Hepatic ischemia-reperfusion injury (HIRI) represents a significant clinical challenge, particularly in the context of liver transplantation, resection, and marginal donor organ utilization. While the pathogenesis of HIRI involves a complex interplay of hypoxia, oxidative stress, inflammation, and various forms of regulated cell death, emerging evidence underscores the pivotal role of long non-coding RNAs (lncRNAs) in orchestrating these processes. Despite extensive advances in our understanding of the mechanisms of hepatocellular damage, the specific regulatory contributions of lncRNAs to the modalities of programmed cell death—namely apoptosis, necroptosis, and ferroptosis—are not yet fully understood. This study aimed to elucidate the mechanistic involvement of lncRNAs in hepatocyte death following ischemia-reperfusion, with a particular focus on identifying functional lncRNAs that may serve as biomarkers or therapeutic targets in marginal donor liver grafts.
Using a human hepatocyte-derived cell line (HepaRG) exposed to hypoxic and steatotic conditions mimicking marginal graft physiology, we employed a high-throughput RT2 lncRNA PCR Array to profile the expression of 114 candidate lncRNAs previously implicated in liver pathophysiology. We identified 28 lncRNAs with significant differential expression under hypoxia and/or fatty acid overload, comprising 11 up-regulated and 17 down-regulated transcripts. Integration of this dataset with the ncFO database—an established compendium of lncRNAs associated with ferroptosis—revealed seven up-regulated ferroptosis-related lncRNAs (H19, UCA1, PVT1, LUCAT1, LINC00673, ZFAS1, MALAT1) and nine down-regulated counterparts (e.g., NEAT1, TUG1, XIST). Parallel screening using the LncPCD database, which catalogs lncRNAs linked to broader cell death mechanisms, yielded nine up- and twelve down-regulated PCD-associated lncRNAs. Cross-validation across datasets, combined with literature-based functional annotation, narrowed our focus to four lncRNAs—UCA1, H19, EGOT, and NEAT1—as high-priority candidates.
Functional studies demonstrated that knockdown or overexpression of these lncRNAs significantly modulated cell viability, ROS generation, mitochondrial membrane potential, and the expression of key apoptotic and ferroptotic markers, including caspase-3, caspase-9, GPX4, and ACSL4. UCA1, a well-characterized oncogenic lncRNA, exerted anti-apoptotic effects via the PI3K/Akt pathway and suppressed ferroptotic damage by regulating miR-143 and glutathione metabolism. H19, originally identified as an imprinted transcript, promoted ferroptosis through miRNA sponging (e.g., miR-675) and modulated inflammatory responses via NF-κB and STAT3 signaling. EGOT, an antisense intronic lncRNA previously implicated in eosinophil biology and cancer, was found to regulate hypoxia-induced autophagy and promote mitochondrial dysfunction, exacerbating IRI-related damage. NEAT1, a nuclear lncRNA central to paraspeckle formation, influenced both apoptosis and ferroptosis by altering expression of SLC7A11, c-Met/Akt signaling, and pro-inflammatory cytokine cascades.
Our results support a paradigm in which lncRNAs act as master regulators of hepatic cell fate during IRI, functioning through diverse mechanisms including miRNA sponging, transcriptional scaffolding, and post-transcriptional modulation. Mechanistically, the lncRNA-mRNA-miRNA axis forms a critical regulatory triad in hypoxia-reoxygenation settings, wherein lncRNAs serve as both signal integrators and amplifiers of stress responses. Moreover, the cross-talk between apoptosis, ferroptosis, and necroptosis, as modulated by these lncRNAs, suggests a networked model of cell death regulation in the ischemic liver, challenging the traditional view of linear, pathway-isolated cell death modalities.
To translate these insights into potential therapeutic strategies, we evaluated the impact of pharmacologic inhibitors targeting ferroptosis (e.g., ferrostatin-1), necroptosis (e.g., necrostatin-1), and apoptosis (e.g., caspase inhibitors) in conjunction with siRNA-mediated lncRNA silencing. Combined modulation revealed synergistic effects, particularly when UCA1 or NEAT1 was suppressed alongside ferroptosis inhibition, indicating that lncRNA-targeted interventions may enhance cytoprotective strategies in liver transplantation.
Taken together, our findings reveal that lncRNAs are not merely bystanders but active participants in the molecular orchestration of hepatic ischemia-reperfusion injury. The identified lncRNAs—UCA1, H19, EGOT, and NEAT1—serve as key regulators of hepatocellular resilience or vulnerability under ischemic stress and represent promising biomarkers and targets for therapeutic intervention. Future studies should extend these insights into in vivo models and clinical cohorts to validate translational potential and inform strategies for improving marginal liver graft outcomes.

Die ischämisch-reperfusionsbedingte Leberschädigung (HIRI) stellt eine erhebliche klinische Herausforderung dar, insbesondere im Kontext der Lebertransplantation, Leberresektion und der Verwendung von marginalen Spenderorganen. Obwohl die Pathogenese der HIRI ein komplexes Zusammenspiel von Hypoxie, oxidativem Stress, Entzündungsreaktionen und verschiedenen Formen des regulierten Zelltods umfasst, rückt die zentrale Rolle von langen nicht-kodierenden RNAs (lncRNAs) zunehmend in den Fokus der Forschung. Trotz bedeutender Fortschritte im Verständnis hepatotoxischer Mechanismen sind die spezifischen regulatorischen Funktionen von lncRNAs im Rahmen des programmierten Zelltods – insbesondere Apoptose, Nekroptose und Ferroptose – noch unzureichend geklärt. Ziel dieser Arbeit war es, die mechanistische Beteiligung von lncRNAs am Hepatozytentod nach ischämischer Reperfusion zu untersuchen und funktionell relevante lncRNAs zu identifizieren, die als Biomarker oder therapeutische Zielmoleküle bei der Nutzung marginaler Spenderlebern dienen könnten.
Unter Verwendung einer aus humanen Hepatozyten abgeleiteten Zelllinie (HepaRG), die hypoxischen und steatotischen Bedingungen ausgesetzt wurde, welche die Physiologie marginaler Lebertransplantate nachahmen, führten wir ein Hochdurchsatz-RT2-lncRNA-PCR-Array durch, um das Expressionsprofil von 114 Kandidaten-lncRNAs zu analysieren, die zuvor mit leberassoziierter Pathophysiologie in Verbindung gebracht worden waren. Dabei identifizierten wir 28 lncRNAs mit signifikant veränderter Expression unter Hypoxie und/oder Fettsäureüberladung, darunter 11 hochregulierte und 17 herunterregulierte Transkripte. Die Integration dieses Datensatzes mit der ncFO-Datenbank – einer etablierten Sammlung ferroptoseassoziierter lncRNAs – ergab sieben hochregulierte ferroptosebezogene lncRNAs (H19, UCA1, PVT1, LUCAT1, LINC00673, ZFAS1, MALAT1) sowie neun herunterregulierte Gegenstücke (u. a. NEAT1, TUG1, XIST). Eine parallele Analyse mithilfe der LncPCD-Datenbank, die lncRNAs im Zusammenhang mit allgemeinen Zelltodmechanismen katalogisiert, identifizierte neun hoch- und zwölf herunterregulierte PCD-assoziierte lncRNAs. Durch Kreuzvalidierung der Datensätze in Kombination mit literaturbasierter funktioneller Annotation wurde der Fokus schließlich auf vier lncRNAs – UCA1, H19, EGOT und NEAT1 – als hochprioritäre Kandidaten eingegrenzt.
Funktionelle Untersuchungen zeigten, dass der Knockdown oder die Überexpression dieser lncRNAs die Zellviabilität, die ROS-Produktion, das mitochondriale Membranpotenzial sowie die Expression zentraler apoptotischer und ferroptotischer Marker, darunter Caspase-3, Caspase-9, GPX4 und ACSL4, signifikant beeinflusste. UCA1, eine gut charakterisierte onkogene lncRNA, vermittelte antiapoptotische Effekte über den PI3K/Akt-Signalweg und unterdrückte ferroptotische Schädigung durch Regulation von miR-143 und des Glutathionstoffwechsels. H19, ursprünglich als geprägtes Transkript identifiziert, förderte die Ferroptose durch miRNA-Sponge-Mechanismen (z. B. miR-675) und modulierte inflammatorische Antworten über NF-κB- und STAT3-Signalwege. EGOT, eine antisense-intronspezifische lncRNA, die zuvor mit der Eosinophilenbiologie und malignen Erkrankungen in Verbindung gebracht wurde, regulierte hypoxieinduzierte Autophagie und förderte mitochondriale Dysfunktion, wodurch ischämie-reperfusionsbedingte Zellschädigung verstärkt wurde. NEAT1, eine nukleäre lncRNA mit zentraler Bedeutung für die Paraspeckle-Bildung, beeinflusste sowohl Apoptose als auch Ferroptose durch Veränderung der Expression von SLC7A11, der c-Met/Akt-Signaltransduktion sowie proinflammatorischer Zytokinkaskaden.
Unsere Ergebnisse unterstützen ein Paradigma, dem zufolge lncRNAs als übergeordnete Regulatoren des hepatischen Zellschicksals während der Ischämie-Reperfusions-Schädigung fungieren und dabei über vielfältige Mechanismen wie miRNA-Sponging, transkriptionelle Gerüstbildung und posttranskriptionelle Modulation wirken. Mechanistisch bildet die lncRNA-mRNA-miRNA Achse eine entscheidende regulatorische Triade unter Hypoxie-Reoxygenierungsbedingungen, wobei lncRNAs sowohl als Signal-Integratoren als auch als Verstärker zellulärer Stressantworten agieren. Darüber hinaus legt das durch lncRNAs modulierte Zusammenspiel von Apoptose, Ferroptose und Nekroptose ein vernetztes Modell der Zelltodregulation in der ischämischen Leber nahe und stellt damit die traditionelle Auffassung linearer, voneinander isolierter Zelltodwege infrage.
Zur Übertragung dieser Erkenntnisse in potenzielle therapeutische Strategien untersuchten wir den Effekt pharmakologischer Inhibitoren der Ferroptose (z. B. Ferrostatin-1), der Nekroptose (z. B. Necrostatin-1) und der Apoptose (z. B. Caspase-Inhibitoren) in Kombination mit siRNA-vermittelter lncRNA-Silenzierung. Die kombinierte Modulation zeigte synergistische Effekte, insbesondere bei gleichzeitiger Suppression von UCA1 oder NEAT1 und Hemmung der Ferroptose, was darauf hindeutet, dass lncRNA-gerichtete Interventionen zytoprotektive Strategien in der Lebertransplantation verstärken können.
Zusammenfassend zeigen unsere Ergebnisse, dass lncRNAs keine passiven Begleiterscheinungen, sondern aktive Akteure in der molekularen Orchestrierung der hepatischen Ischämie-Reperfusions-Schädigung sind. Die identifizierten lncRNAs – UCA1, H19, EGOT und NEAT1 – fungieren als zentrale Regulatoren der hepatozellulären Resistenz oder Vulnerabilität unter ischämischem Stress und stellen vielversprechende Biomarker sowie therapeutische Zielstrukturen dar. Zukünftige Studien sollten diese Erkenntnisse auf in-vivo-Modelle und klinische Kohorten ausweiten, um das translationale Potenzial zu validieren und Strategien zur Verbesserung der Ergebnisse marginaler Lebertransplantate zu entwickeln.