《The Journal of Nutrition》：Iron Deficiency Impairs Mitochondrial Energetics and Early Axonal Growth and Branching in Developing Hippocampal Neurons
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名单：Daniel C. Mendez | Karishma Devgun | Luke H. Carlson | Daniel J. Mickelson | Timothy R. Monko | Livia Reeves | Lorene M. Lanier | Michael
名单：Daniel C. Mendez | Karishma Devgun | Luke H. Carlson | Daniel J. Mickelson | Timothy R. Monko | Livia Reeves | Lorene M. Lanier | Michael K. Georgieff | Thomas W. Bastian
明尼苏达大学医学院儿科系，明尼阿波利斯，MN 55455
摘要
背景
能量不足是许多神经发育、神经精神和神经退行性疾病的基础，线粒体被视为潜在的治疗靶点。铁通过在线粒体氧化磷酸化中的作用对神经元能量产生至关重要。铁缺乏（ID）会降低发育中的海马神经元的能量能力，导致树突结构简化以及学习和记忆功能受损。
目的
确定铁缺乏对轴突生成的影响，这一点此前尚未被研究过。
方法
我们使用了一种胚胎小鼠混合性别原代海马神经元培养模型来研究发育中的铁缺乏情况，从体外培养第3天（DIV）开始使用低微摩尔浓度的去铁胺（DFO）进行铁螯合处理，与未经处理的对照组进行比较。通过t检验、方差分析（ANOVA）和多变量统计分析来量化并比较线粒体呼吸和动态、细胞骨架和代谢基因表达以及轴突和突触形态。
结果
在体外培养第7天（7DIV）时，DFO处理的神经元培养物（n=4-17）表现出中度铁缺乏，参与轴突细胞骨架发育的基因（Gda、Pfn2 和 Nuak1）的mRNA水平显著降低（约20-40%），以及代谢稳态相关基因（Ndufs1、Ddit4 和 Slc2a3）的mRNA水平也显著降低（约20-25%）。与对照组（n=11-14）相比，DFO显著降低了总ATP产生率和线粒体氧化磷酸化程度（约25-50%）。DFO还显著缩短了轴突和轴突分支的长度（约20%），但未影响分支数量（n=100个神经元）。铁缺乏并未改变轴突线粒体的运动性（n=11-12个神经元），这表明线粒体能量供应不足，而非运输障碍，是导致轴突形态缺陷的主要原因。最终，在体外培养第18天（18DIV）时，DFO使突触后密度点（反映神经元形成突触的能力）的密度降低了30%（n=26-32个神经元）。
结论
这些发现首次建立了铁依赖性神经元能量产生与早期轴突结构发育之间的联系，并强调了在神经元快速生长期间维持足够铁的重要性，以防止铁缺乏对神经元结构的持续负面影响。
部分摘录
引言：
铁缺乏（ID）是全球最常见的营养缺乏症，影响了40-50%的孕妇和儿童（Gao等人，2025年；Lozoff和Georgieff，2006年）。胎儿和新生儿的大脑发育是一个对铁和能量需求很高的时期（Fretham等人，2011年；Georgieff等人，2018年；Radlowski和Johnson，2013a，Radlowski和Johnson，2013b）。这一早期生命阶段的铁缺乏会急性损害大脑发育和功能，并增加长期认知缺陷的风险。
动物实验
从Charles River Laboratories购买了定时出生的CD1小鼠。小鼠在胚胎第13天或第14天出生，并被饲养在温度和湿度受控的环境中，食物和水可自由获取。所有动物实验均在经过实验室动物护理评估和认证协会认证的设施中进行，并遵循《美国国立卫生研究院护理指南》中规定的标准和指南。
DFO处理对轴突生成期间铁稳态的影响
为了评估体外培养第7天（7DIV）海马神经元的铁状态，测量了转铁蛋白受体c（Tfrc）的mRNA水平和铁蛋白重链（Ferritin-H）的蛋白质含量。Tfrc编码主要负责神经元铁吸收的Tfr1表面受体，是神经元铁状态的敏感指标（Hentze等人，2010年）。Tfrc的mRNA稳定性受到细胞铁水平的严格调控，通过铁调节蛋白（IRPs）与3’铁响应元件的结合来实现。
讨论：
轴突生成是一个能量需求很高的过程，因此能量产生不足常常会导致轴突发育的形态异常（Harris和Attwell，2012年）。我们使用的胚胎小鼠原代海马神经元培养模型模拟了体内贫血和非贫血胎儿-新生儿铁缺乏模型中观察到的严重新生儿脑铁缺乏情况。
未引用的参考文献
Deungria等人，2000年；Kim等人，2021年；Shepherd和Harris，1998年；Wang等人，2021年；Yamashita等人，2016年；Zhang等人，2019年。
作者贡献：
D.C.M.、K.D.、T.R.M.和T.W.B.撰写了论文初稿；D.C.M.、T.W.B.、M.K.G.和L.M.L.设计了实验；D.C.M.、T.W.B.、T.R.M.、M.K.G.、D.J.M.、L.R.和L.M.L.编辑了论文；D.C.M.、K.D.、L.H.C.和T.W.B.进行了实验；D.C.M.、K.D.、T.W.B.、D.J.M.、L.R.和T.R.M.分析了数据；所有作者在提交前都阅读并批准了论文。T.W.B.负责最终的手稿内容。
资金来源：
这些研究的工作得到了美国国立卫生研究院（NIH）的R01HD094809资助（资助给M.K.G.）、NIH R21HD106043资助（资助给T.W.B.）以及霍华德·休斯医学研究所（HHMI）的Gilliam Fellows项目资助（GT15879，资助给T.W.B.和D.C.M.）。T.R.M.还获得了NIH的T32培训资助（T32HL007062）。
资金来源和披露：
这些研究的工作得到了美国国立卫生研究院（NIH）的R01HD094809资助（资助给M.K.G.）、NIH R21HD106043资助（资助给T.W.B.）以及霍华德·休斯医学研究所（HHMI）的Gilliam Fellows项目资助（GT15879，资助给T.W.B.和D.C.M.）。T.R.M.还获得了NIH的T32培训资助（T32HL007062）。
致谢：
我们非常感谢Bastian、Georgieff和Lanier实验室的其他成员在细胞培养准备、问题解决和提供宝贵反馈方面的帮助。
