槲皮素通过SIRT3/AMPK信号通路抑制铁死亡来减轻氧化低密度脂蛋白诱导的内皮损伤
《Toxicology Mechanisms and Methods》：Quercetin attenuates ox-LDL-induced endothelial injury by regulating ferroptosis via the SIRT3/AMPK signaling pathway
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时间：2026年03月29日
来源：Toxicology Mechanisms and Methods 2.7
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心血管疾病是全球头号死因，而动脉粥样硬化的始动环节是内皮功能障碍。氧化低密度脂蛋白(Ox-LDL)是诱导内皮损伤的关键因素，其机制与铁死亡等程序性细胞死亡相关。本研究针对槲皮素(Quercetin)能否通过调控铁死亡保护内皮细胞这一问题，在体外模型中系统探究了其作用及机制。结果表明，槲皮素处理可显著改善人脐静脉内皮细胞(HUVECs)的活力，减少凋亡，并通过上调SIRT3表达和AMPK磷酸化，调控GPX4、SLC7A11、ACSL4等铁死亡相关蛋白，从而抑制Ox-LDL诱导的氧化损伤和铁死亡。该研究首次揭示了槲皮素通过SIRT3/AMPK通路抑制内皮细胞铁死亡的新机制，为基于天然产物的心血管保护策略提供了新的理论依据。
心血管疾病，特别是动脉粥样硬化，是现代社会中人类健康的主要威胁之一。血管内壁的内皮细胞如同守护血管健康的“守门人”，当其功能受损，就会引发一系列连锁反应，最终导致斑块形成和心血管事件。在众多“破坏分子”中，氧化低密度脂蛋白(Ox-LDL)臭名昭著，它能诱导内皮细胞产生大量活性氧(ROS)，引发氧化应激，并激活多种程序性细胞死亡通路。近年来，一种名为“铁死亡”的新型细胞死亡方式浮出水面，它以铁离子依赖的脂质过氧化物过度累积为特征，被发现与动脉粥样硬化的发生发展密切相关。那么，能否找到一种“盾牌”，来抵御Ox-LDL的攻击，并阻断铁死亡这条通路呢？
大自然或许已经给出了答案。槲皮素，一种广泛存在于洋葱、苹果等果蔬中的天然黄酮类化合物，因其卓越的抗氧化、抗炎特性而备受关注。先前研究多集中于其广泛的抗氧化作用，但它在动脉粥样硬化背景下，是否能特异性地通过调控铁死亡来保护内皮细胞，其具体作用机制又是什么，尚不明确。为了解开这些谜题，研究人员在《Toxicology Mechanisms and Methods》期刊上发表了一项研究，系统探讨了槲皮素对Ox-LDL诱导的内皮细胞损伤的保护作用及其分子机制。
研究人员采用了多项关键技术来验证其科学假设。研究以人脐静脉内皮细胞(HUVECs)为模型，建立了Ox-LDL诱导的细胞损伤体系。通过细胞计数试剂盒-8(CCK-8)法检测细胞活力，末端脱氧核苷酸转移酶dUTP缺口末端标记(TUNEL)法检测细胞凋亡。利用2′,7′-二氯二氢荧光素二乙酯(DCFH-DA)探针检测细胞内ROS水平，并使用商品化试剂盒测定丙二醛(MDA)、谷胱甘肽(GSH)、亚铁离子(Fe2+)和一氧化氮(NO)含量，以评估氧化应激和铁死亡相关指标。通过蛋白质印迹法(Western blot)分析了SIRT3、AMPK及其磷酸化形式(p-AMPK)，以及铁死亡关键蛋白谷胱甘肽过氧化物酶4(GPX4)、溶质载体家族7成员11(SLC7A11)和长链脂酰辅酶A合成酶4(ACSL4)的表达水平。为了验证通路的必要性，研究还采用了SIRT3的小干扰RNA(siRNA)敲低技术和AMPK抑制剂Compound C进行功能丧失实验。
研究结果
1. 槲皮素对Ox-LDL诱导的HUVECs损伤具有剂量依赖性保护作用
研究人员首先进行了剂量效应分析。他们发现，高浓度(50 μM)槲皮素本身对细胞有毒性，而25 μM槲皮素在单独处理时对细胞活力无影响。用不同浓度Ox-LDL处理细胞后，100 μg/mL的Ox-LDL能将细胞活力降低至对照组的50%-60%，因此被选为造模浓度。在Ox-LDL存在的情况下，槲皮素呈剂量依赖性地恢复细胞活力，其中25 μM浓度保护效果最佳。因此，后续实验均采用25 μM槲皮素和100 μg/mL Ox-LDL。
2. 槲皮素减轻Ox-LDL诱导的HUVECs损伤
与对照组相比，Ox-LDL处理显著降低了HUVECs在24、48和72小时的细胞活力，并显著增加了TUNEL阳性细胞比例（即凋亡细胞）。而槲皮素预处理能显著逆转Ox-LDL引起的细胞活力下降和细胞凋亡增加。
3. 槲皮素减少Ox-LDL处理的HUVECs中的氧化应激和铁死亡相关改变
Ox-LDL处理导致了典型的氧化应激和铁死亡表型：MDA（脂质过氧化产物）和细胞内Fe2+水平显著升高，抗氧化剂GSH和血管舒张因子NO水平显著降低，细胞内ROS荧光强度剧烈增强。在蛋白质水平，Ox-LDL下调了抗铁死亡蛋白GPX4和SLC7A11的表达，而上调了促铁死亡蛋白ACSL4的表达。槲皮素处理有效逆转了所有这些变化，显著降低了MDA、Fe2+和ROS水平，提升了GSH和NO水平，并上调了GPX4和SLC7A11、下调了ACSL4的蛋白表达。
4. 槲皮素通过激活SIRT3/AMPK通路增强HUVECs细胞活力并减少凋亡
机制探索发现，Ox-LDL处理降低了SIRT3蛋白水平和AMPK的磷酸化(p-AMPK)，但不影响总AMPK水平。槲皮素处理则能显著上调SIRT3表达并增强AMPK磷酸化。当使用siRNA敲低SIRT3后，槲皮素对AMPK的激活作用被取消。同时，SIRT3敲低也逆转了槲皮素带来的细胞活力提升和凋亡减少的保护效应。
5. SIRT3敲低逆转槲皮素诱导的HUVECs氧化应激和铁死亡相关标志物变化
在敲低SIRT3的情况下，槲皮素对氧化应激和铁死亡相关指标的改善作用几乎完全被抵消。与槲皮素单独处理或槲皮素加对照siRNA处理组相比，Qu+si-SIRT3组的MDA和Fe2+水平回升，GSH和NO水平回落，ROS荧光强度再次增强。同时，GPX4和SLC7A11的蛋白表达下降，而ACSL4的表达回升。
6. AMPK抑制减弱槲皮素对Ox-LDL诱导的内皮损伤的保护作用
为了进一步确认AMPK活性的必要性，研究使用了AMPK抑制剂Compound C。结果显示，抑制AMPK后，槲皮素提升细胞活力、减少细胞凋亡的保护作用被显著削弱。在分子层面，Compound C处理降低了AMPK磷酸化，但未影响SIRT3的表达，支持了SIRT3位于AMPK上游的层级关系。同时，AMPK抑制也逆转了槲皮素对氧化应激指标（MDA、GSH、Fe2+、NO、ROS）的改善作用，以及对铁死亡相关蛋白（GPX4、SLC7A11、ACSL4）的表达调控。
研究结论与意义
本研究通过系统的体外实验证实，天然化合物槲皮素能够有效保护人脐静脉内皮细胞，抵御Ox-LDL诱导的细胞损伤。其保护作用不仅体现在提高细胞活力和减少凋亡，更深入到抑制一种新型程序性细胞死亡——铁死亡。在机制上，研究首次绘制出一条清晰的信号通路：槲皮素→上调SIRT3→激活AMPK→调控铁死亡关键蛋白（上调GPX4/SLC7A11，下调ACSL4）→抑制脂质过氧化和铁堆积→最终保护内皮细胞。SIRT3基因敲低和AMPK药理抑制实验均证明，这条通路的完整性对于槲皮素发挥保护效应是必需的。
该研究的突破性意义在于，它将槲皮素这一经典抗氧化剂的作用机制，从普遍的“抗氧化”层面，精准定位到了一个特定的信号通路（SIRT3/AMPK）和一个特定的细胞死亡程序（铁死亡）上。这超越了以往对槲皮素作用的认识，为理解天然产物如何精确调控细胞命运提供了新范例。从转化医学视角看，这项研究为动脉粥样硬化的防治提供了新的思路和靶点。SIRT3/AMPK通路的激活以及铁死亡的抑制，有望成为延缓血管内皮老化、稳定动脉斑块的新策略。槲皮素本身作为膳食来源的天然产物，其安全性较高，这项研究为其开发成为心血管保护性膳食补充剂或先导化合物增添了坚实的科学依据。未来，研究人员可以在此基础上，探索如何提高槲皮素的生物利用度，或设计特异性激活SIRT3/AMPK通路的新分子，从而为抗击心血管疾病这一全球健康头号杀手，提供更锐利的“自然武器”。
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