高同型半胱氨酸通过β-连环蛋白/GPX4信号通路诱导肾小管上皮细胞铁死亡的作用机制研究

本研究针对高同型半胱氨酸血症（Hyperhomocysteinemia）诱发的肾损伤问题，揭示了同型半胱氨酸（Homocysteine）通过抑制β-连环蛋白（β-catenin）信号通路及其靶基因GPX4的表达，进而触发肾小管上皮细胞铁死亡（Ferroptosis）的关键机制。研究人员通过体内外实验证实，恢复β-catenin/GPX4轴功能可显著缓解铁死亡，为防治高同型半胱氨酸相关肾病提供了新靶点。

　　

研究背景与意义
高同型半胱氨酸血症作为全球5%-30%人群面临的代谢紊乱问题，与慢性肾病进展形成恶性循环。既往研究表明，同型半胱氨酸通过氧化应激和炎症等机制损伤肾脏，但其诱发肾小管上皮细胞死亡的精确通路尚未阐明。铁死亡作为一种铁依赖性脂质过氧化驱动的细胞死亡形式，与GPX4（谷胱甘肽过氧化物酶4）活性密切相关。值得注意的是，β-连环蛋白（β-catenin）作为调控细胞修复的关键转录因子，近期被发现可直接影响GPX4表达。这一背景提示，β-catenin/GPX4轴可能是连接同型半胱氨酸毒性与其下游铁死亡效应的关键桥梁。

南华大学附属第一医院心血管研究所团队在《Scientific Reports》发表的研究，首次系统揭示了同型半胱氨酸通过破坏β-catenin/GPX4信号通路诱导肾小管上皮细胞铁死亡的分子机制。该研究不仅阐明了高同型半胱氨酸肾病的新发病机理，更为临床干预提供了特异性靶点。

关键技术方法
研究采用1.8 g/L同型半胱氨酸饮水构建小鼠高同型半胱氨酸血症模型，体外以500 μmol/L同型半胱氨酸处理人肾小管上皮细胞（HKC-8）。通过Western blot检测β-catenin、GPX4等蛋白表达；透射电镜观察线粒体形态；免疫荧光/组化定位靶蛋白；铁离子（Fe²⁺）、丙二醛（MDA）和谷胱甘肽（GSH）定量评估铁死亡标志物；染色质免疫共沉淀（ChIP）和双荧光素酶报告基因验证β-catenin对GPX4启动子的调控作用。

研究结果

同型半胱氨酸破坏β-catenin信号并促进肾小管上皮细胞铁死亡
动物实验显示，高同型半胱氨酸显著降低肾脏中活性β-catenin和总β-catenin水平（下降约50%），同时GPX4蛋白表达减少60%。伴随脂质过氧化产物MDA和Fe²⁺水平升高，电镜下观察到线粒体膜破裂、嵴减少等铁死亡特征性改变。体外实验证实，同型半胱氨酸处理HKC-8细胞后，β-catenin信号抑制与GPX4下调呈正相关，且铁死亡标志物变化与动物模型一致。

铁死亡抑制剂Fer-1的挽救效应
使用铁死亡抑制剂Ferrostatin-1（Fer-1）处理后，虽然未能逆转β-catenin和GPX4的表达抑制，但显著降低了肾脏和细胞中的MDA、Fe²⁺及肾损伤标志物KIM-1水平。这一结果证实铁死亡是高同型半胱氨酸肾损伤的效应环节，而非上游调控事件。

β-catenin/GPX4轴的功能验证
过表达β-catenin可恢复GPX4表达，使SLC7A11（抗铁死亡基因）上调2.1倍、ACSL4（促铁死亡基因）下调65%，并改善线粒体形态。值得注意的是，GPX4过表达虽不能挽救β-catenin信号，但独立抑制了铁死亡，证实GPX4是β-catenin下游的执行分子。ChIP和双荧光素酶实验最终确认β-catenin直接结合GPX4启动子区域，转录激活其表达。

讨论与展望
该研究首次阐明β-catenin/GPX4轴在高同型半胱氨酸诱导肾铁死亡中的核心作用：同型半胱氨酸通过抑制β-catenin核转位，减少其对GPX4的转录激活，导致细胞抗氧化能力下降、脂质ROS累积，最终引发铁死亡。这一发现不仅完善了高同型半胱氨酸肾毒性的分子机制图谱，更提出了通过靶向β-catenin信号或GPX4活性防治肾损伤的新策略。未来研究可进一步探索β-catenin与已知铁死亡调控通路（如Nrf2/System Xc^-）的交互作用，以及该机制在其他器官损伤中的普适性。

研究局限性在于未完全阐明同型半胱氨酸抑制β-catenin的具体上游机制，且动物模型中铁代谢相关指标（如FTH1、GSH）未出现显著变化，提示可能存在组织特异性调控网络。这些发现为后续转化研究奠定了重要理论基础。