Autophagy丨铁死亡相关，有望用于黄斑变性

2023年，Debasish Sinha团队在线发表“Increased LCN2 (lipocalin 2) in the RPE decreases autophagy and activates inflammasome-ferroptosis processes in a mouse model of dry AMD”的研究论文，该论文已被在国际知名医学期刊AUTOPHAGY（Q1,IF=28.2）接收并在线发表。

研究背景：

年龄相关性黄斑变性（AMD）是老年人视力障碍的主要原因。其发病机制了解有限，所以缺乏有效的治疗方法。AMD的进展最初以视网膜色素上皮（RPE）的萎缩性改变以及溶酶体脂褐素和细胞外核黄素沉积形成为特征，慢性氧化应激、蛋白质聚集和炎症过程引起的损伤可能导致地图样萎缩和/或脉络膜新生血管形成和纤维化。

AMD病因由遗传因素和环境风险因素组成，包括衰老、吸烟、动脉硬化、肥胖、高血压、高胆固醇血症和富含脂肪的饮食。

近年来，细胞自噬在AMD病理中的作用逐步显现。溶酶体清除中断和废物积累增加是导致AMD发生的主要细胞因素，自噬和泛素-蛋白酶体系统（UPS）这两种主要机制负责管理细胞中的废物清除。LCN2是一种已知的铁螯合剂，它被隔离在溶酶体中调节铁以维持细胞内稳态。LCN2同型二聚体变异水平的增加与急性和慢性炎症、癌症、糖尿病、肥胖和多发性硬化症等多种疾病有关。

研究团队前期研究表明，在具有干性AMD样表型的小鼠（cryba1 cKO）模型和人类AMD供眼的RPE中，LCN2表达上调。铁死亡(ferroptosis)是近几年发现的一种新的细胞死亡方式，是在小分子物质诱导下发生的氧化性细胞死亡，具有铁离子依赖性。其发生是细胞内脂质活性氧(reactive oxygen species，ROS)生成与降解的平衡失调所致。铁死亡诱导剂通过不同的通路直接或间接作用于谷胱甘肽过氧化物酶(glutathione peroxidase，GPXs)，导致细胞抗氧化能力降低，ROS堆积，最终引起细胞氧化性死亡。本研究旨在探究LCN2在AMD中的作用机制。

研究结果：

图1. LCN2结合ATG4B并调节RPE中的自噬

图2.LCN2增加可减弱RPE细胞的自噬

图3. 自噬体进程改变和RPE细胞中铁调控是通过CGAS-STING1途径触发炎性小体激活的。

图4.失调的LCN2 -铁轴触发RPE细胞的氧化损伤和脂质过氧化

图5.LCN2同型二聚体变体在AMD样小鼠模型和干性AMD患者中占主导地位

图6.一种单克隆抗体(克隆#6)在AMD样小鼠模型中恢复自噬，减少炎性体激活和脂质过氧化，并恢复视网膜功能

图7.LCN2解除RPE细胞的自噬过程，用单克隆抗体靶向LCN2变体可以显著减少小鼠模型中的AMD样表型。

在cryba1 cKO小鼠模型和人类AMD供体样本中，RPE细胞中的LCN2上调是通过激活NFκB-STAT1信号轴发生的。在这里，我们发现LCN2通过与ATG4B和LC3形成复合物结合并调节ATG4B的活性，从而调节自噬小体加工过程(自噬通量)。LCN2单体和二聚体变体在cryba1 cKO小鼠模型的RPE细胞和人类干性AMD供体中表达量均上调，而同源二聚体变体是RPE细胞分泌的唯一形式，可引发视网膜变性。此外，同二聚体变体不能与ATG4B和LC3形成复合物。自噬体的改变LCN2上调导致的加工过程伴随着溶酶体异常RPE细胞的功能触发异常铁积累。RPE细胞中铁稳态的改变通过上调CGAS-STING1信号通路导致氧化应激和铁下垂。RPE细胞中铁稳态的改变通过上调CGAS-STING1通路触发炎性小体激活，导致氧化应激和铁凋亡。在小鼠模型中，用识别和中和LCN2变体的单克隆抗体(克隆#6 mAb)靶向LCN2可以减轻自噬、脂质过氧化或铁凋亡的变化，并减少AMD样表型。

研究小结：

LCN2与ATG4B结合，并与ATG4B和LC3B形成复合物，从而调节自噬体成熟。LCN2 上调导致的自噬体加工改变伴随着 RPE 细胞中溶酶体功能异常，触发异常的铁积累。RPE 细胞中铁稳态的改变通过上调 CGAS-STING1 通路触发炎性小体激活，从而导致氧化应激和铁死亡。LCN2同型二聚体变体会诱导小鼠视网膜变性；使用识别并中和 LCN2 二聚体的单克隆抗体（克隆 #6 mAb）靶向 LCN2 可以减轻小鼠模型中自噬、脂质过氧化或铁死亡的变化，并减少 AMD 样表型。总之，RPE 中 LCN2 的增加通过抑制自噬通量和失调铁稳态来增强干性 AMD 发病机制，从而导致 RPE 细胞中的炎性小体激活、氧化应激和铁死亡。

信源:

Gupta Urvi,Ghosh Sayan,Wallace Callen T et al. Increased LCN2 (lipocalin 2) in the RPE decreases autophagy and activates inflammasome-ferroptosis processes in a mouse model of dry AMD.[J] .Autophagy, 2023, 19: 92-111.

参考文献

1.Ghosh Sayan,Stepicheva Nadezda,Yazdankhah Meysam et al. The role of lipocalin-2 in age-related macular degeneration (AMD).[J] .Cell Mol Life Sci, 2020, 77: 835-851.

2.Jaberi Saeeda Al,Cohen Athena,D'Souza Crystal et al. Lipocalin-2: Structure, function, distribution and role in metabolic disorders.[J] .Biomed Pharmacother, 2021, 142: 112002.

3.Viau Amandine,El Karoui Khalil,Laouari Denise et al. Lipocalin 2 is essential for chronic kidney disease progression in mice and humans.[J] .J Clin Invest, 2010, 120: 4065-76.

4.Viau Amandine,El Karoui Khalil,Laouari Denise et al. Lipocalin 2 is essential for chronic kidney disease progression in mice and humans.[J] .J Clin Invest, 2010, 120: 4065-76.

文案 | 刘卫勤

排版 | 姜笑南

审核 | 姜笑南

发布｜姜笑南

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