鐵穩態與鐵死亡的調控研究
欄目：最新研究動態
發布時間：2021-01-27
在大多數生物體中，鐵穩態對生存至關重要。在生理條件下，肝臟感知機體的全身鐵含量，并根據這種鐵含量實時產生激素鐵調素，以維持鐵穩態。
導語：在大多數生物體中，鐵穩態對生存至關重要。在生理條件下，肝臟感知機體的全身鐵含量，并根據這種鐵含量實時產生激素鐵調素，以維持鐵穩態。主要的鐵調節激素-鐵調素調節鐵的攝取和再循環。近日，一篇關于鐵穩態的研究吸引我們的注意。
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研究思路：
結果：1. AUR是體外鐵調素表達的強效誘導劑
在肝癌細胞Huh7中以5 μM濃度篩選640種FDA批準藥物，發現共有100種藥物顯著上調鐵調素表達，6種藥物顯著下調鐵調素表達。基于其臨床應用，在上調鐵調素表達的100種藥物中，抗類風濕性關節炎藥物AUR和心腦血管藥物ergotamine均誘導Huh7細胞中鐵調素表達最高。在1 μM低濃度下，AUR處理比ergotamine處理更有效地上調鐵調素表達。高濃度AUR(≥1 μM)處理Huh7細胞12或18h可顯著降低細胞活力，選擇性激活HAMP1表達。
2. AUR通過JAK2-STAT3途徑上調鐵調素的表達
接下來探究AUR對HAMP1的影響是否由典型的鐵調素調節途徑介導。BMP信號抑制劑LDN193189或STAT3抑制劑Stattic預處理細胞可阻斷AUR上調Huh7細胞鐵調素表達的能力，但MEK1/2抑制劑U0126可顯著增加AUR上調鐵調素表達的能力。用AUR和BMP6或IL-6共同處理細胞有協同作用。此外，AUR處理顯著增加了磷酸化STAT3水平，Stattic預處理降低了AUR處理Huh7細胞中的磷酸化STAT3和磷酸化SMAD1/5/8水平；相反，LDN193189預處理起抑制作用。Stattic和LDN193189均不影響磷酸化ERK1/2水平。這些數據表明AUR激活JAK2/STAT3通路，但不激活BMP/SMAD通路。
3. 急性AUR處理可上調小鼠鐵調素表達并影響鐵代謝
C57BL/6 J小鼠注射AUR并測定肝臟Hamp1，發現AUR處理上調小鼠肝臟鐵調素表達，也上調Smad4的另一個下游靶點Id1，顯著降低血清鐵和轉鐵蛋白飽和度水平。AUR處理小鼠中肝臟IL-6 mRNA以及肝臟和脾臟IL-1βmRNA水平在3h達到峰值，肝臟和脾臟Tnf-α表達不受AUR影響，AUR在改變肝臟鐵調素、血清鐵以及肝臟和脾臟IL-6和IL-1β水平方面的作用存在性別特異性差異。AUR治療未引起肝毒性，因為血清ALT和AST水平保持不變。
4. AUR通過NF-κB激活IL-6/鐵調素軸
AUR可有效上調Huh7細胞中IL-6和HAMP1 mRNA水平，當用NF-κB抑制劑BAY11-7082預處理細胞時，這種上調顯著減少，表明NF-κB在介導AUR效應中起關鍵作用。AUR治療增加雄性小鼠肝臟磷酸化p65和磷酸化IκB-α的水平。這些表明，在人肝細胞和小鼠中，AUR通過NF-κB/IL-6途徑誘導鐵調素表達。
5. 長期AUR治療可降低雄性Hfe基因敲除小鼠的鐵負荷
接下來測量Hfe?/?小鼠（遺傳性血色病的經典模型）中AUR的影響。低劑量AUR處理雄性Hfe?/?小鼠可增加肝臟鐵調素表達，降低雄性Hfe?/?小鼠的幾個鐵參數，包括血清鐵濃度、轉鐵蛋白飽和度和肝臟鐵，但對雌性Hfe?/?小鼠幾乎無影響。AUR增加雄性Hfe?/?小鼠的肝臟IL6和IL-1βmRNA水平，雄性和雌性Hfe?/?小鼠的肝臟Tnf-α表達保持不變。
與這些結果一致，長期AUR治療也增加雄性Hfe?/?小鼠的磷酸化Stat3水平。AUR治療還顯著降低了雄性Hfe?/?小鼠的MCH（平均紅細胞血紅蛋白量）和MCHC（平均紅細胞血紅蛋白濃度）。這種AUR-誘導的雄性Hfe?/?小鼠MCH和MCHC減少可能是由于鐵調素表達上調所致。還發現AUR處理的雄性Hfe?/?小鼠十二指腸中鐵轉運蛋白降低，表明鐵攝取降低。
與這些結果一致，長期AUR治療也增加雄性Hfe?/?小鼠的磷酸化Stat3水平。AUR治療還顯著降低了雄性Hfe?/?小鼠的MCH（平均紅細胞血紅蛋白量）和MCHC（平均紅細胞血紅蛋白濃度）。這種AUR-誘導的雄性Hfe?/?小鼠MCH和MCHC減少可能是由于鐵調素表達上調所致。還發現AUR處理的雄性Hfe?/?小鼠十二指腸中鐵轉運蛋白降低，表明鐵攝取降低。
6. 高劑量AUR治療誘導Hfe?/?小鼠肝鐵死亡
AUR可能是幾種腫瘤類型的潛在化療藥物，接下來測試AUR的安全性。雄性Hfe?/?小鼠長期5 mg/kg AUR給藥未改變體重或血清ALT，當用高劑量AUR(25 mg/kg)治療時，Hfe?/?小鼠在42天內顯示雄性和雌性死亡率均為100%。為確定這種毒性作用下的細胞死亡類型，在高劑量AUR處理的Huh7細胞中篩選了幾種不同形式細胞死亡的抑制劑，包括凋亡抑制劑Z-VAD-FMK(Z-VAD)、壞死抑制因子Necrostatin-1(Nec-1)和鐵壞死抑制因子Ferrostatin-1(Fer-1)。發現Fer-1，而不是ZVAD或Nec-1，顯著增加了AUR處理Huh7細胞的活力。高劑量AUR增加鐵死亡的幾種生物標志物，Fer-1顯著降低了這種增加，但Z-VAD或Nec-1未降低，表明高劑量AUR選擇性誘導肝細胞鐵死亡。
為檢測高劑量AUR是否在體內誘導鐵死亡，用AUR和Fer-1處理雄性和雌性Hfe?/?小鼠。發現Fer-1可以顯著挽救高劑量AUR處理的Hfe?/?小鼠的死亡率、血清ALT、肝臟丙二醛含量和Ptgs2 mRNA。這表明Fer-1靶向鐵死亡可有效保護高劑量AUR誘導的肝毒性。與低劑量AUR相比，高劑量AUR對肝臟Hamp1 mRNA水平上調和血清鐵、轉鐵蛋白飽和度和肝臟鐵水平降低作用更強大。為探索AUR誘導鐵死亡的潛在潛在機制，測量了眾所周知的鐵死亡抑制因子，發現高劑量AUR不改變肝臟GSH含量、總Gpx活性和（或）Gpx4表達。高劑量AUR顯著降低氧化關鍵調節因子-總硫氧還蛋白還原酶TXNRD的活性（圖6 g），Fer-1對高劑量AUR誘導的TXNRD活性降低無影響。TXNRD1特異性抑制劑TRi-144處理野生型C57BL/6J小鼠導致體重減輕，肝臟脂質過氧化積累，Ptgs2 mRNA水平和血清ALT活性增加，這可以被Fer-1完全挽救（，提示抑制TXNRD1也可誘導體內鐵死亡。
總結：AUR具有雙重功能，通過NF-κB/IL-6/STAT3信號通路增加鐵調素表達；在高劑量下通過抑制硫氧還蛋白系統誘導鐵死亡。AUR可作為治療鐵調素缺乏相關疾病（包括血色病）的一種新的治療策略，尤其是在男性患者中。
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