敌草快暴露破坏铁转运蛋白（ferroportin, FPN）依赖的铁稳态并驱动铁死亡相关白质损伤

《Environment International》：Diquat exposure disrupts ferroportin–dependent iron homeostasis and drives ferroptosis–associated white matter injury

　　

研究人员识别白质为敌草快（diquat, DQ）诱导神经毒性的首要靶标。急性DQ暴露导致少突胶质细胞损伤与显著髓鞘破坏。DQ降低核因子E2相关因子2（Nrf2）与FPN表达，伴随铁外排受损及Fe2+蓄积。铁稳态失调相关铁死亡参与DQ诱导的白质损伤，伴随脂质过氧化与线粒体损伤。Fer-1（ferrostatin-1）预处理减轻DQ诱导的脱髓鞘与运动缺陷。

研究背景与立项依据

敌草快（DQ）作为联吡啶类非选择性除草剂，因化学稳定性与氧化还原循环特性，在农业中广泛使用，其残留与误服导致的多器官毒性（肾、肺、心）及中枢神经系统（CNS）受累日益受到关注。临床影像可见亚急性DQ中毒患者皮质下白质T2WI高信号，病理以脱髓鞘与轴突变性为主，且DQ可在脑脊液中存留达21天，提示持续性神经毒性。然而DQ在CNS中最易感区域、时序病理演变及分子机制尚不清楚。少突胶质细胞因富含细胞内铁、膜多不饱和脂肪酸（PUFA）及抗氧化能力有限，对铁死亡（ferroptosis，一种铁依赖、脂质过氧化驱动的调节性死亡）高度易感；铁转运蛋白（FPN）是哺乳动物唯一跨膜铁外排蛋白，其启动子含抗氧化反应元件（ARE）受Nrf2转录调控。前期研究证实DQ在睾丸、空肠等外周组织可诱导铁死亡，但DQ是否经FPN介导铁稳态破坏、触发少突胶质细胞铁死亡致白质脱髓鞘，尚未系统阐明。为此，研究人员整合临床神经影像、SD大鼠急性染毒模型及MO3.13人少突胶质细胞系，探究Nrf2–FPN轴在DQ白质损伤中的作用，并评估铁死亡抑制剂Fer-1的干预价值。该文发表于《Environment International》。

主要关键技术方法

研究采用河北医科大学第二医院急性DQ中毒患者（19例队列中代表性15岁女性病例，血浆DQ 170 ng/mL，LC–MS/MS定量）的临床MRI（3D T2-FLAIR）与既往病理对照；动物实验使用8周雄性SD大鼠101只，分对照组、低剂量（77 mg/kg）、高剂量（154 mg/kg）单次灌胃组及Fer-1（2 mg/kg/日，腹腔注射14天，染毒前30分钟首剂）干预组，于第14天取胼胝体白质；细胞实验采用MO3.13细胞经少突胶质前体分化培养基诱导成熟后，以5、10 μM DQ处理，部分行N-乙酰半胱氨酸（NAC）预处理或FPN过表达质粒转染。技术平台涵盖3.0 T动物MRI、旷场/转棒/跑台/悬挂行为学、RNA测序（DNBSEQ PE150，mRatBN7.2比对）与GSEA、Luxol快蓝（LFB）/H&E/Nissl/普鲁士蓝/免疫组化/免疫荧光、透射电镜（TEM，g-ratio量化）、Fe²⁺/MDA/4-HNE/ROS/BODIPY C11脂质ROS检测、Western blotting（MBP、MOG、Nrf2、FPN、xCT、GPX4、TFR、FTH1等）及CB-Dock2分子对接（DQ–Keap1 Kelch域，PDB 5GIT）。

研究结果

3.1 DQ暴露诱导患者与大鼠白质损伤：临床MRI示双侧额顶颞枕皮质下白质多发病灶；大鼠胼胝体T2WI高信号，行为学（总路程、转棒跌落潜伏期、跑台时长与电击数、悬挂耐力）全面受损，H&E示组织疏松，Iba1阳性微胶质活化，Nissl阳性细胞减少。

3.2 DQ暴露诱导大鼠白质脱髓鞘：LFB染色强度下降，MBP/MOG免疫组化面积减少，TEM见髓鞘板层分离，g-ratio剂量依赖性升高，WB证实MBP、MOG蛋白下调。

3.3 DQ在少突胶质细胞诱导ROS超载并抑制Nrf2抗氧化防御：MO3.13中DCFH-DA示ROS剂量升高，Nrf2蛋白下降，4-HNE与MDA上升；NAC预处理部分恢复Nrf2并降低脂质过氧化；体内OLIG2⁺细胞Nrf2荧光减弱，白质Nrf2 WB下调。

3.4 RNA测序揭示铁死亡相关通路富集与铁蓄积：胼胝体测序得168上/148下差异基因，KEGG与GSEA示脂质代谢、TCA循环、泛酸/CoA合成抑制；64个线粒体相关DEG富集于铁死亡与线粒体自噬；普鲁士蓝染色确认胼胝体Fe³⁺沉积增加。

3.5 DQ降低FPN表达并促进少突胶质细胞内铁蓄积：细胞与白质中FPN WB下调，Fe²⁺升高；FPN过表达逆转Fe²⁺蓄积、4-HNE/MDA及BODIPY C11脂质ROS；分子对接预测DQ结合Keap1 Kelch域（Arg415/Arg483/Ser508/Tyr525/Gln530/Ser555，ΔG ?6.9 kcal/mol），提示Nrf2蛋白下降可能源于DQ–Keap1互作，但需生化验证。

3.6 DQ诱导少突胶质细胞铁死亡：TEM示线粒体缩短、嵴消失、外膜破裂、膜密度增高；白质与细胞中TFR、FTH1上调，GPX4、xCT下调，脂质ROS累积，符合铁稳态破坏与抗氧化失能。

3.7 Fer-1预处理减轻DQ诱导白质脱髓鞘：行为学四项指标改善，LFB强度回升，TEM髓鞘松解减轻、g-ratio降低，MBP/MOG蛋白回升，证实铁死亡参与DQ白质损伤。

讨论部分总结

研究人员指出，DQ经氧化还原循环产ROS，抑制Nrf2–FPN铁外排轴，致少突胶质细胞Fe²⁺蓄积、PUFA膜脂质过氧化、线粒体形态异常及铁死亡，最终胼胝体脱髓鞘与运动障碍；Fer-1仅在预处理下有效，不证明染毒后治疗窗。研究局限包括急性模型未覆盖慢性低剂量、MO3.13为永生化杂交系非原代成熟少突胶质、未直接操纵Nrf2检FPN因果、未测IRP/IRE与转铁蛋白循环通量、全身毒性对白质表型有潜在贡献。讨论强调白质（尤其胼胝体）是DQ神经毒性的重要靶标，补充了既往聚焦脑干MCU与能量代谢的认知，将FPN依赖铁稳态纳入DQ-CNS损伤机制。

结论部分翻译

研究结果表明，DQ中毒与显著白质损伤及脱髓鞘相关，并提示少突胶质细胞铁稳态破坏参与该病理。DQ暴露明显降低铁外排蛋白FPN表达，伴细胞内Fe²⁺蓄积、过度脂质过氧化及符合铁死亡特征的细胞死亡。体内这些分子改变与髓鞘结构损坏及运动功能障碍相关。综上，研究确认受损的FPN介导铁外排是DQ暴露白质氧化还原失衡的潜在促成因素，并将铁稳态与氧化应激通路标记为值得深入探究的DQ诱导CNS损伤治疗靶点。