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【研究背景】
热射病（Heatstroke, HS）即重症中暑，是以核心温度升高超过 40℃和中枢神经系统异常为特征，常伴有多器官功能障碍综合征（multiple organ dysfunction syndrome，MODS），严重危及患者生命[1]。劳力型热射病（Exertional heatstroke，EHS）是 HS 最严重的一种类型，多见于在高温高湿环境下长时间进行高强度体力活动的青壮年，如军人、消防员、运动员以及工人等职业群体，救治难度大，病死率可高达60%以上[2-3]。EHS特征性高发横纹肌溶解综合征（rhabdomyolysis, RM），RM严重影响EHS患者预后[4-5]。然而，EHS并发 RM 发病机制不明，缺乏有效精准救治手段。因此，研究 EHS 并发RM 发病机制，期望为EHS并发RM患者精准治疗提供参考依据。
【研究成果】
2022年3月4日，来自南方医科大学检验与生物技术学院马强研究员与浙江大学医学院/公共卫生学院王福俤教授在Journal of Cachexia, Sarcopenia and Muscle（JCSM，影响因子12.9）上共同通讯发表了题为“ACSL4 contributes to ferroptosis-mediated rhabdomyolysis in exertional heat stroke”研究论文[6]。
该成果揭示铁死亡是EHS条件下RM的重要发病机制，ACSL4在促进骨骼肌细胞铁死亡过程中发挥关键作用，Hippo通路下游效应因子YAP/TEAD1/TEAD4调控ACSL4转录表达，进而诱导骨骼肌发生铁死亡。
论文全文免费下载链接：
http://doi.org/10.1002/jcsm.12953
论文Online首页截图
【研究结果】
1.EHS小鼠腓肠肌中铁死亡相关标志物显著上调。
图1A显示EHS发生后6小时腓肠肌出现严重病理性溶解。作者基于转录组测序数据（图1-1C）进行了KEGG分析和GO分析效应通路，结果显示，铁死亡相关通路在RM组织中显著上调。作者进一步通过透射电镜观察到EHS小鼠腓肠肌组织中线粒体嵴消失、外膜破裂的铁死亡超微形态学特征（图1D）；铁死亡标志物Ptgs2 mRNA在EHS小鼠腓肠肌显著上调（图1E）；PE（18：0/22：4+1[O]），在EHS小鼠中出现上调（图1F）。脂质过氧化代谢产物，丙二醛（MDA）、12-羟基二十碳四烯酸（12-HETE）和15-羟基二十碳四烯酸（15-HETE），在EHS小鼠中上调，且在中暑后6小时达到峰值（图1G-1I）。EHS小鼠腓肠肌组织非血红素铁水在中暑后24 小时有明显累积且在6小时出现峰值（图1J）。
图1 来自论文Figure 1
2. Ferrostatin-1可明显抑制EHS小鼠骨骼肌损伤和脂质过氧化水平。
EHS小鼠RM的峰值在中暑发生后的6h, 因此选择6h 作为研究观测的时间点（详见原文Figure S1a-1b)。H&E染色显示EHS实验前2h应用Ferrostatin-1（Fer-1）可明显预防EHS后RM的腓肠肌损伤，表现为EHS后Evans blue渗入细胞膜减少，握力水平提高，血清CK和MB水平降低，相关脂质过氧化物水平降低（图2A-2G）。Fer-1干预对EHS体外细胞模型（ionomycin+heatstress）同样具有有保护作用，表现为LDH释放量的减少（图2H）；C11BODIPY 581/591荧光显示抑制脂质过氧化（图2I）；降低脂质过氧化物水平MDA、5-HETE和15-HETE的水平（图2J-2L）。
图2. 来自论文Figure 2
3.ACSL4抑制剂Rosiglitazone可有效减缓EHS小鼠RM症状以及降低脂质过氧化水平。
为进一步探索EHS小鼠骨骼肌组织中脂质过氧化的关键调控分子，通过进一步的转录组数据进行通路热图分析差异基因，发现ACSL4在铁死亡通路以及脂质代谢合成通路中显著上调（详见原文Figure S2）。WB结果显示ACSL4在EHS后24小时内上调，并在EHS后6小时达到峰值，GPX4表达下调，在6 小时表达最低（图3A）。ACSL4抑制剂罗格列酮（Rosiglitazone，ROSI）可显著减轻EHS所致的骨骼肌损伤，表现为Evans blue渗入减少，小鼠四肢握力增强，血清CK和MB水平降低（图3B-3E和图3G-3H）。ROSI处理恢复了GPX4的表达, 降低了环氧合酶-2（COX2，Ptgs2基因）的表达(图3F)；并降低了MDA，5-HETE水平（图3I-3J）。
图3. 来自论文Figure 3
4.Yap参与调控ACSL4的转录表达
为进一步探索ACSL4的具体分子调控机制，作者通过KEGG功能分析相关的转录调控通路，发现Hippo信号可能在EHS后的RM中发挥重要作用（图4A），在体外实验中，通过免疫荧光确认YAP与细胞核有明显的共定位（图4B-4C）。并进一步通过qPCR实验发现Yap mRNA、ACSL4 mRNA表达水平在EHS小鼠和EHS体外细胞模型（ionomycin+heatstress）均升高（图4D-4E）。并在体内实验中使用YAP-TEAD相互作用抑制剂Verteporfin、体外实验使用si-YAP验证了抑制Yap可有效保护骨骼肌阻组损伤和降低脂质过氧化物水平（详见原文 Figure S10-S11）。在原代成肌细胞中，过表达Yap可增加ACSL4的表达（图4F-4H）。相反，敲低Yap抑制ACSL4的表达（图4I-4K），qPCR结果与WB结果相一致。
图4. 来自论文Figure 5
【成果亮点】
本文在前期制备EHS实验动物模型基础上，证实EHS条件下铁死亡是RM进展的重要发病原因，ACSL4是促进骨骼肌细胞铁死亡过程中的关键分子，Hippo信号通路可能通过ACSL4调控骨骼肌细胞铁死亡进程。这为临床精准救治EHS合并RM患者提供参考依据。
南方医科大学检验与生物技术学院硕士生何思晓为论文第一作者；南方医科大学马强研究员和浙江大学医学院/公共卫生学院王福俤教授为论文共同通讯作者。浙江大学转化医学研究院闵军霞教授参与部分工作。
该项目得到国家自然科学基金委和国家科技部重点研发计划资助。
ACSL4作用原理模式图（来自论文Figure 7）
来源：铁死亡Club
转自：“威斯腾生命科学研究院”微信公众号
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