用棕榈酸和高葡萄糖水平诱导小鼠胰腺β细胞的铁死亡。该模型有助于研究铁死亡相关指标的变化（
CRediT作者贡献声明：
概念提出：M.K.P.、R.J. 和 K.M.R.；方法学设计：M.K.P. 和 R.J.；软件使用：M.K.P.；验证：M.K.P.、R.J. 和 K.M.R.；正式分析：M.K.P.；实验研究：M.K.P. 和 R.J.；资源获取：K.M.R.；数据整理：M.K.P. 和 R.J.；初稿撰写：M.K.P.；审稿与编辑：R.J. 和 K.M.R.；项目监督：K.M.R.；资金筹集：K.M.R. 所有作者均已阅读并同意发表的手稿版本。
伦理声明：
实验方案符合一般的生物安全规定，并遵循了细胞培养和生物材料处理的标准实验室操作规程。
数据可用性：
数据可应要求提供。
致谢
作者衷心感谢印度医学研究委员会（ICMR）的财政支持 [资助编号：59/02/2022-TRM/BMS (2021-11487)]。
