前沿视点
病理性高眼压扰乱正常铁稳态并导致青光眼视网膜神经节细胞铁凋亡
Pathologically high intraocular pressure disturbs normal iron homeostasis and leads to retinal ganglion cell ferroptosis in glaucoma
Fei Yao · Jingjie Peng · Endong Zhang · Dan Ji · Zhaolin Gao · Yixiong Tang · Xueyan Yao · Xiaobo Xia
中南大学湘雅医院
作为全球范围内导致不可逆失明的主要原因，青光眼的特征一般是视野缺损逐渐加重，而这通常是由视网膜神经节细胞的丧失所导致的。同时，在不同类型的青光眼中，病理性高眼压都是GCR损伤的主要原因，但降低 ph-IOP 并不能完全阻止青光眼进展或 RGC 损伤，这一点提示我们可能还存在其他致病因素。根据现有研究成果，可以推测铁死亡可能与ph-IOP诱导的青光眼性RGC丢失有关，并且这种参与受到铁代谢的密切调控。
研究人员选择了临床上最典型的眼压异常类型急性原发性闭角型青光眼 （APACG） 来验证假设。APACG具有眼压升高明显、发病急、短时间内 RGC 明显丢失等特点，且其在眼压降低后更易出现血液灌注敏感性，导致缺血-再灌注损伤并加剧 RGC 死亡，因此是研究青光眼眼压控制后RGC继续丢失的理想模型。
具体来说，研究者通过分析APACG患者血清中的游离铁含量来寻找ph-IOP损伤后铁稳态失衡的临床证据；建立ph-IOP损伤的细胞和动物模型以验证铁稳态失衡的特点和机制；利用免疫荧光和免疫印迹技术检测视网膜中 DMT1、TR、Fpn1、FTH1 和 NCOA4 等铁代谢相关蛋白以及 GPX4 和 ACSL4 等铁死亡相关蛋白的表达水平，分析 ph-IOP 诱导的铁代谢和铁死亡情况；利用铁螯合剂 (DFP) 处理 ph-IOP 损伤模型，观察其对视网膜铁代谢和铁死亡的调节作用。
图1
为了验证铁是否参与了ph-IOP引起的RGC损伤，研究者检测了APACG患者和健康对照者的血清铁含量。如图1b，APACG患者血清总铁、三价铁水平均高于健康对照者，而亚铁含量变化不显著，这一结果提示铁元素可能参与了ph-IOP诱导RGC损伤的机制。同时，图1其他分析结果也提示ph-IOP扰乱了正常的铁稳态，导致体内外铁的显著积累，这种现象主要发生在ph-IOP损伤后的早期。
图2
为进一步阐明 ph-IOP 如何破坏视网膜铁稳态，研究人员检测了 ph-IOP 损伤后不同时间点视网膜中几种铁代谢相关蛋白的水平。参与细胞铁吸收 (DMT1 和 TR) 和铁输出 (Fpn1) 的蛋白随时间下调，且Fpn1水平的变化晚于视网膜铁水平的变化，因此ph-IOP 损伤后视网膜铁快速积累的最可能原因是内源性结合铁释放出游离铁。结合其他数据猜测可能是位于上游的NCOA4通过铁蛋白吞噬作用介导FTH1降解，从而引起视网膜细胞内铁沉积。
图3
作为铁死亡的常见正调节剂，ACSL4的水平在ph-IOP损伤后的第一个小时内上调，而GPX4则在24小时后下降，并且它们的变化主要集中在视网膜内层，尤其是神经节细胞层。利用TEM检测视网膜神经节细胞层中RGC是否发生了铁死亡，结果显示RGC线粒体收缩，线粒体膜密度增加，即呈现出铁死亡的形态特征，但这种结果在72小时和对照眼中表现不明显。
图4
研究团队的进一步结果表明DFP是治疗视网膜疾病的优良铁螯合剂，口服DFP可以减少体内和体外ph-IOP诱导的铁积累。
图5
DFP 治疗降低了视网膜 MDA 含量，使 GSH 和 NADPH 水平有所升高，还恢复了ph-IOP 损伤小鼠的 GPX4 水平并降低 ACSL4 水平。因此可以得出结论：DFP可以改善ph-IOP引起的视网膜铁死亡。
图6
虽然证明 DFP 可以改善这种状况，但其诱导的铁死亡抑制能否有效阻止 RGC 死亡仍然需要进一步验证。研究团队的结果表明DFP 可在 ph-IOP 损伤后保护 RGC 免受损伤，也就是说使用DFP抑制铁死亡是治疗 ph-IOP 诱导的 RGC 丢失的有效治疗策略。
研究发现，Ph-IOP 会扰乱铁稳态，导致损伤后早期视网膜中的亚铁沉积过多，而这种沉积又会破坏细胞内的氧化还原系统，引发 RGC 铁死亡。从实验结果来看，NCOA4 介导的 FTH1 降解或许是 ph-IOP 后细胞内亚铁沉积的一种解释。另外，研究还对治疗方式进行了探索，发现口服DFP可以穿透血视网膜屏障，有效螯合视网膜过量的亚铁，最终抑制RGC铁死亡。同时，DFP治疗还能在RGC形态和功能的维持方面产生明显的效果。这些发现表明铁死亡是青光眼治疗的新靶点，特别是在控制ph-IOP后青光眼RGC持续丢失这一方面。
参考文献
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