Protective Effect of Filbertone against Liver Diseases via Regulating Ferroptosis

Abstract

Background: Obesity is an ongoing issue associated with abnormal fat accumulation in the liver that can damage the organ and lead to serious complications. The accumulation of excessive fat in the liver, resulting in liver steatosis, can progress to liver fibrosis, leading to irreversible harm and frequently culminating in the development of cirrhosis and liver cancer. Ferroptosis is an iron-dependent form of oxidative programmed cell death characterized by the inactivation of glutathione peroxidase 4 (GPX4) and lipid peroxidation. Filbertone (C8H14O) is a natural compound found in hazelnuts and has a molecular weight of 126.2 g/mol. It has beneficial properties for anti-obesity and regulating lipid homeostasis. However, the effect of filbertone on liver diseases and its related molecular mechanisms remain unknown. Aim: In this study, we investigated the potential effects of filbertone on liver disease via modulating ferroptosis. Chapter I: We hypothesized that filbertone can protect against a fatty liver-induced hepatic injury by inhibiting ferroptosis. Filbertone treatment significantly reduced liver damage in HFD/MCD-fed mice by inhibiting hepatic ferroptosis. To examine the mechanism of filbertone on the ferroptosis-regulated pathway, we analyzed the expression levels of ferroptosis-related proteins, such as Nrf2, GPX4, HO-1, and PTGS2 in in vivo and in vitro experiments. Furthermore, we showed that filbertone inhibited ferroptosis by activating the PERK-Nrf2 pathway. Chapter II: We aimed to investigate the role of filbertone in cancer cells and its mechanisms. We have shown that filbertone decreases the cell viability of B16F10 and HepG2 cells, as determined by the WST-8 assay. Our mechanistic studies indicated that filbertone inhibits YAP activity in cancer cells and promotes ferroptotic cell death. This study demonstrated that filbertone modulates YAP activity by generating mitochondrial ROS. Furthermore, the inhibition of YAP by mitochondrial ROS resulted in the decrease of SLC7A11 expression. Therefore, filbertone inhibits YAP by generating mitochondrial ROS, which can induce ferroptosis by downregulating SLC7A11 expression. Conclusion: Thus, we suggest that filbertone has an emerging potential effect on fatty liver-induced hepatic damage by inhibiting lipid peroxidation and decreasing ferroptosis. This study also indicates that filbertone has strong potential as an inducer of ferroptotic cell death in cancer cells. Therefore, filbertone may be a valid food component against obesity-induced liver diseases. |국문요약 연구배경: 비만으로 인해 간의 비정상적인 지방 축적의 발생은 간의 손상과 심각한 합병증을 일으키는 것으로 알려져 있다. 간에 과도한 지방의 축적으로 인해 발생하는 간지방증은 간 섬유화의 진행을 야기하여 간의 비가역적 손상을 발생시켜, 심한 경우 간경화 및 간암의 발병으로 이어진다. Ferroptosis는 glutathione peroxidase 4 (GPX4)의 불활성화와 지질 과산화 작용을 특징으로 하는 철 의존성 산화적 세포예정사의 한 형태이다. 필버톤은 헤이즐넛에서 발견되는 천연 화합물로 항비만 활성 및 지질 항상성을 조절하는 것으로 알려져 있다. 그러나 필버톤이 간질환에 대한 잠재적 효과와 이와 관련한 분자적 메커니즘에 대해서는 잘 알려져 있지 않다. 실험목적: 본 연구에서 우리는 필버톤이 ferroptosis를 조절하여 간질환에 대해 보호작용을 나타낼수 있는지에 대해 조사하였다. 결과: 제 2장에서는 필버톤이 ferroptosis 억제를 통해 지방간으로 유도된 간 손상으로부터 간을 보호할 수 있는지 조사하였다. HFD/MCD 식이 투여 쥐에게서 발생한 간 손상이 필버톤 투여를 통해 유의적으로 감소하였으며, 이는 ferroptosis를 억제함으로써 나타나는 현상임을 확인하였다. 필버톤이 ferroptosis를 조절하는 메커니즘을 조사하기 위해, in vivo 및 in vitro 실험에서 Nrf2, GPX4, HO-1 및 PTGS2 와 같은 ferroptosis 관련 단백질의 발현 수준을 측정하였다. 또한, 필버톤이 PERK-Nrf2 활성화를 통해 ferroptosis를 억제한다는 것을 확인하였다. 제3 장에서는필버톤이 암세포에 미치는 영향을 조사하고자 WST-8 분석을 통해 세포 생존율을 측정하였다. 필버톤은 B16F10 및 HepG2 세포의 생존율을 감소시키는 것을 관찰하였다. 필버톤이 암세포에 미치는 영향에 대한 메커니즘을 분석하였을 때, 필버톤이 YAP 활성 억제와 ferroptosis를 유도한다는 것을 확인하였다. 또한, 필버톤에 의한 YAP 활성의 억제는 미토콘드리아 ROS 생성을 통한 것으로 확인되었다. 따라서, 필버톤은 미토콘드리아 ROS 생성을 통해 YAP을 억제하며, 이는 SLC7A11 발현의 하향 조절 이끌어 ferroptosis를 유도하는 것으로 여겨진다. 결론: 종합하자면, 필버톤은 지질 과산화 억제를 통해 ferroptosis를 억제함으로써 지방간으로 인해 유도된 간손상을 보호하는 효과를 지닌 것으로 나타났다. 또한 필버톤은 ferroptosis를 유도하여 암세포 증식을 차단하는효과가 있음이 확인되었다. 따라서, 필버톤은 비만으로 유도되는 지방간 질환과 암세포 증식을 억제하는 효능을 가진 기능성 식품성분일 것으로 기대된다.