IGF2BP2通过GPX4/SLC7A11/ACSL4信号轴介导OGD/R诱导的H9c2细胞铁死亡的作用机制

郭道通, 张宗雷, 孟凡华, 程云涛

【作者机构】 济宁医学院附属医院心内科
【分 类 号】 R587.2
【基    金】 山东省济宁市重点研发计划项目(2024YXNS022)
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IGF2BP2通过GPX4/SLC7A11/ACSL4信号轴介导OGD/R诱导的H9c2细胞铁死亡的作用机制

IGF2BP2通过GPX4/SLC7A11/ACSL4信号轴介导OGD/R诱导的H9c2细胞铁死亡的作用机制

郭道通 张宗雷 孟凡华 程云涛

济宁医学院附属医院心内科,山东济宁 272000

[摘要] 目的 探究胰岛素样生长因子2-mRNA结合蛋白2(IGF2BP2)在氧糖剥夺/再灌注(OGD/R)诱导的环境下对H9c2细胞铁死亡的保护作用及其机制。 方法 通过OGD/R诱导建立H9c2细胞损伤模型,并将细胞分为对照组、OGD/R组、OGD/R+si-NC组和OGD/R+si-IGF2BP2组。通过CCK8评估细胞增殖,流式细胞术检测细胞凋亡和周期,生化试剂盒检测还原型谷胱甘肽(GSH)、丙二醛(MDA)和亚铁离子(Fe2+)含量,透射电镜观察细胞线粒体形态变化,Western blot法检测IGF2BP2蛋白及铁死亡相关蛋白谷胱甘肽过氧化物酶4(GPX4)、溶质载体家族7成员11(SLC7A11)和长链酰基辅酶A合成酶4(ACSL4)水平。 结果 与对照组比较,OGD/R组细胞增殖活性下降且细胞凋亡率升高,细胞中GSH含量下降而MDA和Fe2+含量升高(P<0.05);线粒体出现体积缩小、嵴的数量急剧减少、结构模糊甚至完全消失及外膜破裂等现象;细胞中GPX4、SLC7A11蛋白表达降低,而IGF2BP2和ACSL4蛋白水平升高(P<0.05)。与OGD/R组比较,OGD/R+si-IGF2BP2组细胞增殖活性升高而凋亡率下降,细胞中GSH含量升高而MDA和Fe2+含量下降(P<0.05);线粒体结构恢复正常;细胞中GPX4、SLC7A11蛋白表达升高,而IGF2BP2和ACSL4蛋白水平下降(P<0.05)。 结论 IGF2BP2下调可能通过调节GPX4/SLC7A11/ACSL4信号轴抑制细胞铁死亡,从而减轻OGD/R诱导的H9c2细胞损伤。

[关键词] IGF2BP2;氧糖剥夺/再灌注;H9c2细胞;铁死亡

急性心肌梗死(acute myocardial infarction,AMI)是因冠状动脉血供突然减少,导致心肌细胞能量代谢障碍、大量死亡,并引起心脏不可逆损伤的高死亡率疾病[1-2]。其病理机制涉及氧化应激、细胞凋亡、自噬、焦亡及铁死亡等多种细胞死亡方式[3-4]。其中,铁死亡作为一种铁依赖性、脂质过氧化驱动的程序性死亡方式,在AMI心肌损伤中具有关键作用[5]

铁死亡受多条分子通路的调控,包括作为抗氧化防御体系的谷胱甘肽过氧化物酶4(glutathione peroxidase 4,GPX4)及其底物供应蛋白溶质载体家族7成员11(solute carrier family 7 member 11,SLC7A11),以及正向促进铁死亡的长链酰基辅酶A合成酶4(acyl-CoA synthetase long-chain family member 4,ACSL4)[6]。GPX4/SLC7A11/ACSL4信号轴的动态平衡对维持缺血/再灌注下心肌细胞存活至关重要[7]

近年来研究发现RNA结合蛋白胰岛素样生长因子2-mRNA结合蛋白2(insulin-like growth factor 2 mRNA binding protein 2,IGF2BP2)在心脏疾病中具有重要功能[8]。不仅参与AMI进展和氧化应激反应,还被报道可调控细胞铁死亡进程[9-10]。然而,IGF2BP2是否通过细胞铁死亡影响AMI尚不明确。

鉴于IGF2BP2作为RNA结合蛋白可调控多种靶基因的表达,推测IGF2BP2可能通过GPX4/SLC7A11/ACSL4通路参与AMI的心肌损伤。本研究拟通过OGD/R诱导的H9c2细胞损伤模型,探究IGF2BP2在缺血/再灌注下心肌细胞铁死亡中的作用,为临床治疗提供新的潜在靶点。

1 材料与方法

1.1 主要试剂和仪器

1.1.1 主要试剂 TriQuick Reagent 总RNA提取试剂(货号:R1100)、CCK8检测试剂盒(货号:CA1210)、Annexin V PE/7-AAD凋亡检测试剂盒(货号:CA1030)均购自北京索莱宝科技有限公司;2×SYBR Green qPCR Master mix(货号:G3322-15)和Servicebio RT First Strand cDNA Synthesis(货号:G3330-100)均购自武汉塞维尔生物科技有限公司。10%胎牛血清(货号:A5670701)、高糖DMEM培养基(货号:11965092)、1%青霉素-链霉素混合液(货号:15640055)和Lipofectamine 3000(货号:L3000001)均购自美国Thermo公司;还原型谷胱甘肽(glutathione,GSH)检测试剂盒(货号:S0053)、丙二醛(malondialdehyde,MDA)检测试剂盒(货号:S0131S)和亚铁离子(Fe2+)检测试剂盒(货号:S1066S)、Bradford试剂盒(货号:P0006)、蛋白提取试剂盒(货号:R0018S)、RIPA裂解液(货号:P0013B)、ECL试剂盒(货号:P0018S)均购自上海碧云天生物技术有限公司;IGF2BP2抗体(货号:DF4710)、GPX4抗体(货号:DF6701)、SLC7A11抗体(货号:DF12509)和ACSL4抗体(货号:DF12141)均购自中国Affinity公司。

1.1.2 主要仪器 JEM-1230(80 kV)透射电镜(日本JEOL公司);7500实时PCR仪(应用生物系统公司,美国)。

1.2 氧糖剥夺/再灌注(oxygen glucose deprivation/reperfusion,OGD/R)细胞模型构建

大鼠心肌细胞系H9c2(货号:CL-0089)购自武汉普诺赛生物公司。H9c2细胞在含10%胎牛血清和1%青霉素-链霉素混合液的高糖DMEM培养基中培养,培养条件为37 ℃、5% CO2湿润环境。采用OGD/R模型体外心肌缺血损伤[11]。将H9c2细胞置于无血清和无葡萄糖的DMEM培养基中,在三气细胞培养箱中(1% O2,5% CO2,94% N2)培养4 h,最后将细胞放置于正常条件下培养2 h。

1.3 细胞转染和分组干预

IGF2BP2小干扰RNNA(si-IGF2BP2)及其对照载体(si-NC)均由委托苏州中科致晖生物公司设计合成并提供。si-IGF2BP2正向引物序列:5’-CCG CAUGAUUCUUGAGAUUTT-3’;反向引物序列:5’-AAUCUCAAGAAUCAUGCGGTT-3’。将H9c2细胞接种于6孔板中,待其生长至50%~60%融合度后进行转染。按照制造商的说明,使用Lipofectamine3000将si-IGF2BP2或si-NC转染细胞24 h。使用RT-qPCR和Western blot法检测细胞IGF2BP2基因和蛋白水平以验证转染效率。将细胞分为对照组、OGD/R组、OGD/R+si-NC组和OGD/R+si-IGF2BP2组。其中对照组细胞正常培养,OGD/R组细胞进行氧糖剥夺/再灌注;OGD/R+si-NC组和OGD/R+si-IGF2BP2组分别转染对应载体24 h后再进行OGD/R处理。

1.4 细胞增殖活性检测

通过CCK8检测试剂盒检测各组细胞增殖活性。将H9c2细胞(1×104/孔)接种到96孔板中并培养12h以获得细胞单层。处理后,每个孔中的细胞与10 µl CCK8溶液反应4 h。此后,在微板读数器的帮助下记录波长450 nm处的吸光度。

1.5 细胞凋亡检测

采用Annexin V-FITC/PI试剂盒结合流式细胞术,按照制造商的说明评估细胞凋亡情况。每组计数1×104个细胞,以评估阳性染色细胞的数量。

1.6 透射电镜观察线粒体结构

将各组细胞在4 ℃下用4%的多巴胺甲醛溶液固定2 h。接着,细胞用1%的四氧化锇溶液固定1 h,4 ℃下进行处理。随后,细胞在一系列逐渐稀释的酒精和丙酮中脱水,丙酮处理后,用环氧树脂进行组织包埋,分别在37 ℃下孵育过夜、45 ℃下孵育12 h、60 ℃下孵育48 h后,用超薄切片机进行切片,切片厚度为70 nm。最后,用3%醋酸铀-枸橼酸铅进行双染,在透射电镜下进行观察。

1.7 RT-qPCR分析

从细胞中提取总RNA,使用TriQuick Reagent总RNA提取试剂进行提取,并使用Servicebio RT First Strand cDNA Synthesis将其转化为互补DNA(cDNA)。通过2×SYBR Green qPCR Master mix进行RT-qPCR,并在7500实时PCR仪上进行处理。反应体系(20 µl)为:10 µl 2×SYBR Green qPCR Master mix,正反向引物各0.4 µl,2 µl模板,DEPC水7.2 µl。反应条件:94 ℃预变性10 min;95 ℃变性15 s,60 ℃退火30 s,75 ℃延伸20 s,共进行40个循环。所有样本均以GAPDH水平进行标准化。相对mRNA水平通过2-△△Ct方法进行定量。本研究中使用的引物序列如下:IGF2BP2正向引物为5’-TGGCTGAGTATGGGAC GGTA-3’;IGF2BP2反向引物为5’-CCTCGAACT GATGCCCACTT-3’。GAPDH正向引物为5’GCGA GATCCCGCTAACATCA-3’;GAPDH反向引物为5’-CTCGTGGTTCACACCCATCA-3’。

1.8 Western bolt法检测

根据蛋白提取试剂盒和RIPA裂解液的说明书提取总蛋白,并使用Bradford试剂盒进行定量分析。将蛋白样品通过SDS-PAGE(5%浓缩胶和 10%分离胶)电泳,然后转移到PVDF膜,随后用5%脱脂奶粉溶解于含吐温20的TBST中,在室温下封闭2 h。在4 ℃过夜孵育针对IGF2BP2(稀释比例1∶500)、GPX4(稀释比例1∶500)、SLC7A11(稀释比例1∶500)和ACSL4(稀释比例1∶500)一抗后,将膜洗涤,并在室温下与相应的二抗(辣根过氧化物酶标记,HRP)孵育1 h(1∶5 000,Affinity)。以GAPDH作为内参。通过ECL试剂盒检测条带,并使用Image J软件对条带强度进行定量。

1.9 统计学方法

采用GraphPad Prism 9.5软件进行统计分析。计量资料采用均数±标准差表示,多组之间比较采用单因素方差分析,并随后进行Tukey的事后检验进行分析,两组间比较采用t检验。以P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 细胞转染结果

与对照组比较,si-IGF2BP2组IGF2BP2蛋白和mRNA水平均下降(P<0.05)。见图1。

图1 细胞转染结果

2.2 IGF2BP2下调对OGD/R诱导的H9c2细胞增殖活性和凋亡的影响

与对照组比较,OGD/R组和OGD/R+si-NC组细胞增殖活性降低而凋亡率升高(P<0.05);与OGD/R组比较,OGD/R+si-IGF2BP2组细胞增殖活性升高而凋亡率降低(P<0.05)。见图2、3。

图2 各组细胞增殖活性比较(n=6)

图3 各组细胞凋亡率比较(n=3)

2.3 IGF2BP2下调对OGD/R诱导的H9c2细胞周期的影响

与对照组比较,OGD/R组和OGD/R+si-NC组处于G1期和G2期细胞比例升高,而处于S期的细胞比例降低(P<0.05)。见图4。

图4 IGF2BP2下调对OGD/R诱导的H9c2细胞周期的影响(n=3)

2.4 IGF2BP2下调对OGD/R诱导的H9c2细胞GSH、MDA和Fe2+含量的影响

与对照组比较,OGD/R组和OGD/R+si-NC组细胞中GSH含量降低,而MDA和Fe2+含量升高(P<0.05);与OGD/R组比较,OGD/R+si-IGF2BP2组细胞中GSH含量升高,而MDA和Fe2+含量降低(P<0.05)。见图5。

图5 IGF2BP2下调对OGD/R诱导的H9c2细胞GSH、MDA和Fe2+含量的影响(n=6)

2.5 IGF2BP2下调对OGD/R诱导的H9c2细胞线粒体形态的影响

对照组中线粒体形态相对比较正常;OGD/R组和OGD/R+si-NC组中细胞线粒体出现体积缩小、嵴的数量急剧减少、结构模糊甚至完全消失及外膜破裂等现象;OGD/R+si-IGF2BP2组细胞线粒体形态基本与对照组保持一致。见图6。

图6 透射电镜观察各组细胞线粒体形态

2.6 IGF2BP2下调调控OGD/R诱导的H9c2细胞中铁死亡关键蛋白的表达

与对照组比较,OGD/R组细胞中IGF2BP2和ACSL4蛋白水平升高,而GPX4和SLC7A11蛋白水平下降(P<0.05);与OGD/R组比较,OGD/R+si-IGF2BP2组IGF2BP2和ACSL4蛋白水平下降,而GPX4和SLC7A11蛋白水平升高(P<0.05)。见图7。

图7 IGF2BP2下调对OGD/R诱导的H9c2细胞铁死亡相关蛋白表达的影响(n=3)

3 讨论

本研究主要探究IGF2BP2在OGD/R诱导的H9c2细胞损伤中的作用,并将IGF2BP2在AMI中的作用与铁死亡相关联。本研究结果显示,在OGD/R诱导的H9c2细胞损伤模型中,IGF2BP2的下调可显著缓解细胞损伤,在机制上通过调控GPX4/SLC7A11/ACSL4信号轴介导的细胞铁死亡介导。

IGF2BP2是RNA结合蛋白中的一种,可与不同基因的mRNA结合并介导其m6A修饰的识别。有研究表明,IGF2BP2在心肌细胞氧化应激中起重要作用。氧化应激通过激活IGF2BP2-dynamin2信号通路影响心肌细胞线粒体能量代谢,导致心肌细胞损伤和心脏重构[9]。本研究发现,OGD/R处理H9c2细胞后,细胞增殖活性降低且凋亡率升高。而IGF2BP2下调后,细胞增殖活性升高且凋亡率降低。提示敲低IGF2BP2对OGD/R诱导的H9c2细胞具有明显的保护作用。

铁死亡是一种依赖铁的细胞死亡形式,与AMI损伤有关[12]。铁死亡与铁的代谢、GSH及活性氧(reactive oxygen species,ROS)的生成密切相关[13]。细胞外的Fe3+由转铁蛋白转运进入细胞,被还原为Fe2+,并与细胞内过量的H2O2发生反应,产生大量ROS,从而引发铁死亡[14]。研究表明,在AMI损伤期间,ROS的生成会增加[15]。在缺血阶段,细胞内ROS的积累会降低抗氧化剂的作用[16]。在缺血组织的血液供应恢复后,氧化应激会导致细胞损伤和死亡,其程度取决于ROS水平的严重程度[17]。MDA是脂质过氧化的产物,通过促进ROS的进一步生成,形成正反馈循环,加剧细胞内氧化应激微环境[18]。相比之下,细胞对ROS的抵抗是由多种抗氧化分子和酶介导的,包括GSH依赖的抗氧化系统。GSH是一种抗氧化剂,能够清除体内的氧自由基,从而减少氧化应激造成的损害[19]。因此,在心肌缺血/再灌注损伤期间谷胱甘肽的上调可能会减轻氧自由基对心肌细胞造成的损害,并降低再灌注损伤的程度。本研究结果显示,OGD/R诱导的H9c2细胞中,GSH含量降低,而MDA和Fe2+含量升高,且线粒体出现体积缩小、嵴的数量急剧减少、结构模糊甚至完全消失及外膜破裂等现象。提示OGD/R诱导了H9c2细胞铁死亡。而IGF2BP2下调能抑制MDA和Fe2+水平,并促进GSH的生成,恢复线粒体的正常结构,提示IGF2BP2下调可抑制OGD/R诱导的H9c2细胞铁死亡。

GPX4、SLC7A11和ACSL4是铁死亡过程中的关键调控因子[20]。GPX4在通过抑制脂质过氧化来保护细胞膜的完整性[21]。有研究显示,GPX4的活性降低会导致心肌细胞的铁死亡,而其活性的恢复则可以减轻心肌损伤[22]。SLC7A11是构成Xc-转运系统结构的一个组成部分,并且其转录受到肿瘤抑制因子p53的抑制。SLC7A11的过度表达能够抑制ROS诱导的铁死亡[23]。ACSL4则通过促进脂质过氧化物的形成,推动铁死亡的发生[24]。研究表明,GPX4/SLC7A11/ACSL4信号轴介导的铁死亡与AMI病理进程密切相关。有研究发现替莫唑胺对OGD/R诱导的H9c2细胞铁死亡有抑制作用,替莫唑胺通过激活Nrf2/GPX4/SLC7A11信号通路来减轻OGD/R介导的铁死亡[25]。诺比利汀可以抑制缺氧再灌注诱导的H9c2细胞损伤,机制上通过抑制ACSL4介导的细胞铁死亡介导[26]。臭氧预处理通过Nrf2/GPX4/SLC7A11信号通路保护心肌免受缺血/再灌注损伤,凸显了臭氧作为新型冠状动脉疾病治疗方法的潜力[27]。本研究结果显示,IGF2BP2下调促进了OGD/R诱导的H9c2细胞GPX4和SLC7A11蛋白的表达,而抑制了细胞ACSL4蛋白水平。提示IGF2BP2下调可通过调控GPX4/SLC7A11/ACSL4信号轴抑制OGD/R诱导的H9c2细胞铁死亡。

本研究将IGF2BP2与心肌细胞铁死亡联系起来。此前的研究多集中于IGF2BP2在肿瘤或糖尿病中的作用,而其在心肌缺血再灌注损伤中,特别是通过铁死亡通路的作用尚属空白。本发现与Wang等[28]的研究形成了互补,他们发现氧化应激通过IGF2BP2-dynamin2通路影响线粒体能量代谢,而本研究则揭示了IGF2BP2在调控脂质过氧化和铁死亡中的新功能。此外,多项研究已发现调控GPX4/SLC7A11/ACSL4轴能够减轻心肌损伤[25-27],但上游的调控因子,尤其是像IGF2BP2这样的RNA结合蛋白,仍不明确。本研究提出IGF2BP2是该信号轴的一个关键上游调控因子,这为理解AMI的分子机制提供了新的视角。从治疗策略上看,靶向IGF2BP2可能能够同时影响多个铁死亡关键环节,相比单一靶点可能具有更优的疗效,这为开发新的AMI治疗药物提供了有价值的理论依据和潜在靶点。

综上所述,本研究发现IGF2BP2是OGD/R诱导心肌细胞铁死亡的关键调控因子,靶向抑制IGF2BP2及其介导的铁死亡通路可能成为治疗AMI的新策略。

利益冲突声明:本文所有作者均声明不存在利益冲突。

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IGF2BP2 mediates ferroptosis in OGD/R-induced H9c2 cells via the GPX4/SLC7A11/ACSL4 signaling axis

GUO Daotong ZHANG Zonglei MENG Fanhua CHENG Yuntao

Department of Cardiology, Affiliated Hospital of Jining Medical University, Shandong Province, Jining 272000, China

[Abstract] Objective To investigate the role of insulin-like growth factor 2 mRNA binding protein 2 (IGF2BP2) in ferroptosis in H9c2 cells under oxygen-glucose deprivation/reperfusion (OGD/R) and its underlying mechanism.Methods An H9c2 cell injury model was established by OGD/R. The cells were divided into control group, OGD/R group,OGD/R + si-NC group, and OGD/R + si-IGF2BP2 group. Cell proliferation and apoptosis were assessed by CCK8 and flow cytometry, respectively. The levels of reduced glutathione (GSH), malondialdehyde (MDA), and ferrous ions (Fe2+)were measured using biochemical kits. Mitochondrial morphology changes were observed by transmission electron microscopy. The levels of IGF2BP2 protein and ferroptosis-related proteins glutathione peroxidase 4 (GPX4), solute carrier family 7 member 11 (SLC7A11), and acyl-CoA synthetase long-chain family member 4 (ACSL4) were detected by Western blot. Results Compared with the control group, the proliferation activity of cells in the OGD/R group decreased, while the apoptosis rate increased, the content of GSH in the cells decreased, while the contents of MDA and Fe2+ increased (P<0.05); the mitochondria showed phenomena such as volume reduction, a sharp decrease in the number of cristae, blurred structure, even complete disappearance, and rupture of the outer membrane; the protein expressions of GPX4 and SLC7A11 in the cells decreased, while the protein levels of IGF2BP2 and ACSL4 increased (P<0.05). Compared with the OGD/R group, the proliferation activity of cells in the OGD/R + si-IGF2BP2 group increased while the apoptosis rate decreased, the GSH content in the cells increased while the MDA and Fe2+contents decreased (P<0.05); the mitochondrial structure returned to normal; the protein expressions of GPX4 and SLC7A11 in the cells increased, while the protein levels of IGF2BP2 and ACSL4 decreased (P<0.05). Conclusion Downregulation of IGF2BP2 alleviates OGD/R-induced H9c2 cell injury by inhibiting ferroptosis, likely through regulating the GPX4/SLC7A11/ACSL4 signaling axis.

[Key words] IGF2BP2; Oxygen-glucose deprivation/reperfusion; H9c2 cells; Ferroptosis

[中图分类号] R587.2

[文献标识码] A

[文章编号] 1673-7210(2026)02(b)-0067-07

DOI:10.20047/j.issn1673-7210.25081422

[基金项目] 山东省济宁市重点研发计划项目(2024 YXNS022)。

[作者简介] 郭道通(1990.6-),男,硕士;研究方向:急性心肌梗死的临床与基础研究。

收稿日期:2025-08-21)

修回日期:2025-11-11)

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