《International Immunopharmacology》：Impinging flow regulates endothelial cell injury via HMGB1-mediated ferroptosis to promote intracranial aneurysm formation and progression
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本研究探讨高迁移率群蛋白1（HMGB1）在颅内动脉瘤（IA）发病及铁依赖性细胞死亡（ferroptosis）调节中的作用。通过组织分析、大鼠模型构建及体外内皮细胞实验，发现HMGB1/NF-κB通路介导IA内皮损伤，而GA抑制HMGB1可减轻IA严重程度，提示HMGB1是治疗靶点。
曾艳阳|赵烨宇|肖志鹏|谭家聪|万浩|郑志凡|李美华|朱华新
中国江西省南昌大学第一附属医院神经外科，江西省神经疾病重点实验室
摘要
背景
颅内动脉瘤（IA）是一种危及生命的脑血管疾病，其发病机制涉及由血流动力学力量驱动的内皮细胞（EC）功能障碍。虽然高迁移率box 1（HMGB1）和铁依赖性的细胞死亡形式——铁死亡已被认为与血管疾病有关，但它们在IA中的具体作用及相互作用仍不清楚。
方法
分析了人类IA和浅表颞动脉（STA）组织。建立了大鼠IA模型，并用HMGB1抑制剂甘草酸（GA）进行治疗。在体外实验中，使用T型腔系统对人类脐静脉内皮细胞（HUVECs）施加冲击流以模拟病理血流动力学。干预措施包括HMGB1敲低、GA处理、Nrf2抑制剂ML385处理或铁死亡抑制剂Ferrostatin-1（Fer-1）处理。
结果
人类和大鼠IA组织表现出显著的内皮细胞丢失、HMGB1表达升高以及铁死亡的特征，包括铁沉积、ACSL4增加和GPX4减少。在大鼠中，GA处理减轻了IA的严重程度和血管病理损伤。在体外实验中，冲击流诱导了内皮细胞铁死亡，表现为脂质过氧化增加、铁积累以及ACSL4/GPX4失衡，同时激活了Nrf2、NF-κB和HMGB1。HMGB1敲低或通过GA抑制可减轻冲击流诱导的铁死亡和NF-κB激活，但不会影响Nrf2。相反，使用ML385抑制Nrf2会加剧铁死亡并上调HMGB1和NF-κB。用Fer-1抑制铁死亡可以抑制HMGB1和NF-κB的表达，同时增强Nrf2通路活性。
结论
我们的研究结果表明，冲击流通过HMGB1/NF-κB通路促进内皮细胞铁死亡，而Nrf2/HO-1轴则起到保护作用。HMGB1是IA进展的关键驱动因素，使其成为预防IA形成和破裂的有希望的治疗靶点。
引言
颅内动脉瘤（IA）是一种常见的脑血管疾病，常发生在Willis环的分叉点[1]、[2]。其病理生理机制包括血流动力学紊乱、炎症级联反应、氧化应激、细胞外基质降解和血管壁重塑，最终导致动脉壁扩张和潜在破裂[3]。研究表明，内皮细胞（EC）功能障碍是IA形成的关键因素[4]、[5]、[6]、[7]。动脉血流，尤其是冲击流，在血管壁内产生壁剪切应力（WSS），这可能导致EC形态和功能异常[8]、[9]、[10]。为了研究WSS对EC的影响，我们开发了一种新型T形细胞流动动力学装置，可以模拟血管分叉处的血流动力学变化，并建立了体外EC损伤模型。利用该模型，我们之前对血流动力学诱导的EC损伤机制进行了深入研究[4]、[11]、[12]。
高迁移率box 1（HMGB1）是一种进化上高度保守的蛋白质，因其在大分子丙烯酰胺凝胶中的高电泳迁移率而得名[13]、[14]。它广泛表达于所有有核哺乳动物细胞中，在维持DNA结构、调节基因转录和促进DNA修复中起着关键作用[15]。HMGB1是一种典型的损伤相关分子模式（DAMP），在包括缺氧、缺血和细胞因子刺激等各种应激条件下，可以从细胞核转移到细胞质或分泌到细胞外空间[16]、[17]。我们之前的研究表明，冲击流可以诱导EC中的HMGB1表达，从而促进细胞内氧化应激和炎症反应，并介导细胞损伤[18]。
铁死亡是一种依赖铁的调节性细胞死亡形式。其核心机制涉及铁离子的异常积累，这会引发不受控制的脂质过氧化，最终导致细胞膜损伤[19]。这一过程主要发生在线粒体中，其特征是线粒体浓缩或肿胀、嵴减少、膜密度增加以及整体类似坏死的细胞形态（例如细胞肿胀和细胞膜完整性丧失）[20]、[21]、[22]、[23]。铁死亡诱导剂，如erastin或RSL3，可以破坏细胞的抗氧化防御系统，导致细胞内铁离子过度积累。这些铁离子可以通过Fenton反应直接生成活性氧（ROS），并激活脂氧合酶（ALOX）[21]、[24]。这些过程共同加剧了脂质过氧化，攻击细胞膜中的不饱和脂肪酸，并产生有害副产物，如丙二醛（MDA），显著增加其水平[25]。
铁死亡在IA中的具体作用尚不清楚。目前，生物信息学分析仅表明铁死亡相关基因与IA可能存在关联，但缺乏分子机制的实验验证[26]、[27]。然而，铁死亡在其他动脉瘤疾病（如腹主动脉瘤）中的作用已被证实。血管平滑肌细胞中保护性分子神经节苷脂GM3的减少以及中性粒细胞胞外陷阱（NETs）的诱导都会促进铁死亡并参与疾病过程[28]、[29]。相反，补充GM3已被证明可以有效抑制铁死亡并降低腹主动脉瘤的发病率。
HMGB1在调节铁死亡中起着关键作用。研究表明，HMGB1可以通过RAS-JNK/p38信号通路调节白血病细胞中的铁死亡[30]。Dexazoxane也被发现可以通过调节HMGB1来保护大鼠心肌细胞免受多柔比星诱导的铁死亡[31]。然而，HMGB1在通过调节铁死亡参与IA的形成和发展中的作用仍需进一步研究和澄清。本研究使用人类组织、动物模型和细胞实验，探讨了HMGB1在IA发展和EC中铁死亡调节中的作用及其潜在的分子机制。
患者组织
本研究获得了南昌大学第一附属医院伦理审查委员会的批准（批准编号：（2023）CDYFYYLK（01–053）。在样本收集前获得了书面知情同意，样本包括手术过程中采集的浅表颞动脉（STA）和颅内动脉瘤（IA）组织。共获得了10个IA和STA组织样本（自控组）。所有样本均用10%甲醛固定并包埋在石蜡中。
IA组织中的结构损伤、内皮细胞丢失以及铁死亡激活伴随的HMGB1表达升高
HE染色显示浅表颞动脉（STA）组织的结构完整性完好，内膜、中膜和外膜清晰且连续。在IA组织中，各组织层无法区分，结构紊乱（图1A）。Masson染色显示STA组织中的肌纤维有明显的红色染色，以及内弹性层和外膜中胶原纤维的明显蓝色染色。
讨论
IA的特点是脑血管壁异常膨出。它们与血管壁的结构异常和炎症反应密切相关[3]、[34]。尽管大多数患者没有明显症状，但由于破裂后的高死亡率和致残率以及巨大的医疗负担，了解其发病机制非常重要[35]。在我们的研究中，我们将人类IA组织的病理特征与正常组织进行了比较
结论
总之，在IA发展过程中，HMGB1的表达显著增加，并与铁死亡密切相关。使用大鼠模型的临床前研究表明，抑制HMGB1可以有效延缓IA的进展，表明HMGB1在IA的病理过程中起关键作用。从机制上看，冲击流通过激活HMGB1/NF-κB通路促进核-细胞质转位，从而诱导铁死亡。
CRediT作者贡献声明
曾艳阳：资源获取、方法论设计、概念构思。赵烨宇：监督、资金筹集、数据分析。肖志鹏：监督、数据分析。谭家聪：数据可视化、软件应用。万浩：初稿撰写、实验设计。郑志凡：结果验证。李美华：撰写-审稿与编辑、数据可视化、资金筹集。朱华新：结果验证、方法论设计、实验设计、数据管理、概念构思。
伦理声明
该研究方案已获得南昌大学第一附属医院医学研究伦理委员会的审查，符合相关国家伦理要求，并同意按照批准的方案并在知情同意的前提下进行（伦理批准编号：（2023）CDYFYYLK（01–053）。我们也获得了参与本研究的书面知情同意。
资助
本研究得到了以下资助：江西省自然科学基金（编号：20242BAB26132、20252BAC200449）；国家自然科学基金（NSFC）（编号：82260248）；南昌大学第一附属医院青年学者项目（编号：YFYPY202401）；以及江西省双千人才计划（编号：Jxsq2023201024）。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
