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Introduction
糖尿病视网膜病变（DR）是一种严重的微血管并发症，是全球成年人视力损害或丧失的主要原因。高血糖引起的氧化应激损伤是DR的重要发病机制之一。视网膜神经节细胞（RGC）是将视觉信息编码从光能转化为细胞膜电位传递到脑的唯一神经元，RGC轴突内含有丰富的线粒体，易受到线粒体的氧化损伤，可引起代谢活跃的RGC死亡。氧化应激在RGC死亡模式中的作用，包括引起细胞凋亡，坏死和自噬等。然而，针对以上死亡模式的治疗，只能产生部分神经保护作用，这表明另一种形式的细胞死亡可能导致RGC丢失。
DR引起RGC损伤的分子和细胞机制包括氧化应激、线粒体功能障碍、炎症和谷氨酸神经毒性等，而这些危险因素均与铁死亡有关。铁死亡是一种铁依赖、脂质过氧化驱动的细胞死亡级联反应，它不同于细胞凋亡、自噬等形式的细胞死亡，其主要特征是细胞产生大量ROS、脂质过氧化和铁积累。在1型和2型糖尿病小鼠模型或糖尿病患者视网膜中发现了铁积累现象，这会加剧DR的进展。然而，RGC铁死亡在DR中的研究中尚不明确。
红景天是景天科植物的干燥根和根茎， 广泛分布于喜马拉雅带、 西藏、 中国、 蒙古等地，常作为膳食补充剂。红景天在亚洲国家用于传统医学治疗已有上千年历史。红景天苷（Sal）是从红景天中提取得到的主要有效成分，具有强效抗氧化应激、抗铁死亡、神经保护等多种生物学作用，从而对神经系统、糖尿病等多种相关疾病具有保护作用。然而，目前Sal是否对DR早期RGC损伤具有保护作用尚不清楚。
锦州医科大学基础医学院博士刘文强、刘学政教授、左中夫教授等在这项研究中，通过体内和体外实验，证实了Sal对db/db小鼠和高糖诱导RGC铁死亡具有抑制作用。在分子水平上，通过生物信息学、分子对接、等离子共振（SPR）实验对Sal的作用靶点进行了预测并进行了实验验证。发现HIF1-α可能是Sal起到保护作用的关键机制。在体外实验中使用HIF1-α抑制剂或激活剂进一步证明了Sal可通过抑制HIF1-α/HO-1信号通路挽救RGC铁死亡。该研究结果不仅为DR发病机制提供了新的视角，这对DR早期预防和Sal的药物开发提供了有力支撑。
图1 红景天苷调控HIF-1α/HO-1信号通路抑制糖尿病小鼠RGC铁死亡
Results and Discussion
Sal改善了db/db小鼠的视觉功能
视网膜新生血管形成和血管渗漏增加是DR的典型症状，对此作者进行了眼底照相和FFA检查。结果显示，db/db小鼠在20 w时并未出现视网膜血管迂曲或强荧光区域，提示db/db小鼠未发生明显的新生血管和血管渗漏。研究发现，视觉电生理的改变发生在糖尿病视网膜微血管病变之前。对此，作者进行了FERG检测，FERG中b-wave amplitudes 和Ops是DR早期的敏感指标。结果显示，db/db小鼠在20 w时b-wave amplitudes 和Ops明显降低。然而，经过Sal处理后b-wave amplitudes 和Ops明显增加。以上结果表明，Sal可以有效缓解db/db小鼠视觉功能障碍（图2）。
图2 Sal改善了db/db小鼠的视觉功能
Sal改善了db/db小鼠视网膜神经性病变
糖尿病会引起视网膜微血管和神经组织病变，大量证据表明，在未发生可见的糖尿病视网膜血管性改变之前即存在独立的神经性病变，表现为RGC的凋亡、视网膜厚度变薄等。OCT、HE染色和TUNEL染色结果显示，db/db小鼠视网膜结构紊乱，视网膜厚度和RGC数量明显降低且RGC出现明显凋亡。以上结果提示，在db/db小鼠20 w时并未发生微血管病变，但已经出现了神经性损伤。然而，经过Sal处理后视网膜厚度和RGC数量明显增加，RGC凋亡得到明显抑制。以上结果表明，Sal可以有效缓解db/db小鼠视网膜神经性病变（图3）。
图3 Sal改善了db/db小鼠视网膜神经性病变
Sal减轻了db/db小鼠RGC铁死亡
铁死亡作为一种新兴的铁依赖性的死亡方式，但在DR中的作用尚不清楚。铁死亡最具代表性的特征是线粒体的形态学变化。TEM结果显示，db/db小鼠RGC线粒体收缩，膜密度增加，嵴减少。然而经过Sal处理后RGC线粒体相对正常，嵴较清晰。Fe2+在铁死亡起始过程中起着关键作用。因此，作者检测了视网膜Fe2+水平的变化，发现db/db小鼠视网膜Fe2+浓度明显增加。然而，Sal显著逆转了Fe2+水平的降低。GPX4酶在细胞内是唯一一个用于脂质体过氧化物还原的谷胱甘肽过氧化物酶，SLC7A11是特异性的氨基酸转运蛋白，也是铁死亡的关键调节蛋白。SLC7A11的下调可通过抑制半胱氨酸代谢通路，导致细胞内胱氨酸水平降低和GSH生物合成耗竭，间接抑制GPX4的活性，进而导致脂质过氧化物堆积，最终诱导细胞发生铁死亡。Western blot和免疫组化结果显示，db/db小鼠视网膜GPX4、SLC7A11表达明显下调。然而经过Sal处理后能上调GPX4、SLC7A11的表达。以上结果表明，铁死亡是db/db小鼠RGC损伤的重要病理过程，Sal可以有效抑制db/db小鼠RGC铁死亡（图4）。
图4 Sal减轻了db/db小鼠RGC铁死亡
Sal降低了HG诱导的原代RGC线粒体损伤和铁死亡
线粒体功能通常由线粒体膜电位（MMP）评估，通过JC-1染色检测，JC-1在正常线粒体聚集呈现红色荧光，而JC-1在线粒体损伤、膜电位降低时成单体呈现绿色荧光。MMP水平与红/绿色荧光比值成正比。HG诱导后原代RGC MMP水平明显降低，而Sal和Fer-1处理显著提高了MMP水平。橙色铁探针，可以与活细胞中Fe2+发生特异性反应，用于观察Fe2+的积累。作者发现HG诱导后原代RGC中Fe2+水平明显增加，而Sal和Fer-1处理显著降低了Fe2+积累。透射电镜（TEM）结果显示，HG诱导后原代RGC线粒体收缩，膜密度增加，嵴减少。而Sal和Fer-1处理后原代RGC线粒体相对正常，嵴较清晰。Western blot结果显示，HG诱导后原代RGC GPX4、SLC7A11表达明显下调。而Sal和Fer-1处理后能上调GPX4、SLC7A11的表达。以上结果表明，Sal降低了HG诱导的原代RGC线粒体损伤和铁死亡（图5）。
图5 Sal降低了HG诱导的原代RGC线粒体损伤和铁死亡
HIF-1α可能是Sal发挥有益作用的机制之一
为了分析Sal发挥有益作用的潜在机制，作者应用生物信息学分析和分子对接实验进行了Sal靶点预测。结果显示，HIF-1α可能是Sal发挥有益作用的关键靶点。进一步应用分子对接实验发现，Sal与HIF1α的结合能为-5.6 kcal/mol，证明具有较好的结合作用。此外，通过SPR证实Sal与HIF1α体外能发生直接相互作用。
大量研究表明，HIF-1α与铁死亡密切相关。为了进一步验证HIF-1α在小鼠视网膜内的定位以及Sal对其的调控作用，作者应用免疫荧光双标将HIF-1α和RGC标记，结果发现，HIF-1α与RGC大量共存，在db/db小鼠视网膜HIF-1α表达明显增加，而经过Sal处理后HIF-1α表达明显下调。以上结果表明，HIF-1α可能与RGC铁死亡密切相关，可能是Sal发挥有益作用的机制之一（图6）。
图6 HIF-1α可能是Sal发挥有益作用的机制之一
Sal通过HIF-1α/HO-1途径抑制HG诱导的原代RGC铁死亡
在体内，作者观察到HIF-1α似乎在db/db小鼠视网膜损伤中起调节作用。HO-1是一种II期酶，可将血红素代谢成胆绿素/胆红素，一氧化碳和Fe2+。HO-1是铁死亡原因的关键介质，是HIF-1α重要靶基因之一。为了确定HIF-1α/HO-1途径是否是Sal发挥有益作用的潜在机制，作者利用原代RGC进行了体外实验。作者在HG或Sal处理原代RGC前用不同浓度HIF-1α抑制剂PX-478和激活剂CoCl2预处理，并依据CCK-8和LDH释放试验筛选PX-478 和CoCl2最佳浓度。作者发现Sal和PX-478 能显著促进GPX4和SCL7A11的表达。然而，CoCl2消除了Sal的抗铁死亡作用。
图 7 Sal通过HIF-1α/HO-1途径抑制HG诱导的原代RGC铁死亡
Conclusion
本研究表明，Sal对db/db小鼠视网膜损伤或HG处理的原代RGC损伤具有神经保护作用，进一步研究发现Sal通过抑制HIF-1α/HO-1途径介导的RGC铁死亡发挥神经保护作用。研究表明，Sal可以降低db/db小鼠血糖水平，降低视网膜厚度，增加RGC数量。有趣的是，Sal能抑制db/db小鼠RGC铁死亡。此外，Sal减少了db/db小鼠视网膜或HG诱导的原代RGC过度ROS积累和MDA形成，同时增加了抗氧化酶SOD和GSH的产生，并上调了抗铁死亡蛋白GPX4和SCL7A11的表达，进而抑制了RGC铁死亡。为了进一步探讨Sal抑制RGC铁死亡的机制，作者通过生物信息学技术、分子对接、等离子共振（SPR）实验预测并证实了Sal的直接作用靶点为HIF-1α。进一步体外实验结果表明，HIF-1α抑制剂可以抑制HG诱导的原代RGC铁死亡，然而HIF-1α激活剂CoCl2可以逆转Sal的保护作用。这些结果表明，Sal至少部分通过抑制HIF-1α介导的RGC铁死亡从而缓解db/db小鼠视网膜损伤或HG诱导的原代RGC损伤。
第一作者简介
刘文强，男，西安交通大学在读博士，现为锦州医科大学实验师，主要研究方向为糖尿病视网膜病变和糖尿病认知功能障碍的防治及机制研究。目前主持辽宁省教育厅青年项目1 项，参与国家自然科学基金、辽宁省科技厅项目等多项，在国内外期刊公开发表学术论文6 篇，其中SCI收录2 篇（其中中科院1区1 篇，中科院2区1 篇），中文核心期刊论文4 篇。
通信作者简介
刘学政，国家二级教授，博士（博士后），博士研究生（博士后）指导教师。国务院政府特殊津贴专家，辽宁省首批特聘教授，辽宁省教学名师，辽宁省优秀专家，辽宁省首批百千万人才工程百人层次人才，辽宁省青年科技奖获得者。现任教育部高等学校医学人文素养与全科医学教学指导委员会委员，中国解剖学会第十六届理事会党委书记，中国解剖学会第十六届理事会副理事长，中国解剖学会第十六届理事会教育与继续教育工作委员会主任委员，辽宁省医学会医学教育学分会第七届委员会主任委员。长期致力于糖尿病视网膜病变的发病机制及临床治疗，先后主持国家自然科学基金2 项，辽宁省高校重大实验平台项目、辽宁省科技厅重点项目等各类科研课题20多项。获得国家级科技成果1 项，省级科技成果11 项，获得科技进步奖11 项，其中辽宁省科技进步一等奖1 项，二等奖3 项、三等奖3 项，以第一作者或通信作者在学术杂志上发表论文百余篇。
左中夫，锦州医科大学基础医学院人体解剖学教研室主任，研究生学院副院长。2011年获得空军军医大学博士学位。人体解剖学与数字解剖学分会副主任委员，中国解剖学会教育与继续教育工作委员会副秘书长，中国解剖学会青年工作委员会委员，辽宁省医学会医学教育学分会第七届委员会青年委员会委员兼秘书，辽宁省解剖学会常务理事。系辽宁省百千万人才工程千人层次人才，辽宁省教学名师，辽宁省优秀教师，辽宁省“校园先锋示范岗”个人，锦州医科大学青年骨干教师、青年拔尖人才、教书育人标兵、教学标兵。主要研究方向为糖尿病中枢神经系统病变机制及防治研究，主持国家级课题2 项，省部级课题9 项，获辽宁省科技进步二等奖1 项，锦州市青年科技奖1 项。编写教材与专著9 部，主编及副主编各1 部。曾获全国高校（医学类）微课教学比赛一等奖，第七届全国高等医学院校青年教师教学比赛二等奖，第三届全国基础医学青年教师讲课大赛二等奖，第一届、第二届全国解剖学教学大赛二等奖，辽宁省高校教师创新教学大赛一等奖。在国内外期刊公开发表学术论文20余篇，其中SCI收录15 篇，中文核心期刊论文5 篇。
Salidroside alleviates ferroptosis of retinal ganglion cells in db/db mice
Wenqiang Liua,b, Anqi Liua, Yufei Wanga, Shengxue Yub, Chuang Fenga, Wanpeng Liub, Yan Fanga, Jing Lib, Hongdan Yub, Jiayou Liub, Wenjuan Wangb, Jiayuan Dinga, Pan Lüc, Lipan Zhaoc, Linqin Luod, Xuezheng Liua,b,*, Zhongfu Zuoa,b,*
a Department of Anatomy, School of Basic Medicine, Jinzhou Medical University, Jinzhou 121001, China
b Liaoning Key Laboratory of Diabetic Cognitive and Perceptive Dysfunction, Jinzhou Medical University, Jinzhou 121001, China
c Tianjin Medical University Cancer Institute and Hospital, National Clinical Research Center for Cancer, Tianjin 300202, China
d Xi’an Jiaotong University Health Science Center, Xi’an 710061, China
*Corresponding authors.
Abstract
Salidroside (Sal), is one of the important food supplements from the traditional Chinese medicine Integripetal rhodiola herb, encapsulating significant anti-oxidative stress, anti-ferroptosis, and neuroprotective attributes. Notwithstanding these latent virtues, the ramifications of Sal on retinal ganglion cells (RGCs) impairment during the incipient stages of diabetic retinopathy (DR) remain equivocal. The purpose of this study was to investigate inhibitory effect of Sal on ferroptosis of RGCs in db/db mice. Within the research conducted, Sal was administered via gavage, and observations were made 8 weeks post-treatment. Retinal samples were collected for analysis. The results evidenced that Sal ameliorated blood glucose levels, attenuated RGCs destruction, and augmented visual functionality in db/db mice. Additionally, Sal exerted an anti-ferroptosis impact on the RGCs in the db/db mice. Successive discoveries have outlined the involvement of the HIF-1α/HO-1 signaling pathway in this protective mechanism. Ferroptosis of RGCs has a contributory effect on the development of DR, in part through the HIF-1α/HO-1 pathway. Intriguingly, Sal reversed the alterations in the HIF-1α/HO-1 pathway in db/db mice and displayed prospective advantageous effects on DR. Sal mitigated RGCs ferroptosis by reducing blood sugar and impeding the HIF-1α/HO-1 signaling pathway, thereby improving DR. Thus, Sal shows potential for use as a pharmaceutical and nutraceutical for DR.
Reference:
LIU W Q, LIU A Q, WANG Y F, et al. Salidroside alleviates ferroptosis of retinal ganglion cells in db/db mice[J]. Food Science and Human Wellness, 2025, 14(6): 9250349. DOI:10.26599/FSHW.2024.9250349.
本文编译内容由作者提供
编辑：王佳红；责任编辑：孙勇
封面图片：图虫创意
为系统提升我国食品营养与安全的科技创新策源能力，加速科技成果向现实生产力转化，推动食品产业向绿色化、智能化、高端化转型升级，由北京食品科学研究院、中国食品杂志社《食品科学》杂志（EI收录）、中国食品杂志社《Food Science and Human Wellness》杂志（SCI收录）、中国食品杂志社《Journal of Future Foods》杂志（ESCI收录）主办，合肥工业大学、安徽省食品行业协会、安徽大学、合肥大学、合肥师范学院、北京工商大学、中国科技大学附属第一医院临床营养科、安徽粮食工程职业学院、皖西学院、滁州学院、蚌埠学院共同主办的“ 第六届食品科学与人类健康国际研讨会 ”，将于 2026年8月15-16日（8月14日全天报到） 在 中国 安徽 合肥 召开。
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