来自上海交通大学医学院附属第九人民医院骨科种植体重点实验室的Xiao Yang, Yan Chen, Jiadong Guo等多名研究人员发表了题为《Polydopamine Nanoparticles Targeting Ferroptosis Mitigate Intervertebral Disc Degeneration Via Reactive Oxygen Species Depletion, Iron Ions Chelation, and GPX4 Ubiquitination Suppression》的研究成果。在该文章中，研究人员使用了Protease Inhibitor Cocktail (EDTA-Free, 100X in DMSO)（AbMole，M5293）、Phosphatase Inhibitor Cocktail (EDTA-Free)（AbMole，M7528）。
文章深入研究了聚多巴胺纳米粒子（PDA NPs）及其在缓解椎间盘退变（IVDD）中的作用。通过多种机制靶向铁死亡，如活性氧（ROS）清除、铁离子螯合以及抑制谷胱甘肽过氧化物酶 4（GPX4）泛素化，PDA NPs 显示出作为一种新型治疗策略的潜力。该研究结合了体外和体内实验，为 PDA NPs 的疗效提供了全面的证据。
由 IVDD 引起的下腰痛是一个重大的全球健康问题，发病率高且经济负担重。铁死亡，一种铁依赖的调节性细胞死亡形式，已被认为与 IVDD 的进展有关。PDA NPs 因其在多种疾病中的 ROS 清除能力而被假设在治疗与 IVDD 相关的铁死亡中具有作用。
1.铁死亡在 IVDD 进展中的作用
对基因表达综合数据库（GEO）中的 GSE56081 数据集进行分析，并在 GSE27494 数据集中进行验证，发现铁死亡参与了 IVDD 的进展。泛素介导的蛋白水解和铁死亡相关途径被突出显示，并且确定了诸如铜蓝蛋白（CP）、铁蛋白、GPX4、血红素加氧酶 1（HOMX1）和转铁蛋白受体（TFRC）等关键基因。对人类 IVDD 样本进行的免疫组织化学分析显示，GPX4 表达降低，泛素增加。
图1 铁死亡与人类椎间盘的进行性退化有关，由基因表达综合 （GEO） 数据库确定。
2. PDA NPs 的特性
制备并表征了 PDA NPs。它们是具有良好分散性的均匀球体，平均流体动力学粒径约为 160 nm，并显示出抗氧化能力。它们能够清除各种 ROS（・OH、O₂・⁻、H₂O₂）并螯合 Fe²⁺和 Fe³⁺离子。
图2 PDA NPs 的表征。
3. 体外 PDA NPs 与 NP 细胞铁死亡
体外研究表明，在安全浓度（0 - 1 µg/mL）下，PDA NPs 可减轻由叔丁基过氧化氢（TBHP）诱导的髓核（NP）细胞的铁死亡。它们能够清除 ROS、螯合 Fe²⁺、减少脂质过氧化物和丙二醛的产生、挽救谷胱甘肽的产生，并增强氧化磷酸化。
图3 PDA NPs 清除活性氧 （ROS） 并螯合 Fe2+离子在体外减轻髓核 （NP） 细胞的铁死亡。
4. GPX4 泛素化的抑制
PDA NPs 抑制了 NP 细胞中 GPX4 的泛素化。它们调节了相关蛋白质和基因的表达，免疫荧光和降解实验证实了它们在维持 GPX4 表达中的作用。
- 细胞摄取和定位
异硫氰酸荧光素（FITC）标记的 PDA NPs 通过内吞作用被吸收，并在 NP 细胞中与线粒体和 GPX4 共定位。它们保护线粒体免受 TBHP 诱导的损伤，并影响细胞呼吸和糖酵解。
- 体内功效
在穿刺诱导的退变大鼠模型中，PDA NPs 减少了铁死亡并缓解了 IVDD。它们增加了相对椎间盘高度指数，降低了组织学评分，并抑制了纤维化和髓核组织的丢失。免疫组织化学和免疫荧光分析表明，PDA NPs 在体内恢复了 GPX4 的表达并抑制了其泛素化。
该研究证实了铁死亡在 IVDD 中的部分作用。PDA NPs 通过三种主要途径发挥作用：清除 ROS 和螯合 Fe²⁺、防止下游过氧化以及抑制 GPX4 泛素化。这导致了体外和体内铁死亡和椎间盘退变的抑制。PDA NPs 与 GPX4 之间的联系，包括内吞作用和线粒体共定位，是一个关键发现。然而，未来的研究应侧重于优化剂量并探索更可持续的纳米粒子。
PDA NPs 通过靶向铁死亡为治疗 IVDD 提供了一种新策略。它们通过多种机制协助维持细胞内稳态并拮抗氧化应激诱导的 NP 细胞铁死亡。这项研究为蛋白质 - 材料相互作用提供了新的见解，并为临床 IVDD 治疗提供了一个潜在的靶点。
该研究涉及基因表达数据集的生物信息学分析、PDA NPs 的制备和表征、细胞培养和活力测定、体内动物模型以及各种技术，如免疫组织化学、免疫荧光、蛋白质印迹和电子显微镜，以评估 PDA NPs 对 IVDD 和铁死亡的影响。
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