棕色脂肪组织中鸟苷通过靶向KEAP1-NRF2通路抵抗冷暴露诱导的铁死亡并增强产热作用

为解决冷暴露下棕色脂肪组织(BAT)铁死亡(Ferroptosis)与代谢调控的机制问题，南京大学研究人员开展"鸟苷(Guanosine)通过KEAP1-NRF2通路抵抗铁死亡"的研究。发现冷暴露导致BAT中GPX4下降、Fe2+和MDA积累等铁死亡特征，而血清中显著变化的嘌呤核苷代谢物鸟苷能增强UCP1表达，并通过竞争性结合KEAP1激活NRF2通路抵抗铁死亡。该研究为代谢疾病治疗提供了新靶点。

　　

在哺乳动物应对寒冷环境的生理机制中，棕色脂肪组织(BAT)扮演着关键角色。这种富含线粒体的特殊脂肪组织，通过解偶联蛋白1(UCP1)介导的非颤抖性产热维持体温。然而在持续冷刺激下，BAT面临着巨大代谢压力——大量产热需要铁离子参与线粒体电子传递，但过量铁又可能引发铁死亡(Ferroptosis)，这种铁依赖性的脂质过氧化导致的细胞死亡形式会削弱BAT功能。这种矛盾现象背后的调控机制，一直是代谢研究领域的未解之谜。

南京大学模式动物研究所的研究团队在《Free Radical Biology and Medicine》发表的研究给出了创新性解答。他们发现冷暴露会引发BAT中铁死亡特征性变化：关键抗氧化酶GPX4水平下降、谷胱甘肽减少、丙二醛(MDA)和亚铁离子(Fe²⁺)积累。更引人注目的是，通过非靶向代谢组学筛选出血清中显著变化的嘌呤核苷代谢物——鸟苷(Guanosine)，不仅能增强UCP1表达促进产热，还能通过靶向KEAP1-NRF2通路抵抗铁死亡，为代谢疾病治疗提供了双重作用机制的新靶点。

研究采用多组学联用技术：转录组测序分析冷暴露后BAT基因表达谱；非靶向代谢组学检测血清代谢物变化；分子对接模拟预测鸟苷与KEAP1结合模式。细胞实验使用永生化棕色前脂肪细胞(PB)模型，通过qPCR、Western blot、免疫共沉淀等技术验证分子机制，并建立冷暴露小鼠模型进行功能验证。

"铁死亡发生在冷暴露的棕色脂肪组织中"部分揭示，转录组分析发现2562个差异基因，其中50个与铁死亡相关。实验证实GPX4蛋白水平显著降低，伴随Fe²⁺、MDA升高和谷胱甘肽氧化还原失衡，而白色脂肪组织(iWAT)未出现类似变化。细胞实验显示铁死亡诱导剂erastin会损害棕色脂肪细胞的产热和脂解能力。

"冷暴露小鼠血清中嘌呤核苷代谢物显著变化"部分显示，代谢组学鉴定出595种差异代谢物，其中GMP、鸟苷、肌苷等嘌呤核苷代谢物变化尤为显著。功能筛选发现鸟苷能特异性上调UCP1等产热相关基因表达。

"鸟苷增强产热并部分挽救铁死亡"部分证实，鸟苷处理使棕色脂肪细胞UCP1蛋白表达呈剂量依赖性增加，细胞内甘油三酯(TG)减少而培养基中甘油增加。更重要的是，鸟苷能逆转erastin诱导的GPX4下降和MDA、Fe²⁺积累，但对白色脂肪细胞3T3-L1作用较弱。

"鸟苷激活KEAP1-NRF2系统"部分阐明分子机制：分子对接显示鸟苷通过疏水作用结合KEAP1蛋白的Phe557、Phe335和Tyr572位点；免疫共沉淀证实鸟苷处理增强NRF2-KEAP1结合而减弱KEAP1-NRF2互作，从而抑制NRF2的蛋白酶体降解，促进其核转位激活抗氧化基因转录。

这项研究首次揭示冷应激下BAT存在铁死亡现象，并发现内源性代谢物鸟苷的双重保护机制：既通过类似腺苷受体的途径增强产热，又通过KEAP1-NRF2轴抵抗铁死亡。这种"开源节流"的调控模式，为开发通过靶向BAT治疗肥胖、糖尿病等代谢疾病的新策略提供了理论依据。特别是KEAP1-NRF2通路作为连接氧化应激防御与能量代谢的枢纽，其调控机制的阐明为代谢性疾病干预开辟了新思路。研究还提示嘌呤核苷代谢网络可能是机体应对环境应激的重要调控系统，其多器官协同作用机制值得深入探索。