抑制铁死亡可以减轻肠道炎症和结肠癌的发生

栏目:最新研究动态 发布时间:2025-03-06
铁死亡在肠道稳态中发挥重要作用,尤其是在维持肠道上皮细胞(IECs)的完整性方面。在炎症性肠病患者中,IECs的铁死亡水平显著增加,导致肠道屏障功能受损,从而加剧炎症反应......

炎症性肠病(IBD)包括克罗恩病(CD)和溃疡性结肠炎(UC),是一类以异常黏膜免疫反应为特征的复杂疾病。它们由多种因素(如饮食、遗传易感性、环境因素和黏膜免疫紊乱)引起,导致肠道炎症和肠道屏障功能失调。IBD的病理特征包括肠道上皮细胞(IECs)的损伤、肠道微生物群失调以及免疫细胞的异常激活。铁死亡是一种由铁催化的脂质过氧化引起的细胞死亡形式,与凋亡、坏死和焦亡等其他细胞死亡方式有明显区别。铁死亡在多种组织和细胞类型中发挥重要作用,并与多种疾病的发生发展相关。文章指出,铁死亡在肠道稳态中发挥重要作用,尤其是在维持肠道上皮细胞(IECs)的完整性方面。在IBD患者中,IECs的铁死亡水平显著增加,导致肠道屏障功能受损,从而加剧炎症反应。该研究于24年12月发表在《Journal of Clinical Investigation》,IF=13.3

技术路线
研究结果
1. NEDD4L在IBD中的表达受到抑制

为了探索NEDD4L在肠道稳态中的潜在功能,研究者首先分析了公共数据库“人类蛋白质图谱”中的NEDD4L基因表达情况。NEDD4L基因在人类神经系统、肺和肠道系统中高表达,尤其是在杯状细胞中表达最高,而在人类免疫系统中表达较低,提示NEDD4L在肠道上皮中的高表达可能参与维持肠道稳态。研究者分析了IBD患者中NEDD4L的基因表达,数据来自GEO数据库。追踪研究对象结肠活检中NEDD4L蛋白的表达情况,如图1的A-D所示,与健康对照组相比,UC和CD患者的IECs中NEDD4L蛋白水平显著降低。在队列1中,仅4.8%的UC患者活检样本(4/83)显示出强NEDD4L免疫组化染色,而健康对照组中有20%(8/40)显示出强NEDD4L IHC染色。在队列2中,仅38.8%的UC患者活检样本(14/36)和39.0%的CD患者活检样本(16/41)显示出强NEDD4L IHC染色,而健康对照组中有96.8%(30/31)显示出强NEDD4L IHC染色。重要的是,与队列2中轻度结肠炎患者相比,中度或重度结肠炎患者的NEDD4L蛋白表达水平更低(图1的E和F),与GEO数据一致,表明NEDD4L表达与结肠炎严重程度呈负相关。为了进一步探索NEDD4L在IECs中的具体表达谱,研究者进行了单细胞RNA分析。与健康组织相比,UC患者炎症结肠组织中肠细胞、杯状细胞、增殖期细胞和干细胞中NEDD4L基因表达显著降低,但在肠细胞祖细胞、肠内分泌细胞、未成熟肠细胞、M细胞和簇细胞中变化不显著。此外,与正常结肠黏膜相比,IBD患者的IECs中NEDD4L基因和蛋白表达显著降低(图1的G和H)。此外,在DSS处理的小鼠中,IECs中NEDD4L的基因和蛋白表达也显著降低(图1的I和J)。综上所述,这些结果表明,无论是人类还是小鼠,NEDD4L基因和蛋白在结肠炎中均受到显著抑制,且NEDD4L表达与IBD患者的结肠炎严重程度呈负相关。

图1 NEDD4L在IBD患者的IECs中表达显著下调
2. Nedd4l缺陷小鼠对实验性结肠炎的敏感性增强

为了研究NEDD4L在结肠炎中的作用,研究者首先用4% DSS诱导急性实验性结肠炎模型,对Nedd4l杂合敲除(Nedd4l+/–)小鼠和对照组野生型(Nedd4l+/+)小鼠进行挑战。与Nedd4l+/+小鼠相比,Nedd4l+/–小鼠的死亡率显著更高(图2A)。值得注意的是,与Nedd4l+/+小鼠相比,Nedd4l+/–小鼠在3% DSS处理后表现出更严重的结肠炎,表现为体重减轻更严重、直肠出血评分更高以及结肠缩短更明显(图2的B-F)。

图2 小鼠Nedd4l缺乏以非造血细胞依赖的方式促进dss诱导的实验性结肠炎
3. Nedd4l缺陷小鼠对DSS诱导和TNBS诱导的实验性结肠炎的敏感性增强

为了进一步探索NEDD4L在结肠炎中的保护作用是否与IECs内在相关,研究者构建了IECs特异性敲除Nedd4l的小鼠模型(Nedd4lfl/fl VillinCre)。与之前的研究一致,Nedd4lfl/fl VillinCre小鼠在稳态条件下表现出正常的肠道组织学特征,其终末分化细胞与野生型小鼠无法区分。此外,两组小鼠在细胞谱系分化方面没有明显差异。。然而,与对照组小鼠相比,Nedd4lfl/fl VillinCre小鼠在2.5% DSS处理时死亡率显著更高(图3A)。在2% DSS处理下,Nedd4lfl/fl VillinCre小鼠表现出更严重的体重减轻、直肠出血、结肠缩短、上皮损伤以及腺体结构破坏(图3的B-F)。此外,5天DSS处理诱导了相当程度的黏液中单核细胞、巨噬细胞和中性粒细胞的浸润,但在Nedd4lfl/fl VillinCre小鼠中,黏液中T细胞和B细胞的浸润数量增加(图3G)。此外,在结肠炎发展过程中,尤其是在第9天,与Nedd4lfl/fl小鼠相比,Nedd4lfl/fl VillinCre小鼠的黏液中出现更多的炎症免疫细胞浸润,包括单核细胞、巨噬细胞、T细胞和B细胞(图3H)。

图3 IECs缺乏Nedd4l可促进小鼠dss诱导的结肠炎
4. Nedd4l在非造血细胞中的缺失促进了DSS诱导的结肠炎

为了确定Nedd4l在IECs或造血细胞中的缺失是否对更严重的结肠炎表型有贡献,研究者进行了骨髓嵌合实验。将致死剂量辐射后的Nedd4l+/+(WT)和Nedd4l–/–(KO)小鼠用WT小鼠的骨髓细胞进行重建。经过DSS处理后,与Nedd4l+/+嵌合体(WT→WT)相比,非造血细胞中Nedd4l缺失的小鼠(WT→KO)表现出更严重的结肠炎表型(图2的G-J)。这些数据表明,NEDD4L在非造血细胞中的缺失促进了DSS诱导的结肠炎的发病机制。

5. Nedd4l在IECs中的缺失促进了IECs的铁死亡和随后的肠道屏障完整性损伤

为了探索NEDD4L在调节结肠炎中的潜在机制,研究者对DSS处理的Nedd4lfl/fl VillinCre小鼠和Nedd4lfl/fl对照小鼠的结肠组织进行了RNA测序分析。如图4A所示,与Nedd4lfl/fl小鼠相比,Nedd4lfl/fl VillinCre小鼠的紧密连接信号显著下调。此外,与Nedd4lfl/fl小鼠相比,DSS处理后Nedd4lfl/fl VillinCre小鼠的血清FITC-葡聚糖浓度显著更高,而在没有DSS处理的情况下,两组小鼠的上皮通透性相似(图4B)。此外,通过紧密连接蛋白1(ZO-1)免疫荧光染色的组织病理学分析显示,DSS处理后,Nedd4l缺失导致黏膜上皮中ZO-1的表达显著降低(图4C)。为了进一步探索IECs中Nedd4l在DSS诱导的结肠炎中对屏障完整性的调节作用,研究者对DSS处理或未处理的Nedd4lfl/fl VillinCre小鼠和Nedd4lfl/fl小鼠的IECs进行了定量泛素化质谱分析。GO分析显示,显著变化的潜在底物主要调节蛋白质定位、运输和运输活性。KEGG分析显示,与Nedd4lfl/fl小鼠相比,IECs中蛋白质消化和吸收、矿物质吸收以及铁死亡信号通路在Nedd4lfl/fl VillinCre小鼠中显著富集(图4D)。与WT对照小鼠相比,DSS处理后Nedd4lfl/fl VillinCre小鼠的TUNEL+上皮细胞水平以及通过4-羟基壬烯醛(4-HNE)阳性细胞染色和丙二醛(MDA)含量测量的脂质过氧化水平显著增强,提示Nedd4l在IECs中的缺失促进了DSS处理后IECs的脂质过氧化介导的细胞死亡(图4的E-I)。与Nedd4lfl/fl小鼠相比,Nedd4lfl/fl VillinCre小鼠的IECs表现出更严重的铁死亡表型,其特征是线粒体碎片化,内部嵴消失以及塌陷(图4J)。与Nedd4lfl/fl小鼠相比,Nedd4lfl/fl VillinCre小鼠中Gpx4等铁死亡和炎症相关基因的表达水平显著降低,TfR1、Ptgs2和Lcn2的基因表达水平显著增加。此外,研究者用DSS和铁死亡诱导剂(erastin、erastin 2和RSL3)刺激来自Nedd4lfl/fl VillinCre小鼠和Nedd4lfl/fl小鼠的肠道类器官,以检查NEDD4L是否介导IECs的铁死亡。如图4的K和L所示,Nedd4l在IECs中的缺失促进了脂质过氧化介导的IECs死亡,通过DAPI和FITC-BODIPY C11染色进行评估。研究者的数据表明,NEDD4L通过抑制IECs的铁死亡来维持肠道屏障完整性。研究者注意到,在DSS处理诱导结肠炎的过程中,小鼠IECs中NEDD4L基因和蛋白的表达受到抑制,提示DSS诱导的IECs铁死亡可能是结肠炎中NEDD4L表达抑制的潜在诱导因素。因此,研究者使用铁死亡诱导剂(erastin和RSL3)来阐明铁死亡在NEDD4L表达中的作用。erastin和RSL3显著抑制了NEDD4L蛋白的表达,提示细胞铁死亡可能调节NEDD4L的表达。此外,其他经典的细胞死亡方式,诱导细胞焦亡和凋亡也抑制了NEDD4L的表达。综上所述,这些数据进一步证实了NEDD4L以E3泛素连接酶活性依赖的方式负向调节DSS和铁死亡诱导剂介导的细胞死亡和脂质过氧化产物的产生。在多种细胞系中,NEDD4L的缺失显著促进了erastin或RSL3诱导的细胞铁死亡和脂质过氧化产物的产生。综上所述,这些数据进一步证实了NEDD4L以E3泛素连接酶活性依赖的方式负向调节DSS和铁死亡诱导剂介导的细胞死亡和脂质过氧化产物的产生。

图4 IECs缺乏Nedd4l可促进iecl铁死亡,导致屏障完整性受损
6. SLC3A2是NEDD4L在DSS诱导的结肠炎中的潜在底物

基于定量泛素化质谱分析,SLC3A2是一种跨膜蛋白,它与SLC7A11共同形成关键的谷氨酰胺/半胱氨酸转运体,并参与铁死亡,被鉴定为NEDD4L显著泛素化的底物之一。与Nedd4lfl/fl小鼠相比,DSS处理后Nedd4lfl/fl VillinCre小鼠IECs中SLC3A2的表达显著下调。然而,由于DSS处理导致NEDD4L表达降低,与未处理小鼠相比,SLC3A2的泛素化质谱分析结果受到抑制(图5的A和B)。基于定量泛素化质谱分析和相互作用质谱分析的联合分析,研究者假设NEDD4L可能与SLC3A2相互作用,并调节其泛素化,从而触发IECs的铁死亡并加剧DSS诱导的结肠炎。一致地,与Nedd4lfl/fl小鼠相比,Nedd4lfl/fl VillinCre小鼠IECs中SLC3A2的蛋白表达显著下调,而Nedd4l在IECs中的缺失对GP130和MEKK2的蛋白表达没有影响,这两种蛋白在其他细胞中已被鉴定为NEDD4L的潜在底物。此外,在DSS处理后,与Nedd4lfl/fl小鼠相比,Nedd4lfl/fl VillinCre小鼠IECs中SLC3A2的表达也下调(图5C)。基于泛素化质谱分析,研究者发现NEDD4L蛋白丰度与SLC3A2蛋白丰度呈正相关,进一步表明SLC3A2可能是NEDD4L的潜在底物。据报道,SLC3A2通过调节肠上皮细胞中cyclin D1的表达参与小鼠结肠炎。此外,研究者发现Nedd4l在IECs中的缺失限制了SLC3A2和GPX4蛋白的表达(图5,C–E)。DSS处理显著抑制了GPX4、SLC3A2和NEDD4L的蛋白表达水平。重要的是,IBD患者中NEDD4L的蛋白表达水平与SLC3A2呈正相关(图5,F和G)。在肠道类器官和HCT116细胞中敲除NEDD4L会损害DSS诱导的SLC3A2和GPX4表达,但会增加TFRC表达,从而增强细胞铁死亡(图5,H和I)。NEDD4L以E3泛素连接酶活性依赖的方式正向调节HCT116细胞中SLC3A2和GPX4蛋白的表达(图6J)。在多种经DSS、Erastin或RSL3处理的肠道细胞系中,使用siRNA沉默NEDD4L表达也观察到了类似的结果(图5,K–M)。

作为铁死亡信号通路中NEDD4L的潜在底物,SLC3A2的研究相对较少。因此,研究者确定了SLC3A2是否能够调节由DSS或铁死亡诱导剂介导的细胞铁死亡和信号转导。如图6,A–I所示,沉默内源性SLC3A2显著促进了由DSS和铁死亡诱导剂诱导的细胞死亡和脂质过氧化产物的产生。此外,与转染了对照siRNA(siNC)的细胞相比,沉默内源性SLC3A2在DSS或铁死亡诱导剂处理后抑制了GPX4的表达,但增强了TFRC的表达。在HCT116细胞中过表达外源性SLC3A2通过上调GPX4的表达抑制了DSS诱导的细胞死亡和脂质过氧化产物的产生(图6,J–M),表明SLC3A2负向调节由DSS和铁死亡诱导剂介导的细胞铁死亡。此外,外源性SLC3A2的过表达消除了NEDD4L沉默和转染了对照siRNA(siNC)的HCT116细胞之间DSS诱导的细胞死亡、脂质过氧化产物产生以及GPX4和TFRC蛋白表达水平的差异(图6,N–P)。综上所述,这些数据表明NEDD4L通过SLC3A2/GPX4轴调节DSS诱导的细胞铁死亡。

图5 NEDD4L正向调控SLC3A2表达
图6 SLC3A2负调控铁死亡
7. NEDD4L介导SLC3A2的泛素化

为了确定NEDD4L调节SLC3A2蛋白表达的机制,研究者在HCT116和HEK293T细胞中研究了NEDD4L与SLC3A2之间的相互作用。如图7,A和B所示,NEDD4L在DSS处理后与SLC3A2动态相互作用,在12小时达到峰值。NEDD4L的E3连接酶活性突变体(NEDD4L-C942A或NEDD4L-CA)消除了这种相互作用。为了确定NEDD4L与SLC3A2相互作用所需的结构域,研究者构建了一系列表达野生型NEDD4L或突变型NEDD4L的质粒,其中分别缺失了C2、WW或HECT结构域(ΔC2、ΔWW或ΔHECT)。如图7C所示,缺失HECT结构域(而非C2和WW结构域)破坏了NEDD4L与SLC3A2之间的相互作用,表明HECT结构域对于NEDD4L与SLC3A2的结合是必需的。作为一种E3泛素连接酶,NEDD4L可能通过介导SLC3A2的泛素化来调节SLC3A2蛋白的稳定性。首先,研究者使用泛素(Ub)抗体免疫沉淀内源性Ub,以比较WT(sgNTC)和NEDD4L-KO(sgNEDD4L)HCT116细胞中多聚泛素化SLC3A2的量。如图7D所示,NEDD4L在HCT116细胞中的敲除损害了DSS处理后SLC3A2的多聚泛素化,这与研究者在IECs的泛素化质谱分析中观察到的表型一致。随后,研究者在HEK293T细胞中进行了泛素化实验。如图7E和所示,NEDD4L正向调节SLC3A2的多聚泛素化。此外,体外无细胞泛素化实验表明,是WT NEDD4L蛋白(而非NEDD4L-C942A蛋白)直接促进了SLC3A2的多聚泛素化(图7F)。在MG132处理后(而非Bafilomycin A1处理后),转染了WT NEDD4L的细胞中SLC3A2的表达降低到与转染了对照或NEDD4L-CA突变体的HCT116细胞相当的水平,表明NEDD4L通过介导SLC3A2的泛素化以蛋白酶体依赖的方式调节SLC3A2蛋白的稳定性。NEDD4L-ΔHECT完全失去了介导SLC3A2泛素化的能力(图7G),表明NEDD4L的HECT结构域对于其与SLC3A2的相互作用及其泛素化是关键的。此外,NEDD4L主要促进了SLC3A2的赖氨酸63(K63O)连接的多聚泛素化(图7H),这与HECT型E3连接酶和NEDD4家族连接酶(包括NEDD4L)的已知观点一致,即C末端氨基酸决定了泛素链的特异性,这些连接酶对K63连接具有严格特异性。NEDD4L的敲除显著损害了DSS诱导的SLC3A2的K63连接的多聚泛素化,但增强了SLC3A2的K48连接的多聚泛素化,导致与sgNTC HCT116细胞相比SLC3A2蛋白表达降低(图7I)。此外,NEDD4L在HEK293T细胞中以剂量依赖的方式促进了SLC3A2的K63连接的多聚泛素化,并抑制了SLC3A2的K48连接的多聚泛素化(图8J)。这些数据表明,NEDD4L介导了SLC3A2的K63连接的多聚泛素化,但不涉及GPX4。

图7 NEDD4L泛素化修饰SLC3A2
8. Nedd4l的缺失通过铁死亡促进小鼠结肠炎的发病机制

为了进一步确定NEDD4L是否通过铁死亡通路调节结肠炎,研究者对经DSS处理的Nedd4lfl/fl VillinCre和Nedd4lfl/fl小鼠的结肠组织进行了RNA测序,以探索其潜在机制。富集分析显示IL-17R信号可以影响IECs的稳态、分化和肿瘤发展,研究者通过使用IL-17中和抗体来测试NEDD4L是否通过IL-17R信号调节DSS诱导的结肠炎。IL-17中和抗体处理成功抑制了WT小鼠中的DSS介导的结肠炎,但并未消除由Nedd4l缺失诱导的结肠炎表型差异。使用脂质过氧化清除剂N-乙酰半胱氨酸(NAC)处理显著减轻了Nedd4lfl/fl VillinCre小鼠的结肠炎发展,并挽救了Nedd4lfl/fl VillinCre小鼠的结肠炎表型。

为了进一步探索NEDD4L是否通过铁死亡调节结肠炎,研究者在Nedd4lfl/fl VillinCre和Nedd4lfl/fl小鼠中持续腹腔注射铁死亡特异性抑制剂ferrostatin-1(Fer-1),以抑制DSS诱导的结肠炎。如图8,A–J,Fer-1显著挽救了DSS诱导的Nedd4lfl/fl VillinCre小鼠的结肠炎表型,使其与经Fer-1处理的Nedd4lfl/fl小鼠相当,表现为腹泻和直肠出血减少、结肠缩短减少、上皮损伤减轻、腺体结构破坏减少、上皮细胞死亡减少、脂质过氧化产物减少以及炎症细胞因子减少,但紧密连接增加。此外,在结肠炎诱导期间持续腹腔注射Fer-1消除了Nedd4lfl/fl VillinCre和Nedd4lfl/fl小鼠之间的结肠炎表型差异。Fer-1处理消除了Nedd4lfl/fl VillinCre和Nedd4lfl/fl小鼠之间铁死亡相关基因(包括Gpx4、Ncoa4、Acsf2和Acsl4)和蛋白(包括GPX4、SLC3A2和TFRC)表达的差异(图8,K–M)。这些数据表明,Nedd4l在IECs中的缺失通过铁死亡依赖的方式促进了结肠炎的发病机制。

图8 NEDD4L通过铁死亡调节DSS诱导的结肠炎
9. 肠道微生物群参与了NEDD4L调节的结肠炎

为了进一步评估Nedd4l缺陷小鼠与对照组相比加剧的结肠炎是否依赖于肠道微生物群,研究者在DSS给药前两周将Nedd4l缺陷小鼠与对照组小鼠同笼饲养。同笼饲养消除了Nedd4l缺陷小鼠与同笼饲养的对照组小鼠之间更严重的DSS诱导的结肠炎的发展,表明NEDD4L以依赖肠道微生物群的方式保护小鼠免受结肠炎。为了揭示微生物群如何调节小鼠中的DSS诱导的结肠炎,研究者收集了经DSS处理或未处理的Nedd4lfl/fl VillinCre小鼠和对照组小鼠的粪便,并进行了16S rDNA测序。与Nedd4lfl/fl小鼠相比,Nedd4lfl/fl VillinCre小鼠在DSS给药后Akkermansia的丰度显著增加,而Bifidobacterium和Lactobacillus的丰度显著减少,未处理小鼠中丰度相似。作为重要的共生肠道细菌,Akkermansia、Bifidobacterium和Lactobacillus在维持肠道稳态中发挥关键作用。然而,Akkermansia的异常增加可能会促进肠道黏蛋白的降解,从而加剧小鼠的结肠炎,这与研究者的表型一致,即Nedd4lfl/fl VillinCre小鼠在DSS处理后肠道黏蛋白产生减少。为了进一步研究肠道微生物群在NEDD4L调节的结肠炎中的作用,研究者在未经处理和经DSS处理的Nedd4lfl/fl VillinCre小鼠和Nedd4lfl/fl小鼠中检测了小肠的抗菌肽。Nedd4l缺陷最初在未经DSS处理的小鼠中对抗菌肽表达没有影响,例如血管生成素、Ang4;Defa-rs1和Defa20。DSS处理导致IECs损伤以及抗菌肽基因表达模式降低。此外,与Nedd4lfl/fl小鼠相比,Nedd4l在IECs中的缺陷显著损害了Nedd4lfl/fl VillinCre小鼠的抗菌肽表达,表明IECs死亡等更强的影响在DSS诱导的结肠炎中起着关键作用。因此,研究者将单笼饲养的Nedd4lfl/fl VillinCre和Nedd4lfl/fl小鼠在结肠炎诱导期间用Bifidobacterium和Lactobacillus进行灌胃。口服Bifidobacterium和Lactobacillus显著限制了Nedd4lfl/fl VillinCre和Nedd4lfl/fl小鼠的结肠炎发展,表现为炎症综合征程度较低和黏液分泌能力较强,与未经细菌灌胃的DSS处理的单笼饲养Nedd4lfl/fl VillinCre小鼠相比,表明肠道微生物群参与了NEDD4L调节的结肠炎,特别是Bifidobacterium和Lactobacillus。从接受细菌灌胃的小鼠中分离的IEC样本显示,微生物群的管理显著促进了GPX4和SLC3A2的表达,但损害了TFRC的表达,从而消除了Nedd4lfl/fl VillinCre和Nedd4lfl/fl小鼠之间的信号差异,表明肠道微生物群通过GPX4在抑制铁死亡中发挥了保护作用。

10. Nedd4l的缺失促进了小鼠结肠炎相关性结直肠癌(CAC)的发病机制。

在小鼠中,广泛使用了AOM/DSS诱导的结肠炎相关性结直肠癌(CAC)模型来研究炎症相关性癌症,因为炎症更严重的小鼠更有可能发展为结直肠癌(CRC)。因此,研究者进一步探索了NEDD4L在CAC中的调节作用,使用了全身性Nedd4l缺陷小鼠和Nedd4lfl/fl VillinCre小鼠。在体内,磁共振成像(MRI)分析显示,与WT小鼠相比,Nedd4lfl/fl VillinCre小鼠在轴向和冠状图像中均显示出结肠扩张显著增加,并且在第90天时Nedd4lfl/fl VillinCre小鼠的结肠中肿瘤数量更多(图9A)。如图9,A–D所示,Nedd4l缺陷小鼠更容易患癌。与它们的WT同窝小鼠相比,研究者在Nedd4l+/–和Nedd4lfl/fl VillinCre小鼠的邻近肿瘤和肿瘤组织中发现了更高水平的Ki67+细胞(图9,E和F),以及Nedd4lfl/fl VillinCre小鼠肿瘤组织中脂质过氧化产物的增加(图9G)。由于NEDD4L通过铁死亡信号调节IECs炎症,研究者假设NEDD4L可能通过铁死亡信号调节CAC。为了验证这一假设,研究者在DSS处理期间腹腔注射铁死亡抑制剂DFOM,以抑制炎症反应。如图9,I–L所示,与ddH2O处理的对照小鼠相比,DFOM处理显著抑制了AOM/DSS诱导的肿瘤形成和脂质过氧化产物在Nedd4lfl/fl VillinCre小鼠中的增加,并进一步消除了Nedd4lfl/fl VillinCre和Nedd4lfl/fl小鼠之间的表型差异,表明NEDD4L通过铁死亡信号调节CAC。

在结肠炎期间,脂质过氧化促进了CAC的发病机制,使结肠炎成为CRC的风险因素。接下来,研究者旨在探索在CAC期间NEDD4L基因或蛋白的变化。根据TCGA和GEO数据,与正常组织相比,CRC患者的肿瘤组织以及CAC小鼠的肿瘤组织中NEDD4L基因显著下调。在AOM/DSS诱导期间,NEDD4L的表达动态变化。在AOM/DSS诱导后的第15天,NEDD4L基因和蛋白没有显著变化,但在第60天时,小鼠出现轻微的上皮增生/异型增生,NEDD4L略有下调。此外,在AOM/DSS诱导后的第90天,当小鼠出现明显的肿瘤形成时,NEDD4L基因和蛋白水平显著下调(图10,A–C)。在小鼠CAC诱导期间,NEDD4L蛋白表达与SLC3A2和GPX4显著相关(图10D)。使用CRC患者的结肠切片的组织芯片基础IHC,研究者发现与正常组织相比,CRC患者的结肠肿瘤组织中IECs的NEDD4L蛋白表达显著受到抑制。同时,与正常组织相比,肿瘤和邻近肿瘤组织中IECs的脂质过氧化产物显著增加(图10,E和F),这与4-HNE促进CRC发展的观点一致。此外,CRC患者IECs中NEDD4L蛋白表达与SLC3A2和GPX4呈正相关(图10,G和H)。一致地,研究者在GEPIA2数据库中发现SLC3A2的基因表达与GPX4显著相关,但与NEDD4L无关,表明NEDD4L对SLC3A2的后翻译修饰。综上所述,研究者的数据支持这样一个观点:在小鼠中,NEDD4L在AOM/DSS诱导的CRC发病机制中的保护作用依赖于其对SLC3A2/GPX4轴的调控。

图9 IECs中缺乏Nedd4l可促进AOM/DSS诱导的小鼠结直肠癌
结论

NEDD4L在肠道上皮细胞中通过调节铁死亡相关蛋白(SLC3A2和GPX4)的表达,抑制IECs 的铁死亡,从而维持肠道屏障的完整性,并在IBD和结直肠癌的发生发展中发挥重要的调节作用。NEDD4L可能成为诊断和治疗IBD及结直肠癌的潜在靶点,通过抑制铁死亡来减轻肠道炎症和肿瘤发生。

实验方法

公共数据库分析、单细胞RNA测序数据分析、RNA测序数据分析、进行GO分析、KEGG分析、定量泛素化质谱分析、单细胞RNA测序、RNA测序、定量泛素化质谱、免疫组化、qPCR、Western Blot、免疫共沉淀、质谱分析、细胞培养和处理、流式细胞术、药物干预实验、DSS/TNBS诱导的结肠炎模型、AOM/DSS诱导的结肠癌模型、骨髓嵌合实验、HE染色、免疫组化染色、TUNEL染色

参考文献

Liang J, Wang N, Yao Y, Wang Y, An X, Wang H, Liu H, Jiang Y, Li H, Cheng X, Xu J, Liang X, Lou J, Xin Z, Zhang T, Wang X, Lin W. NEDD4L mediates intestinal epithelial cell ferroptosis to restrict inflammatory bowel diseases and colorectal tumorigenesis. J Clin Invest. 2024 Dec 17;135(3):e173994. doi: 10.1172/JCI173994. PMID: 39688910; PMCID: PMC11785928.