Thymosin Alpha-1 Peptid blockiert Ferroptose zur Behandlung von Zahnpulpaentzündungen

Pulpitis ist eine der häufigsten und schmerzhaftesten Erkrankungen der Mundhöhle, die in der Regel durch Wurzelkanalbehandlung oder Extraktion therapiert wird. Trotz ihrer Häufigkeit sind die molekularen Mechanismen, die während einer Entzündung zum Absterben von Pulpazellen führen, noch nicht vollständig verstanden. Diese Studie charakterisiert erstmals systematisch die Ferroptose – eine Form des eisenabhängigen, durch Lipidperoxide ausgelösten Zelltods – als zentralen Mechanismus bei Pulpitis und identifiziert Thymosin α1 als potenzielles therapeutisches Mittel zu deren Hemmung.

Die Forscher führten eine Einzelzell-RNA-Sequenzierung (scRNA-seq) an Gewebe von 3 Pulpitis-Patienten und 3 gesunden Kontrollpersonen durch und erfassten dabei 40.231 Zellen (17.814 aus Pulpitis-Gewebe; 22.417 aus gesunder Pulpa). Die UMAP-Clusteranalyse identifizierte 12 verschiedene Zelltypen, darunter Fibroblasten, Makrophagen, Neutrophile, T-Zellen, B-Zellen, Plasmazellen, Endothelzellen, mesenchymale Stammzellen und Schwann-Zellen. Fibroblasten dominierten die gesunde Pulpa, waren jedoch bei Pulpitis deutlich reduziert, während die Immunzellpopulationen erheblich zunahmen. Differenziell exprimierte Ferroptose-assoziierte Gene (DE-FRGs), abgeglichen mit der FerrDB-Datenbank mit 484 Ferroptose-Genen, wurden in nahezu jedem Zell-Cluster gefunden; der Ferroptose-Signalweg war signifikant angereichert in Fibroblasten, Makrophagen, MSCs, Neutrophilen, nicht-myelinisierenden Schwann-Zellen und dentalen Pulpazellen (DPCs). Die oxidative Phosphorylierung war der am stärksten angereicherte Ko-Signalweg, was auf eine mitochondriale Dysfunktion bei der Ferroptose-Aktivierung hindeutet.

Zur Validierung der Ferroptose auf Gewebeebene maß das Team ROS und Fe2+ in menschlichen Pulpaproben mithilfe der Fluoreszenzsonden DCFH-DA und FerroOrange. Beide Marker waren bei Pulpitis im Vergleich zur gesunden Pulpa signifikant erhöht (p<0,05). Die Immunhistochemie bestätigte eine niedrige GPX4-Expression (dem wichtigsten Ferroptose-Suppressor) und eine hohe PTGS2-Expression (einem Ferroptose-Marker) in Pulpitis-Gewebe, was mit aktiver Ferroptose übereinstimmt. In LPS-stimulierten DPCs identifizierte die RNA-Sequenzierung in vitro 68 Ferroptose-assoziierte differenziell exprimierte Gene, wobei GPX4 in der Heatmap-Analyse eine besonders niedrige Expression zeigte.

Thymosin α1 (Tα1) in einer Konzentration von 1 μg/mL wurde auf Basis von CCK8-Proliferationsassays ausgewählt, die nach 24 Stunden eine optimale Wachstumsförderung von DPCs zeigten. In LPS-stimulierten DPCs steigerte die Tα1-Behandlung die Proteinexpression von GPX4 und der leichten Ferritin-Kette (FTL) signifikant und verringerte die PTGS2-Expression (p<0,05). Die intrazellulären Fe2+-Spiegel, gemessen mittels FerroOrange-Fluoreszenz, wurden durch Tα1 signifikant gesenkt, vergleichbar mit dem Ferroptose-Inhibitor Ferrostatin-1. Die JC-10-Durchflusszytometrie zeigte, dass das Rot/Grün-Fluoreszenzverhältnis – ein Maß für das mitochondriale Membranpotenzial – durch Tα1 in LPS-stimulierten DPCs signifikant wiederhergestellt wurde (p<0,05). Die Stummschaltung des PTMA-Gens (das für den Tα1-Vorläufer kodiert) hob diese Schutzwirkungen auf und bestätigte damit die Spezifität des Signalwegs. Tα1 reduzierte zudem die Expression von TNF-α, IL-1β und IL-6 in LPS-stimulierten DPCs signifikant (p<0,05).

In einem Ratten-Pulpitis-Modell wurde PTMA entweder über einen Gelatineschwamm, der an der Pulpaexpositionsstelle platziert wurde, oder durch direkte Pulpainjektion verabreicht. Beide Applikationsmethoden reduzierten die Infiltration von Entzündungszellen und die PTGS2-Expression signifikant und erhöhten die GPX4-Expression im Vergleich zu den LPS-Kontrollgruppen (p<0,05). Die Fe2+-Spiegel in der Rattenpulpa waren in der LPS-Gruppe signifikant höher als in den Kontrollgruppen, und beide PTMA-Applikationswege reduzierten die Fe2+-Akkumulation signifikant. Die RNA-Sequenzierung von Tα1-behandelten DPCs im Vergleich zu LPS-behandelten DPCs bestätigte eine weitreichende Umkehrung der DE-FRGs-Expressionsmuster. Diese konvergierenden In-vitro-, In-vivo- und transkriptomischen Befunde belegen einen mechanistischen Zusammenhang zwischen Thymosin α1, Ferroptose-Suppression und der Auflösung von Pulpitis und eröffnen damit einen potenziellen Ansatz für Peptid-basierte, pulpaerhaltende Therapien.