Идентификация генов, связанных с ферроптозом, при болезни сухого глаза и их влияние на воспалительный ответ и иммунную инфильтрацию

Введение: Болезнь сухого глаза (БСГ) — заболевание глазной поверхности, характеризующееся снижением секреции слезы, нарушением динамики слёзной жидкости и ухудшением качества слезы, что приводит к нестабильности слёзной плёнки. Она сопровождается дискомфортом в глазах, нарушением зрения и повреждением тканей глазной поверхности. БСГ связана не только с гибелью эпителиальных клеток роговицы, но и с повреждением других тканей глазной поверхности, включая мейбомиевы и слёзные железы, клетки конъюнктивы и бокаловидные клетки. Ферроптоз участвует в гибели эпителиальных клеток роговицы и развитии кератопатии, однако его механизмы остаются неясными и требуют дальнейшего изучения.

Методы: Для анализа профилей экспрессии генов у мышей линии Mus musculus с БСГ использовали набор данных GSE208297 из базы Gene Expression Omnibus (GEO). Для анализа дифференциальной экспрессии генов отобрали пять образцов от нелеченых животных с БСГ и пять образцов от животных контрольной группы, чтобы выявить дифференциально экспрессируемые гены, связанные с ферроптозом (FRDEG). На основе этих генов провели сравнительный анализ экспрессии генов, функциональное обогащение и анализ сети взаимодействий малых молекул. Кроме того, выполнили анализ обогащения наборов генов (GSEA), анализ вариабельности наборов генов (GSVA) и анализ иммунной инфильтрации. Модель БСГ у крыс индуцировали бензалкония хлоридом (раствор 0,2%, 5 мкл, дважды в сутки в течение 15 дней). Секрецию слезы оценивали с помощью теста Ширмера I, а структурные изменения ткани роговицы — с помощью окрашивания гематоксилином и эозином (HE). Изменения митохондрий исследовали методом трансмиссионной электронной микроскопии (TEM), а ферроптоз подтверждали с помощью наборов для определения малонового диальдегида (MDA) и глутатиона (GSH). Для валидации результатов анализа экспрессии генов использовали ОТ-ПЦР; были подтверждены изменения экспрессии мРНК 8 ключевых генов в ткани роговицы крыс с БСГ.

Результаты: Анализ дифференциальной экспрессии генов выявил 136 генов с нарушенной экспрессией. После сопоставления этих генов с 833 известными генами, связанными с ферроптозом, были идентифицированы 13 FRDEG. Эти гены преимущественно участвовали в процессах развития мышечной ткани, регуляции дифференцировки лейкоцитов, положительной регуляции сигнальных путей апоптоза и регуляции воспалительного ответа, а также в таких сигнальных путях KEGG, как MAPK, TNF и IL-17. Анализ иммунной инфильтрации выявил значимые различия между группами БСГ и контроля; экспрессия FRDEG коррелировала с инфильтрацией CD8-Т-клетками, макрофагами и NK-клетками. В ходе анализа сети взаимодействий малых молекул восемь ключевых генов — ARNTL, ATF3, CCL5, JUN, KRT14, MYC, NR4A1 и TNF — продемонстрировали выраженные взаимодействия с другими малыми молекулами. ОТ-ПЦР подтвердила значимые изменения экспрессии мРНК этих восьми ключевых генов в ткани роговицы крыс с БСГ. Результаты определения MDA и GSH дополнительно подтвердили наличие фенотипа ферроптоза в роговице крыс с БСГ, а трансмиссионная электронная микроскопия и окрашивание HE выявили повреждение эпителия роговицы и уменьшение количества митохондриальных крист.

Выводы: Ферроптоз играет ключевую роль в гибели клеток роговицы и развитии кератопатии, усиливает воспалительный ответ и участвует в патогенезе БСГ. Полученные данные указывают на новые молекулярные мишени для терапевтического вмешательства при БСГ и раскрывают потенциальные механизмы участия ферроптоза в иммунных реакциях.