p38 MAPK通路抑制剂 SB202190 抑制视网膜兴奋毒性青光眼模型的铁死亡

doi:10.4103/1673-5374.391193

摘要/Abstract

摘要：

N-甲基-D-天冬氨酸兴奋性神经毒性已被证实在青光眼中发挥重要作用，且N-甲基-D-天冬氨酸可以诱导铁死亡。p38 丝裂原活化蛋白激酶 (MAPK) 通路抑制剂SB202190是有潜力的铁死亡抑制剂，其下游分子p53等，被证实与铁死亡相关。然而，在N-甲基-D-天冬氨酸兴奋性毒性作用下，视网膜神经节细胞中是否也发生了铁死亡，以及抑制铁死亡是否可减少N-甲基-D-天冬氨酸兴奋性毒性引起的视网膜神经节细胞损失，这些问题尚不明确。为了解N-甲基-D-天冬氨酸诱导的青光眼模型是否存在铁死亡，并探索SB202190 保护视网膜神经节细胞的机制。实验建立了N-甲基-D-天冬氨酸诱导的R28细胞兴奋毒性模型和N-甲基-D-天冬氨酸诱导的小鼠青光眼模型。体外实验发现N-甲基-D-天冬氨酸可诱导 R28 细胞中铁和过氧化脂质的积累，以及线粒体的形态变化；SB202190 可以抑制这些变化。N-甲基-D-天冬氨酸诱导p-p38 MAPK/p38 MAPK和SAT1表达水平升高，FTL，SLC7A11 和 GPX4 表达水平下降。SB202190 抑制了N-甲基-D-天冬氨酸诱导的铁死亡相关蛋白的表达。体内实验显示，SB202190 减轻了N-甲基-D-天冬氨酸诱导的大鼠视网膜神经节细胞损伤，改善视功能。以上结果说明，SB202190可以有效抑制青光眼铁死亡，同时能一定程度上减轻视网膜神经节细胞损失，其作用可能是通过调节铁死亡通路中Gpx-4，SLC7A11,FTL和SAT1实现的。说明抑制铁死亡是实现青光眼视网膜神经节细胞保护的有效途径，SB202190是有潜力的视神经保护药物。

https://orcid.org/0000-0001-6320-3209 (Weitao Song)

Abstract: Glutamate excitotoxicity has been shown to play an important role in glaucoma, and glutamate can induce ferroptosis. The p38 mitogen-activated protein kinase (MAPK) pathway inhibitor SB202190 has a potential ability to suppress ferroptosis, and its downstream targets, such as p53, have been shown to be associated with ferroptosis. However, whether ferroptosis also occurs in retinal ganglion cells in response to glutamate excitotoxicity and whether inhibition of ferroptosis reduces the loss of retinal ganglion cells induced by glutamate excitotoxicity remain unclear. This study investigated ferroptosis in a glutamate-induced glaucoma rat model and explored the effects and molecular mechanisms of SB202190 on retinal ganglion cells. A glutamate-induced excitotoxicity model in R28 cells and an N-methyl-D-aspartate-induced glaucoma model in rats were used. In vitro experiments showed that glutamate induced the accumulation of iron and lipid peroxide and morphological changes of mitochondria in R28 cells, and SB202190 inhibited these changes. Glutamate induced the levels of p-p38 MAPK/p38 MAPK and SAT1 and decreased the expression levels of ferritin light chain, SLC7A11, and GPX4. SB202190 inhibited the expression of iron death-related proteins induced by glutamate. In vivo experiments showed that SB202190 attenuated N-methyl-D-aspartate-induced damage to rat retinal ganglion cells and improved visual function. These results suggest that SB202190 can inhibit ferroptosis and protect retinal ganglion cells by regulating ferritin light chain, SAT1, and SLC7A11/Gpx4 pathways and may represent a potential retina protectant.

Key words: ferroptosis, glaucoma, glutamate excitotoxicity, p38 MAPK, retinal ganglion cell, SB202190

. p38 MAPK通路抑制剂 SB202190 抑制视网膜兴奋毒性青光眼模型的铁死亡[J]. 中国神经再生研究(英文版), 2024, 19(10): 2299-2309.

Lemeng Feng, Chao Wang, Cheng Zhang, Wulong Zhang, Weiming Zhu, Ye He, Zhaohua Xia, Weitao Song. p38 MAPK inhibitor SB202190 suppresses ferroptosis in the glutamate-induced retinal excitotoxicity glaucoma model[J]. Neural Regeneration Research, 2024, 19(10): 2299-2309.

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延伸阅读

NRR:湘雅医院宋伟涛团队揭示p38 MAPK抑制剂治疗青光眼的作用机制

青光眼是世界首位不可逆性致盲性眼病，预计到2040年全球将有1.118亿人患有青光眼。(1)视网膜神经节细胞 (Retinal ganglion cells, RGCs) 的选择性、进行性死亡是所有类型青光眼的最终结局。(2)几种类型的细胞死亡，如细胞凋亡、坏死、自噬和细胞焦亡等均被认为与青光眼RGCs损失相关。而基于这些死亡方式提出的潜在药物在临床上并未能有效地发挥RGC保护作用。这提示研究者需要对RGCs的死亡有新认识。谷氨酸兴奋性神经毒性已被证实在青光眼中发挥重要作用。(3)且在既往研究中，谷氨酸被证实可以诱导铁死亡。(4)铁死亡是一种新型的细胞死亡方式，其特征是铁依赖性脂质过氧化。(5, 6) p38 丝裂原活化蛋白激酶 (MAPK) 通路抑制剂SB202190是有潜力的铁死亡抑制剂，其下游分子P53等，被证实与铁死亡相关。(4, 7)在谷氨酸兴奋性毒性作用下，RGCs中是否也发生了铁死亡，以及抑制铁死亡缓解谷氨酸兴奋性毒性引起的RGCs损失，这些问题尚不明确。

近期，湘雅医院宋伟涛团队在《中国神经再生研究（英文版）》（Neural Regeneration Research）上发表了题为“P38 MAPK inhibitor SB202190 preventing ferroptosis in the glutamate-induced retinal excitotoxicity glaucoma model”的研究论文。作者发现，谷氨酸兴奋性毒性诱导RGCs发生铁死亡，使用SB202190可以有效抑制铁死亡，同时能一定程度上阻止RGCs损失。进一步研究证实，SB202190的这些作用可能是通过调节铁死亡通路中Gpx-4，SLC7A11,FTL和SAT1实现的。该文带来的启示：抑制铁死亡可能是实现青光眼RGCs保护的有效途径，SB202190是有潜力的视神经保护药物。冯乐蒙和王超为论文共同第一作者，宋伟涛副教授为论文通讯作者。

既往研究发现，谷氨酸可诱导铁死亡。(4)此次研究中，谷氨酸兴奋性毒性引起大鼠视网膜前体细胞中铁离子堆积、脂质过氧化物累积、MDA升高及GSH降低。电子显微镜下观察到谷氨酸作用下，线粒体双层膜结构密度增加、线粒体嵴减少以及线粒体外膜破裂。这些结果均提示，谷氨酸可诱导大鼠视网膜前体细胞铁死亡（图一）。铁死亡受多种信号通路调节，上游分子机制非常复杂。SLC7A11/GSH/GPX4通路是细胞内抵御铁死亡的最主要抗氧化系统。SLC7A11，是胱氨酸/谷氨酸转运蛋白，可将胱氨酸转运至细胞内，并将其氧化成半胱氨酸来催化合成GSH。(8)GSH是GPX-4清除脂质活性氧的必要因子。(9, 10) SLC7A11升高可通过影响GPX4活性抑制铁死亡发生。与先前的报道一致，在宋伟涛等的中发现，SB202190通过调节SLC7A11/GSH/GPX4信号通路减少R28细胞中的脂质ROS积累，抑制铁死亡（图二）。FTL是细胞内铁储存蛋白，该蛋白下调会导致细胞内铁稳态失衡，加速铁死亡发生。(11)本研究中SB202190上调了FTL的表达，降低细胞内游离的二价铁离子，一定程度上抑制了铁死亡。SAT1是多胺代谢的重要调节剂，其活化可诱导脂质过氧化，触发ROS引起的铁死亡。(12, 13)在这里，我们发现SB202190可以有效抑制谷氨酸引起的SAT1高表达。这进一步表明SB202190通过调节脂质过氧化在铁死亡的干预中发挥了一定作用（图三）。既往研究中，谷氨酸兴奋性毒性可引起RGCs减少，和视网膜神经节细胞复合体 (retinal ganglion cell body complex, GCC) 变薄。(14)在该研究中发现，SB202190可以阻止RGCs的损失，GCC变薄以及视网膜功能的丧失（图四）。上述结果说明，SB202190具有缓解视网膜兴奋性毒性的作用，且起作用与抑制铁死亡有关。

总之SB202190是有潜力的青光眼视神经保护因子。通过抑制p38 MAPK，玻璃体腔内注射SB202190可以调节铁死亡相关蛋白，在一定程度上阻止谷氨酸引起的视网膜损伤和视功能丧失。当然该研究也存在一定性局限性。研究仅基于谷氨酸兴奋性毒性模型。尽管这一模型已被广泛应用于青光眼神经保护研究，但单一模型不足以充分模拟临床青光眼患者RGC丢失的病理和生理过程。为了全面分析RGCs的铁死亡和p38 MAPK抑制剂的治疗效果，有必要在未来的研究中纳入更多的青光眼动物模型。

图1 SB202190保护R28细胞系免受谷氨酸诱导的铁死亡

图2 SB202190通过调节slc7a11/gsh/gpx4通路清除胞内脂质活性氧

图3 SB202190通过作用于ftl 和sat1调节谷氨酸R28细胞模型中的铁死亡

图4 SB202190减轻大鼠视网膜中NMDA诱导的损伤

原文链接：https://doi.org/10.4103/1673-5374.391193

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通讯作者宋伟涛副教授