FGF21保护视网膜色素上皮免受碘酸钠引起的损伤：其与抑制铁死亡（Ferroptosis）及NRF2/GPX4通路的相关性

时间：2026年1月23日

来源：Experimental Eye Research

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本研究探究了纤维生长因子21（FGF21）对钠碘酸（NaIO3）诱导的视网膜色素上皮细胞（RPE）损伤的保护作用及其机制，发现FGF21通过调节铁代谢（CD71、FPN1）、减轻脂质过氧化和恢复谷胱甘肽水平抑制铁依赖性细胞死亡（ferroptosis），同时激活NRF2/HO-1抗氧化通路，在体内外均显著改善视网膜结构和功能，为AMD治疗提供新思路。

刘万新|王璐|蒋双

中国锦州锦州医科大学

摘要

年龄相关性黄斑变性（AMD）是导致失明的主要原因之一，视网膜色素上皮（RPE）细胞死亡是其核心病理事件。铁死亡（ferroptosis）是一种依赖铁的调控性细胞死亡形式，最近被发现与RPE的退化有关。尽管成纤维细胞生长因子21（FGF21）在多种情况下表现出细胞保护作用，但其在RPE保护中的具体作用和机制，特别是在铁死亡方面的作用，尚未得到充分研究。本研究探讨了FGF21对碘酸钠（NaIO3）诱导的损伤的保护作用及其潜在机制，重点关注铁死亡过程。体外实验表明，NaIO3处理会导致ARPE-19细胞显著损伤，而FGF21的共同处理能有效缓解这种损伤。FGF21的保护效果与特定的铁死亡抑制剂Ferrostatin-1相当。机制上，FGF21通过调节铁调节因子（CD71和FPN1）的表达，减少脂质过氧化，并恢复谷胱甘肽水平，从而减轻了ARPE-19细胞内的铁过载。机制分析显示，FGF21处理与NRF2和HO-1的上调相关，关键在于抑制了GPX4的下调。在NaIO3诱导的视网膜退化小鼠模型中，FGF21的应用显著保护了视网膜结构，这通过光学相干断层扫描（OCT）和组织学分析得到了证实，表现为外核层和总视网膜厚度的保持。与细胞实验结果一致，FGF21上调了视网膜组织中的GPX4、NRF2和HO-1蛋白表达。我们的发现表明，FGF21能够保护ARPE-19细胞和视网膜免受NaIO3的损伤。其保护作用与关键铁死亡特征的缓解密切相关，并与NRF2/GPX4抗氧化轴的调节有关。本研究为进一步研究FGF21作为治疗铁死亡相关视网膜退行性疾病的潜在药物提供了新的见解和重要的临床前证据。

引言

年龄相关性黄斑变性（AMD）是全球老年人不可逆视力丧失的主要原因之一。随着人口老龄化，其发病率持续上升，给公共卫生带来了重大负担（Fleckenstein等人，2024年）。临床上，AMD分为干性（萎缩性）和湿性（新生血管性）两种类型。尽管抗血管内皮生长因子（VEGF）疗法彻底改变了湿性AMD的管理，但对于能够有效减缓或阻止干性AMD进展的治疗方法仍存在迫切需求，而干性AMD占病例的约85%，目前尚缺乏FDA批准的干预措施（Girgis & Lee，2023年；Trincão-Marques等人，2024年）。因此，阐明干性AMD的发病机制并基于这些机制开发新的神经保护策略是当前的临床优先事项。

视网膜色素上皮（RPE）细胞作为高度分化的有丝分裂后细胞，在维持视网膜稳态中起着不可或缺的作用。它们的功能包括支持感光细胞的存活、促进视觉循环以及调节脉络膜毛细血管与感光细胞之间的物质交换（Lehmann等人，2014年；Strauss，2005年）。由于长期暴露在高氧张力、光辐射和富含多不饱和脂肪酸的环境中，RPE细胞承受着巨大的氧化应激。越来越多的证据表明，RPE细胞功能障碍和死亡是干性AMD的初始事件和核心病理过程（Ferrington等人，2017年；Golestaneh等人，2017年；Kaufmann & Han，2024年）。然而，驱动RPE细胞死亡的确切分子途径尚未完全阐明，这阻碍了有效疗法的开发。

近年来，铁死亡作为一种新定义的调控性细胞死亡形式，在神经退行性疾病和癌症等领域受到了广泛关注（Chen等人，2021年；Ru等人，2023年；Yan等人，2021年）。与其他形式的细胞死亡（如凋亡、坏死和自噬）不同，铁死亡的核心特征是细胞内脂质活性氧物种的积累（Dixon等人，2012年）。其核心机制涉及细胞内亚铁离子（Fe²⁺的异常积累，这些离子通过Fenton反应催化细胞膜上富含多不饱和脂肪酸的磷脂的脂质过氧化，导致有毒脂质过氧化物的大量积累，从而破坏细胞膜的完整性。这一致命过程受到细胞内抗氧化防御系统的严格调控，其中GPX4起着关键屏障作用。GPX4依赖谷胱甘肽（GSH）将脂质过氧化物还原为无害物质；System Xc^-负责吸收半胱氨酸以合成GSH，而FSP1等蛋白质提供独立于GPX4的补偿性保护途径。当这些防御机制——特别是GPX4——失活时，脂质过氧化会失调，引发铁死亡（Liang等人，2022年；D. Tang等人，2021年）。值得注意的是，RPE细胞在生理条件下天然富含脂质和铁——这些正是铁死亡所需的底物和催化剂。多项临床前研究和AMD患者的眼组织分析显示，RPE内铁积累显著增加，脂质过氧化标志物升高（Ito等人，1995年；Katz等人，1993年）。这些线索强烈表明，铁死亡可能是连接AMD风险因素（如氧化应激和铁过载）与RPE细胞丢失的关键途径。因此，靶向抑制铁死亡被认为是一种有前景的新治疗策略，适用于干性AMD（Z. Tang等人，2021年）。

成纤维细胞生长因子21（FGF21）是一种主要由肝脏分泌的循环激素，在应对饥饿等代谢压力时作为葡萄糖和脂质代谢的核心调节因子（Fisher & Maratos-Flier，2016年；Geng等人，2020年）。除了其经典的系统代谢调节作用外，越来越多的证据表明FGF21在心脏、肾脏和神经系统等多种组织中具有直接的细胞保护作用，这些作用通常与减轻氧化应激和激活抗氧化途径（如NRF2）相关（Kawakami等人，2022年；Weng等人，2021年）。在眼科领域，初步研究已经开始探索FGF21的潜在作用，有证据表明其与AMD病理生理学相关（Fu等人，2017年；Fu等人，2021年；Tomita等人，2020年；Zhao等人，2022年）。此外，其功能受体复合物（例如FGFR1/β-Klotho）已在眼部组织中表达（Hsu等人，2024年；Y. Jiang等人，2024年；Reish等人，2013年；Zhang等人，2017年）。尽管已有报道指出FGF21通过调节NRF2/GPX4轴发挥细胞保护作用（Liang等人，2025年；Xu等人，2025年；Yan等人，2024年），但其在保护RPE细胞方面的具体作用和机制，特别是在视网膜退化背景下对抗铁死亡的作用，仍然是一个完全未探索的领域。

基于此背景，我们假设FGF21可能通过抑制铁死亡来保护RPE细胞免受氧化应激引起的损伤。为了验证这一假设，本研究采用了经典的碘酸钠（NaIO3）诱导的ARPE-19细胞损伤模型（广泛用于研究干性AMD相关的氧化RPE损伤和铁死亡）和NaIO3诱导的视网膜退化小鼠模型。我们系统评估了FGF21对ARPE-19细胞存活和视网膜结构的保护作用，并重点探讨了这种保护是否与抑制关键铁死亡特征（包括铁代谢失调和脂质过氧化）相关。同时，我们检查了潜在的分子途径变化，特别是在NRF2/GPX4防御轴方面。我们的研究旨在提供首个将FGF21与抑制RPE细胞铁死亡联系起来的证据，从而为干性AMD提供新的见解和潜在的治疗策略。

细胞培养和处理

人视网膜色素上皮细胞系（ARPE-19）来自美国典型培养收集中心（ATCC）。细胞在含有10%胎牛血清（FBS；Gibco，美国）和1%青霉素-链霉素（Hyclone，美国）的Dulbecco改良Eagle培养基/Nutrient Mixture F-12（DMEM/F12；Hyclone，美国）中培养。所有细胞在37°C、5% CO₂的湿润环境中维持。所有实验均使用传代5至15之间的细胞。

体外损伤模型

FGF21保护ARPE-19细胞免受NaIO3引起的细胞毒性，其保护作用类似于抑制铁死亡

为了建立可靠的RPE损伤体外模型，我们首先用不同浓度的碘酸钠（NaIO3）处理ARPE-19细胞。CCK-8检测显示，24小时后细胞活力显著下降（图1A）。选择了一个导致约50%细胞死亡的浓度用于后续实验，以确保观察保护效果的窗口期。然后我们研究了FGF21缓解这种损伤的潜力。

讨论

本研究首次系统地探讨了成纤维细胞生长因子21（FGF21）在碘酸钠（NaIO3）诱导的损伤模型中对视网膜色素上皮（RPE）细胞和视网膜结构的保护作用，并重点探讨了其与抑制铁死亡之间的潜在关联。我们的数据表明，FGF21可以减轻NaIO3引起的ARPE-19细胞细胞毒性、铁稳态失调、氧化应激和脂质过氧化。