硫酸吲哚酚通过扰乱铁代谢与氧化应激平衡抑制成肌细胞分化的机制研究

慢性肾脏病(CKD)患者体内积累的尿毒症毒素硫酸吲哚酚(IS)可导致肌病，但其机制尚未阐明。本研究通过C2C12和人原代骨骼肌成肌细胞(HSkMMs)模型，发现IS通过降低细胞内Fe2+和ROS水平、干扰铁代谢稳态和抗氧化系统，抑制肌管形成。意外的是，补充FeSO4反而加剧了IS的抑制作用。该研究为理解尿毒症肌萎缩提供了新视角。

　　

慢性肾脏病(CKD)已成为全球健康的重要威胁，影响着约8.5亿人。随着肾功能恶化，尿毒症毒素如硫酸吲哚酚(IS)在体内积累，与肌肉萎缩（尿毒症肌少症）密切相关。IS是肠道菌群代谢色氨酸产生的蛋白结合毒素，难以通过常规透析清除。尽管已知IS会抑制肌肉再生并导致肌萎缩，但其具体机制仍不明确。铁元素对肌肉生长至关重要，但铁过载或缺乏都会引发氧化应激，影响细胞功能。有趣的是，氧化应激在肌生成中具有双重作用——适度活性氧(ROS)促进分化，过量则造成损伤。这种微妙的平衡是否被IS破坏，此前未有研究。

为探索这一科学问题，来自台湾地区的研究团队在《Chemico-Biological Interactions》发表研究，通过C2C12小鼠成肌细胞和原代人骨骼肌成肌细胞(HSkMMs)模型，模拟CKD患者体内IS持续暴露的生理状态。研究采用细胞活力检测、铁含量测定、ROS检测、qPCR和Western blot等技术，系统评估了IS对肌生成、铁代谢和氧化应激的影响。

IS抑制C2C12和HSkMMs的肌生成
实验显示，1mM IS（C2C12）和0.5mM IS（HSkMMs）显著抑制肌管形成，降低肌球蛋白重链(MyHC)表达。透射电镜观察到IS处理的细胞线粒体肿胀、嵴断裂，提示线粒体功能障碍。

IS降低细胞内Fe²⁺和ROS水平
通过FerroOrange探针检测发现，IS处理使细胞内游离Fe²⁺减少。同时，DCFH-DA检测显示ROS水平下降。这与此前IS增加ROS的报道不同，可能与持续暴露的实验设计有关。

IS扰乱铁代谢稳态
IS促进Fe²⁺转化为Fe³⁺并储存于铁蛋白，同时抑制核受体共激活因子4(NCOA4)介导的铁蛋白降解。铁转运蛋白表达异常：二价金属转运体1(DMT1)和膜铁转运蛋白(ferroportin)上调，转铁蛋白受体(CD71)下调，共同导致细胞内游离铁减少。

IS激活抗氧化系统
IS上调超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽过氧化物酶(GPx)等抗氧化酶的基因表达和活性，使细胞处于高抗氧化状态。这种异常的氧化还原平衡可能阻碍ROS依赖的肌生成信号。

铁补充加剧IS的抑制作用
意外的是，补充FeSO₄（无论是否联合IS）均显著增加ROS，并进一步抑制肌管形成。这表明IS已使细胞失去维持铁和氧化应激稳态的能力。

这项研究首次揭示IS通过"铁代谢紊乱-氧化应激失衡"轴抑制肌生成的新机制。在持续IS暴露下，细胞通过上调抗氧化防御和改变铁储存/转运模式，建立了一种异常的稳态，但这种适应以牺牲肌生成为代价。这为理解尿毒症肌少症提供了新视角：传统认为IS仅通过促炎和促氧化途径导致肌萎缩，而本研究提出其还可能通过"过度纠偏"的抗氧化反应抑制肌肉再生。未来针对CKD患者的干预策略需同时考虑铁代谢调节和氧化还原平衡的精确调控。