Iron Deficiency Impairs Contractility of Human Cardiomyocytes Through Decreased Mitochondrial Function

收缩性 缺铁 转铁蛋白受体 内科学 线粒体 内分泌学 铁蛋白 呼吸 细胞内 铁转运蛋白 心力衰竭 医学 转铁蛋白 生物 生物化学 贫血 解剖 海西定
作者
Martijn F. Hoes,Niels Grote Beverborg,Jan David Kijlstra,Jeroen Kuipers,Dorine W. Swinkels,Ben N. G. Giepmans,Richard J. Rodenburg,Dirk J. van Veldhuisen,Rudolf A. de Boer,Peter van der Meer
出处
期刊:European Journal of Heart Failure [Wiley]
卷期号:20 (5): 910-919 被引量:314
标识
DOI:10.1002/ejhf.1154
摘要

Abstract Aims Iron deficiency is common in patients with heart failure and associated with a poor cardiac function and higher mortality. How iron deficiency impairs cardiac function on a cellular level in the human setting is unknown. This study aims to determine the direct effects of iron deficiency and iron repletion on human cardiomyocytes. Methods and results Human embryonic stem cell-derived cardiomyocytes were depleted of iron by incubation with the iron chelator deferoxamine (DFO). Mitochondrial respiration was determined by Seahorse Mito Stress test, and contractility was directly quantified using video analyses according to the BASiC method. The activity of the mitochondrial respiratory chain complexes was examined using spectrophotometric enzyme assays. Four days of iron depletion resulted in an 84% decrease in ferritin (P < 0.0001) and significantly increased gene expression of transferrin receptor 1 and divalent metal transporter 1 (both P < 0.001). Mitochondrial function was reduced in iron-deficient cardiomyocytes, in particular ATP-linked respiration and respiratory reserve were impaired (both P < 0.0001). Iron depletion affected mitochondrial function through reduced activity of the iron–sulfur cluster containing complexes I, II and III, but not complexes IV and V. Iron deficiency reduced cellular ATP levels by 74% (P < 0.0001) and reduced contractile force by 43% (P < 0.05). The maximum velocities during both systole and diastole were reduced by 64% and 85%, respectively (both P < 0.001). Supplementation of transferrin-bound iron recovered functional and morphological abnormalities within 3 days. Conclusion Iron deficiency directly affects human cardiomyocyte function, impairing mitochondrial respiration, and reducing contractility and relaxation. Restoration of intracellular iron levels can reverse these effects.
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