巨噬细胞GPX4缺失通过诱导铁死亡缓解肥胖相关胰岛素抵抗

《The FASEB Journal》：Gpx4 Deletion-Mediated Macrophage Ferroptosis Alleviates Obesity-Associated Insulin Resistance

本研究揭示巨噬细胞特异性敲除谷胱甘肽过氧化物酶4（GPX4）可通过诱导铁死亡（ferroptosis）改善高脂饮食诱导的肥胖和胰岛素抵抗。研究发现Gpx4Mac-KO小鼠表现为体重减轻、脂肪细胞肥大缓解、肝脏脂肪变性减轻，并伴随游离脂肪酸代谢改善和系统性炎症水平下降。该研究首次阐明巨噬细胞GPX4在代谢稳态中的关键作用，为2型糖尿病（T2D）治疗提供了新靶点。

　　

巨噬细胞特异性Gpx4敲除减轻饮食诱导的肥胖

通过将Gpx4^fl/fl小鼠与Lyz2-Cre转基因小鼠杂交，成功构建巨噬细胞特异性Gpx4敲除（Gpx4^Mac-KO）小鼠模型。qPCR和Western blot验证显示，Gpx4在腹膜巨噬细胞（PMs）和骨髓源性巨噬细胞（BMDMs）中的mRNA和蛋白表达均显著降低。在高脂饮食（HFD）喂养16周后，Gpx4^Mac-KO小鼠体重增加和脂肪质量显著低于对照组，附睾、肾周和腹股沟白色脂肪组织（WAT）沉积减少，血清总胆固醇、低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C）和高密度脂蛋白胆固醇（HDL-C）水平降低。

HFD喂养的Gpx4^Mac-KO小鼠肥胖相关胰岛素抵抗改善

葡萄糖耐量试验（GTT）和胰岛素耐量试验（ITT）显示，HFD喂养的Gpx4^Mac-KO小鼠葡萄糖耐量和胰岛素敏感性显著改善。Western blot分析表明，附睾WAT、腹股沟WAT、肝脏和骨骼肌中磷酸化AKT（p-AKT）水平升高。空腹胰岛素水平和胰岛素抵抗稳态模型评估（HOMA-IR）指数显著降低，证实巨噬细胞Gpx4缺失增强肥胖条件下的葡萄糖稳态和胰岛素反应性。

巨噬细胞特异性Gpx4缺陷减轻小鼠炎症

酶联免疫吸附试验（ELISA）显示，Gpx4^Mac-KO小鼠血清肿瘤坏死因子-α（TNF-α）和白介素-1β（IL-1β）水平显著降低。在附睾WAT中，抗炎基因Fabp4和Fizz1表达上调；腹股沟WAT中促炎基因Emr1下调；肝脏中Nlrp3表达下降而CD206上调；骨骼肌中Caspase-1和IL-18表达降低。免疫组织化学染色显示附睾WAT巨噬细胞浸润减少，表明巨噬细胞特异性Gpx4缺陷缓解系统性炎症。

巨噬细胞特异性Gpx4缺陷抑制小鼠脂肪细胞肥大

苏木精-伊红（H&E）染色显示Gpx4^Mac-KO小鼠附睾和腹股沟WAT脂肪细胞尺寸显著减小。甘油三酯含量在两个脂肪库中均明显降低，附睾WAT胆固醇含量显著下降。脂质组学分析显示附睾WAT中花生四烯酸（20:4）和二十碳五烯酸（20:5）水平降低。脂肪降解相关基因C/EBP-α、PPARγ、ATGL、Fabp4和LPL表达上调，表明巨噬细胞Gpx4缺失通过增强脂解作用减少脂质积累。

巨噬细胞特异性Gpx4缺失限制小鼠肝脏脂肪变性

H&E和油红O染色显示Gpx4^Mac-KO小鼠肝脏脂质积累显著减轻。肝脏甘油三酯水平明显降低，而胆固醇含量无显著变化。脂肪酸分析表明十四烷酸（14:0）、十六烷酸（16:0）和亚油酸（18:2）水平升高，二十碳四烯酸（20:4）和二十二碳六烯酸（22:6）水平降低。脂解基因C/EBP-α和ATGL以及脂质转运基因Fatp4表达上调，提示巨噬细胞Gpx4缺陷通过增强脂肪酸降解和转运缓解肝脏脂肪变性。

Ferrostatin-1逆转棕榈酸诱导的巨噬细胞铁死亡

RNA测序（RNA-seq）分析显示Gpx4缺陷BMDMs中637个基因差异表达，铁代谢相关基因富集程度最高。KEGG通路分析表明铁死亡相关通路基因表达变化最显著。生化检测证实Gpx4^Mac-KOBMDMs谷胱甘肽（GSH）水平降低而丙二醛（MDA）含量升高。免疫荧光染色显示附睾和腹股沟WAT中F4/80⁺脂肪组织巨噬细胞（ATMs）环氧合酶-2（COX2）荧光强度增加。CCK8实验表明棕榈酸（PA）以浓度依赖性方式降低BMDMs活力，铁死亡抑制剂Ferrostatin-1（Fer-1）预处理可逆转此效应。Western blot证实Fer-1阻止PA诱导的GPX4蛋白表达降低，表明巨噬细胞铁死亡参与肥胖相关病理生理过程。

讨论

本研究首次揭示巨噬细胞特异性Gpx4缺失通过诱导铁死亡改善肥胖和胰岛素抵抗的机制。与神经元和脂肪细胞中Gpx4缺失加重代谢异常不同，巨噬细胞GPX4缺失产生保护效应。这种保护作用与炎症缓解、脂肪组织脂解增强和肝脏脂质代谢改善相关。棕榈酸诱导的巨噬细胞铁死亡进一步支持代谢紊乱与铁死亡的关联。然而，抑制巨噬细胞铁死亡能否逆转Gpx4缺失的有益效应仍需进一步研究。

结论

巨噬细胞GPX4是肥胖相关代谢炎症、脂质稳态和胰岛素敏感性的关键调节因子。靶向巨噬细胞铁死亡可能为肥胖相关疾病提供新型治疗策略。