背景介绍
溃疡性结肠炎(UC)是一种多因素慢性炎症性肠病，发病率高，特征是体重减轻、腹痛、直肠出血和腹泻。铁死亡是一种独特的非凋亡细胞死亡形式，由铁积累和脂质过氧化引起。氧化过程的破坏是铁死亡的标志，并最终引发细胞死亡。抗氧化酶谷胱甘肽过氧化物酶4(GPX4)是一种必需的硒蛋白，通过减少脂质过氧化来调节细胞铁死亡。铁死亡最初在表达致癌RAS的肿瘤细胞中发现，RAS参与多种疾病，包括神经退行性变和器质性损伤。之前有报道称补铁会加重UC患者的临床症状。有趣的是，目前铁死亡被认为是UC中肠上皮细胞死亡的重要因素，这意味着开发UC治疗策略的新见解。
仙茅苷(Curculigoside，CUR)是仙茅属植物仙茅中的一种酚苷成分，具有抗氧化、抗炎、抗骨质疏松等多种药理活性。在神经系统中，Cur被报道能保护神经元的兴奋性、记忆功能障碍和抑郁。此外，先前的研究表明，Cur通过减轻氧化损伤，对过氧化氢(H2O2)诱导的成骨细胞损伤具有保护作用。重要的是，有报道发现Cur通过减少ROS的生成和增加抗氧化酶的活性，如SOD和GPX来改善过量的铁诱导的骨丢失和氧化应激，这反映了它与铁死亡的潜在联系。因此，本研究旨在探讨Cur对UC病理的影响及其调节铁死亡的潜在机制。
研究结果
1.DSS诱导的溃疡性结肠炎小鼠铁死亡
用3%DSS灌胃7天建立实验性UC小鼠模型。发现UC小鼠的铁含量增加，以及DSS诱导了谷胱甘肽含量的降低和丙二醛的产生。此外，在UC小鼠中检测到ROS1的高表达和SOD1在mRNA和蛋白水平的低表达。DHE染色显示UC小鼠结肠红色荧光明显增强，反映了ROS的积累。重要的是，调节铁死亡的关键抗氧化酶Gpx4mRNA和蛋白水平也被DSS抑制。提示溃疡性结肠炎结肠组织可诱发铁死亡。
图1
2.Cur减轻DSS诱导的小鼠组织学损伤和细胞死亡
然后用两种剂量的Cur对UC小鼠进行治疗，以确定Cur对结肠炎的影响。从第4天开始，高剂量的Cur可降低DSS小鼠的高疾病活动性指数。此外，DSS小鼠的体重减轻和结肠长度缩短通过Cur治疗得以挽救。显微镜检查显示DSS小鼠有明显的结肠炎特征，如严重的粘膜溃疡、隐窝丢失、上皮水肿、炎细胞浸润和杯状细胞耗竭。而且，Cur治疗改善了结肠组织的这些病理改变。此外，TUNEL染色结果表明，Cur可以减轻DSS小鼠结肠细胞的死亡。SFIG显示了正常小鼠的病理特征和TUNEL阳性细胞。还发现，有效的铁死亡抑制剂Fer-1对UC小鼠的组织学损伤和细胞死亡也有显著的保护作用。结果提示，Cur对结肠炎的发生有保护作用，其机制可能与抑制铁死亡有关。
图2
图3
3.Cur抑制DSS诱导的小鼠铁死亡
Cur上调了DSS小鼠的GSH水平，但降低了MDA水平和ROS的产生。此外，与正常小鼠相比，Cur可下调DSS小鼠高表达的4-HNE。还观察到接受Cur治疗的DSS小鼠Gpx4的高mRNA和高蛋白水平。在用Fer-1治疗的UC小鼠中也观察到了类似的变化趋势。这些结果表明，Cur能有效地抑制UC小鼠的铁死亡。
图4
4.Cur对培养的IEC-6细胞铁死亡的保护作用
用含H2O2和ICH的IEC-6细胞在体外模拟铁死亡的情况，观察Cur在铁死亡中的作用。Cur提高了IEC-6细胞对H2O2和ICH处理的活性。在Cur处理的铁死亡细胞中观察到GSH含量增加，MDA和ROS水平降低，同时LDH活性降低。与CUR相比，Fer-1处理对IEC-6细胞也产生了类似的影响。此外，还证明了铁死亡的诱导剂Erastin可以诱导细胞死亡。Cur可通过抑制Erastin(SFIG)诱导的IEC-6细胞产生谷胱甘肽(GSH)，抑制MDA含量和LDH活性。在H2O2和ICH处理下，Cur能强烈诱导IEC-6细胞Gpx4的表达。综上所述，Cur可能通过减少结肠上皮铁死亡而对结肠炎有保护作用。
图5
5.硒依赖的Gpx4诱导介导Cur对IEC-6细胞铁死亡的保护作用
实验结果发现，硒处理使Gpx4的表达呈时间依赖性增加。尤其是高剂量的Cur可显著诱导Gpx4mRNA和蛋白的表达。为了进一步解决Cur是否需要Cur的保护作用来诱导Gpx4的转录，用特定的siRNAs抑制了Gpx4在IEC-6细胞中的表达。发现当Gpx4表达降低时，Cur对细胞死亡和氧化应激的有利影响加剧，细胞存活率、GSH和MDA浓度以及LDH活性都证明了这一点。综上所述，结果提示Gpx4诱导参与了Cur对铁死亡的保护作用。
图6
总结
在本研究中，构建了DSS诱导的UC小鼠模型。实验结果发现，Cur对结肠炎小鼠的疾病活动指数、组织学损伤和细胞死亡均有抑制作用。还发现，铁死亡在结肠炎小鼠中被诱发，表现为铁超载、GSH耗竭、ROS和MDA的产生，并伴有SOD和Gpx4表达的降低。在DSS诱导的小鼠中，Cur治疗显著逆转了这些铁死亡特征的改变。此外，在H2O2和六水氯化铁联合作用下，Cur对IEC-6细胞的铁死亡也有类似的作用。有趣的是，发现Cur能增加IEC-6细胞对硒的敏感性，促进Gpx4转录水平。Gpx4基因敲除可显著阻断Cur对IEC-6细胞铁死亡、GSH和MDA含量以及LDH活性的保护作用。综上所述，Cur通过诱导Gpx4来预防UC的铁死亡，Gpx4是一种潜在的UC治疗药物。
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