17q21.31基因座H1单倍型通过内溶酶体通路介导铁死亡易感性的机制研究

《Cell Death & Disease》：Chr:17q21.31 locus risk haplotype H1 susceptibility to ferroptosis is mediated by endolysosomal pathway

本研究针对17q21.31基因座H1单倍型在神经退行性疾病中的风险机制，通过构建轻度慢性氧化应激模型，首次揭示H1神经元易感性源于铁死亡途径的激活，并阐明内溶酶体通路的关键调控作用。研究人员利用iPSC来源的神经元进行高通量药物筛选及多组学分析，发现FDA批准药物可逆转H1神经元的铁死亡表型，为神经退行性疾病的精准治疗提供新靶点。

　　

神经退行性疾病（NDs）如阿尔茨海默病、帕金森病等，已成为全球第二大死亡原因，其发病机制与遗传因素和环境应激的复杂交互作用密切相关。全基因组关联研究（GWAS）反复证实，人类17号染色体q21.31区段（chr:17q21.31）的H1单倍型是多种NDs的显著风险因子，但其具体分子机制至今未明。该区域基因组结构复杂，存在大片段的倒位变异和大量单核苷酸多态性（SNP），且包含多个功能基因（如MAPT、CRHR1、NSF等），导致因果基因的鉴定困难重重。另一方面，氧化应激（OS）是NDs病理过程中的核心环节，然而传统研究多采用急性高浓度氧化应激模型，与疾病慢性进展的特征不符。因此，在遗传背景与慢性环境应激的交互框架下解析H1单倍型的风险机制，成为领域内亟待解决的关键科学问题。

为攻克这一难题，Eldem Sadikoglou等研究人员在《Cell Death and Disease》发表了题为“Chr:17q21.31 locus risk haplotype H1 susceptibility to ferroptosis is mediated by endolysosomal pathway”的研究。他们利用健康捐赠者来源的诱导多能干细胞（iPSC）分化为神经前体细胞（NPC）及成熟神经元，构建了轻度慢性氧化应激（MCOS）模型——通过持续1.5个月去除培养基中的抗氧化剂（AO）来模拟NDs中的慢性应激状态。研究团队采用高通量药物筛选（FDA批准化合物库）、活细胞时序成像、转录组测序（RNA-seq）及细胞形态学定量分析（Cell Painting）等技术，系统比较了H1、H2纯合及H1/H2杂合单倍型神经元的表型差异。

关键实验方法概述

研究使用HipSci库提供的健康捐赠者iPSC系（每种单倍型3个独立生物学重复），通过小分子诱导分化为NPC，并利用Neurogenin 2（NGN2）慢病毒转导促进神经元分化。MCOS模型通过长期无抗氧化剂培养实现，药物筛选在96孔板中进行，采用Calcein-AM染色及高内涵成像系统定量神经元存活率。转录组分析使用纳米孔长读长测序技术，差异表达基因（DEG）通过DESeq2鉴定，通路富集分析涵盖Gene Ontology、KEGG、Reactome等数据库。溶酶体与活性氧（ROS）动力学研究采用特异性荧光探针（如pHLys-Red、Liperfluo）进行纵向活细胞监测。

H1单倍型对MCOS的差异敏感性

通过Calcein-AM活性检测发现，在MCOS条件下，H1神经元存活率显著低于H2（p<0.0002），且神经毒性随AO剥夺时间延长而加剧（图1A）。

活细胞成像显示H1神经元轴突出现大量囊泡样膨大（blebs），与微管结构紊乱区域重叠（图1B-D），且死亡过程呈现时空传播的波样特征，符合铁死亡的典型模式（补充视频vS01-vS04）。

铁死亡作为关键死亡机制的证据

FDA库筛选发现，铁死亡抑制剂（如Deferasirox、Zileuton）可有效挽救H1神经元死亡，而凋亡或自噬抑制剂无效。结构相似性分析将活性化合物聚类为12类，文本挖掘富集分析显示，脂质代谢与铁死亡通路是主要靶点（图2E）。

剂量反应曲线（DRC）和总轴突长度（TAL）分析进一步验证了49种化合物在保护神经元形态与功能方面的有效性（图3A-B）。

内溶酶体通路的核心作用

细胞形态学定量分析（Cell Painting）显示，溶酶体数量在MCOS处理的H1神经元中显著增加（图4F-H），且主成分分析（PCA）中溶酶体相关特征贡献度突出（图4B-E）。

转录组分析发现，H2神经元中ARL17A（一种小GTP酶）表达显著上调，其互作蛋白网络富集于内吞作用与溶酶体运输通路（图5F）。差异表达基因富集分析进一步证实，H1与H2单倍型在谷胱甘肽代谢、铁-硫簇蛋白氧化及内溶酶体通路方面存在显著差异（图5G-J）。

ROS与溶酶体动力学的单倍型差异

纵向研究表明，H1神经元在分化早期（第3天）即出现ROS加速积累，而H2延迟至第6天（图6E-F）。溶酶体数量在H1中响应更剧烈，且动态变化时间点早于H2（图6H-I），提示H1单倍型内溶酶体稳态更易被破坏。

结论与意义

本研究首次在遗传背景与慢性应激交互框架下，证实17q21.31基因座H1单倍型通过内溶酶体通路调控铁死亡易感性。这一发现不仅解释了H1单倍型为何广泛关联于多种NDs，还为精准医学提供了新思路：针对内溶酶体-铁死亡轴的治疗策略（如ARL17A激动剂或溶酶体稳态调节剂）可能对H1携带者具有特异性疗效。此外，研究建立的MCOS模型与多模态分析平台，为复杂疾病遗传机制的功能解析提供了范式。