二甲双胍对妊娠期糖尿病胎盘铁死亡的影响：一项机制研究

《Journal of Diabetes Research》：Metformin and Placental Ferroptosis in Gestational Diabetes: A Mechanistic Study

　　

妊娠期糖尿病（GDM）是导致不良妊娠结局的重要因素。尽管铁死亡参与GDM发病机制这一点已得到认识，但其确切机制仍未完全阐明。本研究旨在探讨二甲双胍（Met）对GDM中铁死亡的潜在调控作用。研究人员将GDM患者分为4组：饮食控制组（Group 1）、未用药组（Group 2）、Met治疗组（Group Met）和胰岛素治疗组（Group Ins），并设健康对照组（Group N）。采用透射电子显微镜（TEM，超微结构观察）、普鲁士蓝染色（铁检测）、细胞计数试剂盒-8（CCK-8，增殖检测）、DCFH-DA探针（活性氧，ROS）及生化检测方法，对胎盘滋养层细胞和HTR-8/SVneo细胞进行分析，检测指标包括Fe²⁺、葡萄糖、胰岛素抵抗及还原型谷胱甘肽（GSH）。肿瘤坏死因子-α（TNF-α）和白细胞介素-10（IL-10）水平通过流式细胞术测定。活化转录因子2（ATF2）、长链酰基辅酶A合成酶4（ACSL4）、谷胱甘肽过氧化物酶4（GPX4）和核因子E2相关因子2（NRF2）的表达采用Western blot和定量聚合酶链式反应（qPCR）检测。TEM结果显示，胎盘滋养层细胞和HTR-8/SVneo细胞中均可观察到铁死亡的超微结构特征。此外，Met治疗在缓解胎盘滋养层细胞损伤方面表现出更优效果。Met和铁死亡抑制剂去铁胺（DFO）均可促进滋养层细胞增殖，降低铁水平和线粒体损伤，并减轻氧化应激与炎症。Western blot和PCR分析表明，Met和DFO能够逆转胰岛素抵抗滋养层细胞中铁死亡相关因子的表达。本研究证实了GDM胎盘滋养层细胞中存在铁死亡，并表明Met可更有效地减轻胎盘滋养层细胞损伤。Met可能通过调控NRF2/GPX4通路介导的铁死亡改善GDM滋养层细胞损伤，这一作用与降低GDM滋养层细胞中的氧化应激和炎症有关。

本研究发表于《Journal of Diabetes Research》，聚焦妊娠期糖尿病（GDM）胎盘损伤的细胞死亡机制及二甲双胍（Met）的潜在保护作用。GDM是妊娠期常见的代谢性疾病，不仅增加母体妊娠期并发症风险，还可影响胎儿生长发育与远期代谢健康。既往研究表明，GDM的发生发展与胰岛素抵抗（IR）、慢性炎症、氧化应激失衡、脂质代谢紊乱及胎盘功能异常密切相关。近年来，铁稳态失衡被进一步认为是GDM的重要危险因素之一。铁过载可促进活性氧（ROS）生成，诱导脂质过氧化和抗氧化防御系统破坏，从而触发铁死亡。铁死亡是一种依赖铁离子、以线粒体皱缩、膜密度增高、脂质过氧化增强及谷胱甘肽过氧化物酶4（GPX4）耗竭为特征的程序性细胞死亡方式。虽然已有证据提示铁死亡参与GDM病理过程，但Met是否能够通过调控铁死亡减轻胎盘滋养层损伤，尚缺乏直接证据。因此，研究人员围绕“Met是否通过抑制铁死亡改善GDM胎盘滋养层损伤”这一问题，开展了临床胎盘样本与体外细胞模型相结合的机制研究，旨在为Met治疗GDM提供实验依据与理论支持。

方法方面，研究纳入2020年9月至2022年12月常州市妇幼保健院分娩的150例单胎孕妇，均为中国人群，每组30例，包括健康对照组、饮食控制后血糖达标组、饮食控制后血糖不达标且未用药组、Met治疗组和胰岛素治疗组。研究人员采集胎盘组织，结合透射电子显微镜、普鲁士蓝染色、Western blot、RT-qPCR等方法观察铁死亡形态学与分子标志。体外则以HTR-8/SVneo滋养层细胞构建高糖联合胰岛素诱导的IR模型，并给予Met、去铁胺（DFO）和凋亡抑制剂Z-VAD-FMK干预，采用CCK-8、Fe²⁺检测、DCFH-DA荧光探针、GSH测定、流式细胞术及相关蛋白和mRNA检测，系统评估增殖、铁负荷、氧化应激、炎症和铁死亡相关通路变化。

在研究结果部分，论文首先报告了“3.1. Comparison of General Information and Pregnancy Outcomes”。结果显示，5组孕妇在年龄、孕周、孕次和产次方面差异无统计学意义。G1、Met和Ins组孕前体质量指数（BMI）高于正常组，Ins组高于G1组，Met和Ins组高于G2组。新生儿出生体重方面，正常组和G1组低于G2组。产前血红蛋白（Hb）在G1和Ins组高于正常组，而Met组低于Ins组。铁蛋白在G1和G2组高于正常组，提示GDM患者可能存在更明显的铁代谢异常。多因素线性回归未发现孕妇年龄、孕前BMI、孕期增重和孕次与Hb独立相关，铁蛋白和转铁蛋白模型也未达到显著性。

“3.2. Ultrastructure and Iron Deposition of Placenta”部分显示，正常组胎盘滋养层细胞线粒体结构基本正常，而GDM各组均出现线粒体萎缩、体积减小、膜密度增加、线粒体圆形化及嵴加深等铁死亡典型超微结构变化，其中G2组最为严重。Met和胰岛素均可减轻这种损伤，且Met改善更明显。普鲁士蓝染色显示，各组胎盘中均可见含铁颗粒，但GDM各组均较正常组增多；与G2组相比，Met组和Ins组胎盘铁颗粒减少，表明治疗可缓解胎盘铁沉积。

“3.3. Expression Changes of Ferroptosis-Related Marker Genes in the Placenta”部分进一步从分子层面支持上述观察。与正常组比较，G2组胎盘中NRF2蛋白表达显著降低，ACSL4蛋白表达显著升高，ATF2和ACSL4的mRNA表达也显著增加。与G2组比较，Met组NRF2和GPX4蛋白表达显著升高，ATF2和ACSL4 mRNA表达显著降低；Ins组GPX4蛋白含量同样高于G2组。这提示GDM胎盘中存在铁死亡相关分子失衡，而Met可部分逆转这种异常。

“3.4. Met Can Improve the Proliferation of IR Cells”部分描述了细胞模型的建立与Met对细胞活力的影响。研究人员在25 mmol/L高糖环境下，以10^?7 mol/L胰岛素处理HTR-8/SVneo细胞72 h，成功构建IR模型。IR状态下细胞增殖能力下降，而0.5 mmol/L Met处理后细胞增殖显著改善。与IR组相比，Met组和DFO组细胞增殖能力均明显升高，提示Met对IR滋养层细胞具有与铁死亡抑制相一致的保护作用。

“3.5. Met Reduces Iron Content and Mitigates Mitochondrial Damage”部分显示，IR组细胞在线粒体形态上表现出典型铁死亡特征，包括线粒体萎缩、体积减小、膜密度增高和嵴加深。Met和DFO均能显著改善这些改变，而Z-VAD-FMK无明显作用。普鲁士蓝染色及Fe²⁺定量结果显示，IR组细胞铁颗粒和Fe²⁺含量明显高于对照组；Met和DFO处理后均显著下降，而凋亡抑制剂未见明显改善。该结果说明Met对细胞损伤的改善更符合抑制铁死亡而非抑制凋亡的作用模式。

“3.6. Met Treatment Reduces the Inflammatory Response and Oxidative Stress Levels in Trophoblast Cells”部分从代谢、炎症和氧化应激层面阐述Met的效应。与对照组相比，IR组葡萄糖浓度和稳态模型胰岛素抵抗指数（HOMA-IR）显著升高；Met和DFO均可降低葡萄糖水平并改善IR。炎症方面，IR组促炎因子TNF-α升高，抗炎因子IL-10下降；Met和DFO可逆转上述变化，而Z-VAD-FMK效果不明显。氧化应激方面，IR组ROS荧光增强、GSH含量降低；Met和DFO处理后ROS下降、GSH升高。以上结果表明，Met可减轻IR滋养层细胞中的氧化应激和炎症反应，这与其抑制铁死亡的作用趋势一致。

“3.7. Met Alters Ferroptosis-Related Genes”部分进一步验证了Met对铁死亡通路的调控。IR组中，铁死亡促进因子ATF2和ACSL4表达升高，而铁死亡抑制因子NRF2和GPX4表达下降。Met和DFO均能逆转这些变化，而Z-VAD-FMK对相关基因和蛋白表达无显著影响。该结果说明Met能够调节铁死亡关键分子网络，尤其与NRF2/GPX4抗氧化防御轴的恢复有关。

讨论部分围绕铁死亡在GDM胎盘损伤中的作用及Met的保护机制展开。研究人员指出，铁死亡具有区别于凋亡和自噬的独特形态学特征，本研究在人胎盘组织和IR细胞模型中均证实了这类改变，且其程度与病情控制水平相关。胎盘和细胞实验均显示，血糖控制不佳时铁沉积和线粒体损伤最明显，而Met和胰岛素均可改善，Met效果更突出。结合Fe²⁺、ROS、GSH、TNF-α和IL-10等指标变化，研究提示Met不仅改善糖代谢异常，还可降低铁负荷、减轻脂质过氧化和炎症反应。分子机制上，Met可能通过上调NRF2和GPX4、下调ATF2和ACSL4，抑制铁死亡的发生，其中NRF2/GPX4通路可能是关键环节。与DFO作用相似而不同于Z-VAD-FMK的结果，也进一步支持Met主要通过铁死亡相关机制而非凋亡机制发挥保护作用。研究还指出，由于铁死亡与铁过载密切相关，孕期铁补充应合理控制。

研究结论可概括为：铁死亡参与了GDM胎盘滋养层损伤，可能是GDM的重要发病机制之一。Met可能通过调控NRF2/GPX4通路抑制铁死亡，从而改善GDM滋养层细胞损伤，并减轻氧化应激和炎症反应。DFO同样能够通过降低Fe²⁺水平改善滋养层铁死亡损伤。总体而言，本研究从临床胎盘和体外细胞两个层面证明了铁死亡在GDM中的存在及其病理意义，并为Met用于GDM治疗提供了新的机制依据。与此同时，作者也指出，该研究仍存在样本量有限、分组非随机、体外IR模型具有局限性、缺乏动物实验和更深入机制验证等不足，因此相关结论仍需在更大样本和更完整模型中进一步证实。