2026年3月24日，四川省人民医院研究团队在《Nature Communications》（IF=15.7）发表题为KIF11 prevents retinal endothelial ferroptosis in familial exudative vitreoretinopathy by inhibiting phosphorylation-driven PRDX1 phase separation的研究论文。该研究综合利用单细胞转录组、bulk转录组、ATAC-seq、蛋白质组等多组学技术，结合临床样本、细胞模型、动物模型及多种分子互作实验，系统解析了Norrin/β-连环信号通路下游致病机制，证实驱动蛋白KIF11为该通路核心效应分子，阐明KIF11通过调控PRDX1磷酸化与液-液相分离，抑制视网膜内皮细胞铁死亡的分子通路，揭示家族性渗出性玻璃体视网膜病变（FEVR）全新发病机理，并验证铁死亡抑制剂、PRDX1功能修复的治疗潜力，为该遗传性眼病的临床干预提供了创新靶点与理论依据。欧易生物为本研究提供了单细胞转录组测序的服务。

发表期刊：Nature Communications

影响因子：15.7

涉及的欧易生物服务产品：单细胞转录组测序

研究背景

家族性渗出性玻璃体视网膜病变（FEVR）是高发遗传性眼底病，好发于婴幼儿及青少年，易致视网膜脱离与永久性视力损伤。约40%患者存在Norrin/β-连环蛋白通路相关基因突变，该通路异常是主要致病因素。现有研究证实KIF11突变可诱发FEVR，但β-连环蛋白通路与KIF11的调控关系及下游机制尚不明确。铁死亡参与多种血管损伤性疾病，抗氧化酶PRDX1磷酸化会发生相分离并失活，其是否参与FEVR及上游通路仍未解析。本研究围绕β-连环蛋白/KIF11/PRDX1信号轴，探究内皮细胞铁死亡在FEVR中的作用，寻找治疗靶点。

技术路线

研究结果

本研究通过对敲除CTNNB1、FZD4、TSPAN12、LRP5四种通路核心基因的人视网膜微血管内皮细胞（HREC）进行bulk转录组测序，结果显示四组敲低样本转录特征高度趋同，经典β-连环蛋白靶基因表达模式符合通路抑制特征（图1a~c）。通过加权基因共表达网络分析（WGCNA）划分基因模块，结合蛋白互作网络（PPI）筛选核心枢纽基因，KIF11被鉴定为排名前五的关键下游分子（图1d~h）。qPCR与蛋白免疫印迹实验证实：敲除通路核心基因后，KIF11的mRNA和蛋白水平显著下调；外源性补充诺林蛋白可上调KIF11表达，明确二者的转录调控关系（图1i~q）。以上结果证明，KIF11是Norrin/β-连环蛋白通路的核心下游靶基因。

图1.Bulk转录组筛选锁定KIF11为Norrin/β-连环蛋白通路核心下游靶基因

整合多批次小鼠视网膜单细胞转录组数据（含野生型、Ctnnb1敲除、Tspan12敲除样本），共注释出视网膜内皮细胞、胶质细胞、神经元、免疫细胞等多种细胞类型。内皮细胞进一步细分为动脉内皮、毛细血管内皮、尖端内皮、增殖内皮等7个亚群，KIF11仅在新生发育期小鼠的增殖内皮细胞中高表达，成年小鼠几乎不表达，提示KIF11主导视网膜血管发育过程（图2a~i）。ATAC-seq与ChIP-seq结果证明，β-连环蛋白结合转录因子TCF7L2可直接结合KIF11启动子区域，从表观与转录层面证实β-连环蛋白对KIF11的正向调控作用（图2j~n）。综上，KIF11特异性表达于小鼠发育期视网膜增殖内皮细胞，且Norrin/β-连环蛋白通路直接转录调控。

临床突变检测：对FEVR患者进行靶向基因测序，鉴定出6种KIF11致病性移码/无义突变。体外实验发现突变型KIF11蛋白发生截短与降解，结合患者临床表型（双眼渗出性视网膜脱离、视网膜增殖牵拉病变），证实KIF11突变是FEVR重要致病因素（图2o）。体外回补实验：向Ctnnb1内皮特异性敲除小鼠眼静脉窦注射KIF11过表达慢病毒，可部分修复视网膜血管发育缺陷，在动物体内验证KIF11的功能（图p~r）。以上结果明确：Norrin/β-连环蛋白通路受阻导致KIF11表达下调，或KIF11致病突变引发蛋白异常，是FEVR发生的核心诱因。

图2. 单细胞测序证实KIF11特异性表达于发育期视网膜增殖内皮细胞

对HREC细胞敲低KIF11后开展多维度表型分析。细胞功能：细胞增殖能力下降、细胞死亡率升高；TUNEL实验未检测到明显凋亡信号，但透射电镜观察到自噬体增多、线粒体嵴断裂、外膜破损等自噬伴随性铁死亡典型形态（图3b）。多组学联合分析：转录组与蛋白质组联合结果显示，KIF11缺失后细胞周期、DNA复制相关分子下调，自噬、溶酶体、铁死亡通路显著激活；且多数功能改变发生在蛋白翻译后层面，而非转录水平。铁死亡核心指标：谷胱甘肽过氧化物酶（GPX4）活性大幅下降，胞内游离铁、活性氧（ROS）、丙二醛及过氧化磷脂显著积累；铁死亡相关调控蛋白（ACSL4、HO-1上调，xCT、SLC3A2下调）表达紊乱（图3c~s）。药物验证：使用铁死亡抑制剂铁抑素-1（Fer-1）处理，可有效逆转KIF11缺失引发的细胞铁死亡表；该表型在HT1080细胞中得到重复，证明机制具有普适性（图4a~m）。以上结果证明，KIF11缺失会诱导视网膜内皮细胞发生自噬伴随性铁死亡。

图3. 细胞实验验证KIF11功能缺失诱发FEVR

为探究KIF11调控铁死亡的分子机制，研究通过免疫沉淀-质谱联用（IP-MS）筛选KIF11互作蛋白，结合Co-IP实验证实PRDX1是KIF11的直接结合蛋白（图4n~p）；而FEVR相关截短型KIF11几乎丧失与PRDX1的结合能力（图4q）。免疫荧光结果显示，KIF11敲低后细胞内出现大量PRDX1点状凝聚体（图4r~s）。荧光漂白恢复实验（FRAP）、1,6-己二醇（液-液相分离抑制剂）处理实验证明，该凝聚体为液－液相分离（LLPS）结构（图4t~w）。非变性电泳结果显示，KIF11缺失后PRDX1由活性单体向失活高分子多聚体转化（图4x~y）。以上结果说明：KIF11与PRDX1结合，可抑制PRDX1发生液-液相分离。

图4. Fer−1的保护作用以及KIF11与PRDX1相互作用在PRDX1液-液相分离中的作用

已有研究证实PRDX1第194位酪氨酸（Tyr194）磷酸化会抑制其抗氧化功能。实验发现，KIF11敲低后PRDX1-Tyr194磷酸化水平显著升高（图5a~b）。研究构建磷酸化缺陷突变体PRDX1-Y194Q，过表达该突变体后，PRDX1凝聚体减少、高分子多聚体比例下降，证明Tyr194磷酸化是触发PRDX1液-液相分离的关键诱因（图5c~h）。蛋白内在无序区域（IDR）预测显示，该突变未明显改变PRDX1无序结构，进一步佐证磷酸化的主导作用（图5i）。使用酪氨酸激酶抑制剂、Src激酶抑制剂处理细胞，可明显降低PRDX1磷酸化水平、逆转多聚体形成（图5j~k），证实Src是介导PRDX1磷酸化的上游激酶。基于miniTurboID邻近标记技术的实验证明：KIF11可与Src竞争结合PRDX1，阻碍Src对PRDX1的磷酸化修饰（图5p~u）。综上所述，KIF11通过竞争性结合PRDX1，阻断Src介导的Tyr194磷酸化，进而抑制PRDX1液-液相分离，维持其抗氧化活性。

图5. KIF11通过竞争性结合抑制Src介导的PRDX1磷酸化驱动的LLPs。

7.PRDX1/β-连环蛋白缺失可重现铁死亡表型

敲低PRDX1后，HREC细胞出现增殖受阻、自噬与铁死亡激活，线粒体形态异常、铁蓄积、脂质过氧化等表型与KIF11敲低细胞高度一致（图6a~m）。转录组分析显示，PRDX1敲低、KIF11敲低、通路核心基因敲低的细胞转录谱高度相似（图6n~p），且铁死亡相关蛋白同样主要在翻译水平发生改变（图6q~s）。Fer-1处理可有效挽救PRDX1缺失引发的细胞损伤（图6t~z）。敲低CTNNB1（β-连环蛋白）后，细胞内PRDX1磷酸化水平升高、液－液相分离加剧，同时出现铁死亡表型；Fer-1干预同样可逆转上述异常（图7a~u）。以上实验完整串联β-连环蛋白→KIF11→PRDX1调控通路。

图6. HRECs中PRDX1的缺失可诱导铁死亡，而Fer-1可恢复该过程。

图7. CTNNB1缺陷的HRECs表现出铁死亡增加的特征，这些特征可通过Fer-1得到恢复。

8.小鼠血管内皮细胞中KIF11的敲除通过促进自噬和铁死亡信号通路，导致视网膜血管生长迟缓

构建内皮细胞特异性KIF11敲除小鼠（KIF11cKO），模型小鼠视网膜血管发育迟缓、血管密度降低，外层丛状层毛细血管缺失（图8a~d）。视网膜内皮细胞TEM结果显示自噬体增多、线粒体铁死亡样损伤（图8e）。对小鼠肺组织（高表达血管内皮）进行检测，KIF11敲除后PRDX1磷酸化上调，自噬、铁死亡相关蛋白表达紊乱（图8f~k）。

图8.小鼠血管内皮细胞中KIF11的敲除通过促进自噬和铁死亡信号通路，导致视网膜血管生长迟缓。

9.体内挽救实验：靶向铁死亡/PRDX1可修复血管缺陷

死亡抑制剂干预：对KIF11cKO、Ctnnb1cKO小鼠连续给予Fer-1处理，小鼠视网膜血管生长、血管密度得到显著改善（图9a~g）。PRDX1功能修复：向KIF11cKO小鼠分别注射野生型PRDX1、磷酸化缺陷型PRDX1-Y194Q慢病毒。结果显示，PRDX1-Y194Q的修复效果远优于野生型PRDX1（图9h~l）。

图9.抑制铁死亡或恢复PRDX1功能可部分挽救视网膜血管缺陷。

研究结论