Nature Chemical Biology：陈佺等揭示PAFAH2 抑制同步性铁死亡以改善急性肾损伤

2024年1月，南开大学、中国科学技术大学、浙江大学等单位的相关研究人员在《Nature Chemical Biology》（IF: 14.8）上发表了题为“PAFAH2 suppresses synchronized ferroptosis to ameliorate acute kidney injury”的研究论文，为同步性铁死亡提供了机制方面的见解，并为急性肾损伤（AKI）的预防性干预提供了可能性。

亮点概述：

血小板活化因子（PAF）和PAF样磷脂（PAF-LPLs）介导同步性铁死亡，并会加剧缺血/再灌注（I/R）诱导的急性肾损伤（AKI）。
PAF和PAF-LPLs在铁死亡中的出现导致生物膜的不稳定，并发出邻近细胞细胞死亡的信号。
PAF乙酰水解酶（II）（PAFAH2）对铁死亡同步肾小管细胞死亡、肾单位丢失和AKI具有保护作用。

研究背景：

铁死亡是一种受调节的坏死细胞死亡过程，其特征是铁依赖性脂质氢过氧化物的积累。在铁死亡过程中，脂质代谢和铁代谢与氧化还原调节系统交叉。与其他形式的坏死不同，铁死亡倾向于影响功能单元，而不是随机影响单个细胞。这个过程被称为同步细胞死亡。有研究发现，这种非自主的细胞死亡方式会导致肾缺血/再灌注（I/R）引起的肾小管损伤，进而导致肾单位丢失和急性肾损伤（AKI）。濒临死亡的细胞可能会释放出目前尚未表征的死亡信号，这些信号可能会影响邻近细胞的氧化还原能力，从而使其更容易受到铁死亡的影响。

当受到二次自由基攻击和脂肪酰基链的自发重排时，磷脂氢过氧化物可能在新引入的过氧自由基（OO·）处断裂，从而产生大量在亲代磷脂的sn-2位置酯化的具有短脂肪酰基残基的产物。具有短酰基链的截短氧化磷脂（Tr-oxPLs）在结构和功能上与血小板活化因子（PAF；1-o-烷基-2乙酰基-sn-甘油-3-磷酸胆碱）相似，后者是一种参与多种病理生理过程的有效磷脂介质。因此，它们被命名为PAF样磷脂（PAF-LPLs）。这些截短的过氧化脂肪酸可以重新定向酰基链并进入到水性区室中，使其可被脂质酶如PAF乙酰水解酶（II）（PAFAH2）去除。

研究人员首先使用不同类型的PAF和PAF-LPLs与BSA复合后处理细胞，发现它们在多个细胞系中不同程度地降低了细胞活力。而在添加PAF-LPLs之前用各种细胞死亡途径的抑制剂预处理细胞后，发现只有铁死亡抑制剂（Fer-1）和去铁胺（DFO）显著阻断了PAF C16和其他PAF-LPLs诱导的细胞死亡，而其它如细胞凋亡抑制剂没有表现出保护作用，表明PAFs诱导细胞死亡的途径是铁死亡。PAF C16处理的细胞中观察到线粒体断裂和膜的缩合、脂质过氧化的积累增加等铁死亡特征。此外，PAF C16在肾小管中也可诱导显著的同步性铁死亡。

PAF和PAF-LPLs诱导典型的铁死亡

对PAF 和 PAF-LPLs 的脂质组学分析显示，RSL3（铁死亡诱导剂）在铁死亡进展的早期阶段诱导PAF和PAF-LPLs的积累，表明增强的PAF和PAF-LPLs在铁死亡中的先决作用。使用微注射器将 PAF 抗体递送到细胞质中，发现通过PAF和PAF-LPLs的免疫中和可阻断RSL3诱导的细胞死亡，表明PAF和PAF-LPLs是铁死亡的真正发起者。进一步对生物膜通透性的分析发现，PAF和大量PAF-LPLs通过破坏脂质过氧化下游的生物膜完整性和增加膜对水和离子的渗透性来介导铁死亡的发生。

铁死亡过程中PAF浓度的增加增加了膜的渗透性

PAF和PAF-LPLs可以通过微囊泡颗粒（MVP）形式的胞吐作用从氧化损伤的细胞中排出，随后通过内吞作用转运到邻近细胞。有趣的是，当抑制内吞作用时，研究人员观察到由PAF或RSL3诱导的铁死亡作用也被延迟。此外，在分离的肾小管的一端注射PAF可以诱导整个肾小管的同步细胞死亡，而在肾小管的另一端注射PAF抗体可以阻断这种作用。这些结果表明，PAFs可通过更脆弱的细胞分泌到细胞外空间，并可被邻近细胞吞噬，作为传播因子，在培养的细胞和分离的肾小管中加重铁死亡，这可通过添加PAF抗体来阻断。

PAF在细胞群中传播铁死亡

与其他PLA2家族成员不同，PAFAH2是一种位于胞质溶胶中的磷脂酶，对PAF和具有短酰基链的Tr-oxPLs表现出底物特异性。研究人员发现，PAF C16或RSL3可以诱导PAFAH2蛋白水平，而其他脂质代谢酶没有改变。PAFAH2的诱导可能是对氧化应激的特异性适应性反应，以从PAFs中去除短酰基链。随后的实验证实，PAFAH2可通过消除毒性底物（包括PAF和其他氧化碎片磷脂）来抑制铁死亡。

为了进一步确定PAFAH2在AKI中的保护作用，研究人员构建了PAF-AH（II）缺陷型（PAFAH2^-/-）小鼠，发现PAF促进了AKI小鼠肾小管中的同步性铁死亡，而PAFAH2通过在体内和体外消除其底物来发挥保护作用。AKI是一个突出的医学挑战，目前缺乏有效的临床治疗选择。纯化的重组人野生型PAFAH2蛋白（rhPAFAH2）可保护肾脏免受缺血再灌注诱导的同步性铁死亡和肾小管损伤，表明rhPAFHH2是一种有前途的AKI预防性干预策略。