알록스15

신호 변환 및 표적 치료 7권, 기사 번호: 288(2022) 이 기사 인용

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심근 허혈/재관류(I/R) 손상은 다양한 형태의 세포 사멸을 초래하는 심근세포 손상을 특징으로 하는 심혈관 질환의 고전적인 유형입니다. I/R로 인한 비가역적 심근 손상은 재관류 단계에서 유발되는 산화 스트레스로 인해 발생하는 것으로 여겨집니다. 여기서 우리는 허혈이 심근 세포에서 다중불포화지방산(PUFA) 인지질의 특정 산화환원 반응을 유발하며, 이는 재관류 단계에서 강력한 산화 손상의 발생을 시작하는 프라이밍 신호 전달 역할을 한다는 것을 입증합니다. 동물 및 시험관 내 모델을 사용하여 I/R 손상에서 중요한 지질 종은 산화된 PUFA가 풍부한 포스파티딜에탄올아민인 것으로 확인되었습니다. 다중 오믹스를 사용하여 아라키돈산 15-리폭시게나제-1(ALOX15)이 허혈 유발 인지질 과산화의 주요 매개자로 확인되었으며, 이는 화학유전학적 접근법을 사용하여 추가로 확인되었습니다. 종합적으로, 우리의 결과는 허혈 단계의 ALOX15 유도가 인지질 산화를 페로프토시스 신호로 점화시키는 "발화점" 역할을 한다는 것을 보여줍니다. 이 발견은 심근 허혈 손상에 대한 새로운 분자 메커니즘을 특징으로 하며 I/R 손상의 조기 개입을 위한 잠재적인 치료 목표를 제공합니다.

심근 손상의 주요 원인인 허혈/재관류(I/R) 손상은1,2,3,4 경색 주변의 생존 조직에 추가 손상을 일으키는 염증 반응이 특징입니다. 허혈(혈류 제한)과 재관류(혈류 회복)는 I/R 손상의 두 가지 주요 단계입니다. 허혈 단계가 아닌 I/R의 재관류 단계가 산화 스트레스로 인한 세포 사멸을 유발하는 활성산소의 증가를 통해 심근 세포에 돌이킬 수 없는 병태생리학적 결과를 초래한다는 사실이 널리 받아들여지고 있습니다.5 이러한 오랜 믿음은 재관류로 인해 갑작스러운 산소 재진입이 발생하고5,6 과산화물 음이온(O2•-), 과산화수소(H2O2) 및 하이드록실 라디칼(HO)을 포함한 활성 산소종(ROS)에 조직이 노출된다는 이해 •) 등이 있습니다. 그러나 보다 최근의 연구에 따르면 재관류로 인한 산화 손상은 허혈 단계에서 발생하는 숙신산염 축적과 같은 중요한 사건에 의존한다는 사실이 밝혀졌으며, 이는 허혈 관련 분자 변화에 대한 깊은 통찰력을 얻을 필요성을 시사합니다. 실제로 허혈성 에피소드를 표적으로 하는 심장 보호 중재는 I/R의 이환율과 사망률을 줄이는 데 효율적입니다.9,10 그럼에도 불구하고 허혈 손상의 본질적인 분자 결정인자, 특히 산화 스트레스와 관련된 분자 결정인자는 거의 알려져 있지 않습니다.

최근 몇 년 동안 리폭시게나제 매개 특정 산화 반응인 인지질 과산화는 많은 질병에서 페롭토시스의 최종 실행자로서의 중요한 역할로 인해 많은 주목을 받았습니다.11,12 페롭토시스는 이제 뚜렷한 특성과 기능을 가지며, 고도불포화지방산(PUFA) 사슬을 갖는 인지질의 과산화에 의해 시작되는 치명적인 지질 ROS의 축적이 특징입니다.12,13 지금까지 여러 연구에서 심근 손상에서 페롭토시스의 역할을 제안했습니다. 재관류 동안.14,15,16 그럼에도 불구하고, 이들 연구는 허혈에서 인지질 과산화 및 페롭토시스의 존재를 무시했습니다.

현재 연구에서 우리는 PUFA 인지질의 교란이 허혈 단계 동안 사전 산화 조건을 시작한다고 제안합니다. 이는 재관류 단계에서 강력한 산화 손상이 발생하기 위한 프라이밍 신호를 제공합니다. PUFA가 풍부한 세포와 동물을 사용하여 우리는 리폭시게나제인 아라키돈산 15-리폭시게나제-1(ALOX15)이 PUFA 인지질에서 특정 산화환원 반응을 시작하여 허혈 손상에 대한 민감성을 증가시키는 것을 보여줍니다. 우리는 또한 ALOX15를 표적으로 하는 천연 심장 보호 분자인 daidzein의 효능을 확인했습니다. 우리의 연구 결과는 심근 허혈 손상의 병원성 메커니즘에 대한 새로운 통찰력을 제공하고 I/R의 조기 치료를 위한 잠재적인 치료 목표를 식별합니다.

1) were the predominant oxidized species that separated the control from hypoxia treatment (n = 7). i Effect of different cell death inhibitors on the cytotoxicity of H9C2 cells exposed to 4-h hypoxia. All inhibitors were pretreated for 2 h before hypoxia treatment. Ferroptosis inhibitor: ferrostatin-1(Fer-1, 1 μM), deferoxamine (DFO, 100 μM); necroptosis inhibitor: necrostatin-1 (Nec-1, 1 μM); apoptosis inhibitor: Z-VAD-FMK (ZVAD, 1 μM). Effects of ferroptosis inhibitors on the contents of total GSH (j), NADPH (k), and CK-MB (l) after 4-h hypoxia. Ferrostatin-1 (Fer-1, 1 μM) and deferoxamine (DFO, 100 μM) were pretreated for 2 h before hypoxia treatment. m A summary heat map of quantitative RT-PCR analysis of genes related with ferroptosis (Alox15, Ptgs2, Pla2g6, Slc7a11, and Gpx4), apoptosis (Bcl2 and Bax), and necrosis (Ripk1) in H9C2 cells treated with 4-h hypoxia (n = 3). n Protein expressions for ALOX15, Bax, Bcl2 and Caspase-1 in hypoxia/reoxygenation treated H9C2 cells (n = 3). The right panel indicates the statistical analysis forALOX15 expression. All the quantitative data are presented as mean ± SD and statistical significance was assessed by one-way ANOVA followed by Tukey post-hoc test. *p < 0.05, **p < 0.01, ***p < 0.001 vs control (cont) group; #p < 0.05, ##p < 0.01, ###p < 0.001 vs hypoxia (Hyp) group/p>1 and P < 0.05 was set as the thresholds between any two treatments (n = 4). b The Circos plot indicates overlapped differential genes across ferroptosis, membrane and metabolic pathways. Outside of the Circos, each arc represents an identity pathway gene list, and inside, a spot on the arc represents a gene. The greater the number of purple links and the longer the dark orange arcs imply a more significant overlap among the input gene lists. Alox15, Acls4 and G6pd were identified as the overlapping genes of three pathways. c Heat map of differential expressions of classical genes related to ferroptosis (Hmox-1, Alox15, Ptgs2, Acsl4), apoptosis (Bax, Bcl2, Bik, Bak1), necrosis (Ripk3, Mlkl, Ripk1), and autophagy (Atg4b, Atg2a, Ulk2, Atg5, Ulk1, Map1lc3b, Map1lc3a). Color scales show the differences in expression of each gene in the indicated sample relative to its expression in log2 (fold change). The mRNA (d) and protein (e) levels of ALOX15 in heart tissues of ND-or HFD-fed rats after 24-h LAD ligation and the semi-quantification is shown in the lower panel. f After si-Alox15, lipid peroxidation was detected by confocal microscopy after Liperfluo staining in PUFA-enriched H9C2 cells under hypoxia. Effect of ALOX15 inhibitor PD 146176 (PD, 10 μM) on cell death (g) and GSH content (h) was assessed by PI staining in PUFA-enriched H9C2 cells under hypoxia. After Alox15 overexpression (Alox15 OE) in PUFA-enriched H9C2 cells under hypoxia, lipid peroxidation (i), cell death (j) and GSH content (k) were, respectively, determined by confocal microscopy, flow cytometry and HPLC-MS. All the quantitative data are presented as mean ± SD and statistical significance was assessed by one-way ANOVA followed by Tukey post-hoc test. For the in vitro experiments, *p < 0.05, **p < 0.01, ***p < 0.001 vs control (Cont) group; #p < 0.05, ##p < 0.01, ###p < 0.001 vs hypoxia (Hyp) group. For the in vivo experiments, *p < 0.05, **p < 0.01 vs "ND + sham" group, #p < 0.05, ##p < 0.01 vs "ND + LAD" group/p>

0.05 was considered to conform to the normal distribution. For comparison between 2 groups, independent samples t test was used when data presented normal distribution and Mann–Withney test was used when data did not follow normal distribution. For more than 2 groups, the normal distribution data were analyzed by One-Way ANOVA with Turkey multiple comparison, and the non-normal distribution data were analyzed by Post Hoc Test with Dunnentt's T3. (SigmaStat, SPSS Inc., Chicago, Illinois, USA). Comparison of survival curves was statistically analyzed by Log-rank (Mantel-Cox) test. P < 0.05 was considered statistically significant./p>

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