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缺氧对细胞内铁的影响（铁自噬，铁死亡，线粒体铁蛋白）

在生理水平上，铁是维持几个代谢途径所必需的，而在缺血/再灌

注、肾损伤或癌症等各种病理条件下，过量的游离铁可能导致氧化损

伤或引起细胞死亡。但是人类巨噬细胞在缺氧状态下的调控机制尚不

清楚。德国法兰克福歌德大学医学院生物化学研究所的DominikC.

Fuhrmann等人在RedoxBiology（IF=9.986）上发表文章探究人类

巨噬细胞中，缺氧与铁自噬，线粒体铁蛋白，铁死亡的关系。

技术路线图：

研究结果：

1.缺氧状态下巨噬细胞的铁状态

测定人巨噬细胞和细胞上清液中的铁含量(图1A和B)。在缺氧

16h后，细胞内铁下降，而上清液中的铁略有上升。结果显示巨噬细

胞在缺氧条件下获得铁输出表型。这与膜铁转运蛋白(FPN)是HIF-2的

靶基因的研究一致。二价金属转运体1(DMT1)和转铁蛋白受体(TfR)参

与铁的输入。虽然DMT1mRNA表达保持不变,TfRmRNA从缺氧4

h时开始减少(图1C和D)。基因结果显示铁转出，从低氧处理8h开

始，血浆铜蓝蛋白(CP)和FPN显著增加(图1E和F)。研究显示低氧条

件下细胞内的铁减少。检测与铁储存相关的基因，发现从低氧8h开

始，铁蛋白重链(FTH)和轻链(FTL)mRNA的表达增加(图1G和H)。线

粒体铁蛋白(FTMT)的mRNA并不受缺氧影响，说明HIF不可能直接调

控人巨噬细胞中的FTMT(图1I)。NCOA4和PCBP1对于从储存蛋白

中释放铁是至关重要的。PCBP1，HERC2的mRNA的表达量在缺氧

下没有改变。NCOA4的mRNA表达在缺氧4小时后达到显著水平(图

1L)。NCOA4可引导铁蛋白进入自噬溶酶体。NCOA4mRNA的减少

可能提示了铁自噬与缺氧之间的联系。

2.缺氧条件下，铁自噬减少

Western分析NCOA4的表达，探究缺氧状态下铁自噬是否受限

(图2A)。与mRNA结果一致，NCOA4蛋白在缺氧4小时时显著下降。

以往研究表明NCOA4被自噬相关蛋白(ATG)激活，引导FTH和FTL到

自噬小体。低表达NCOA4应能增强低氧下的铁蛋白丰度。因此,我们

分析了FTH、FTL和FTMT在蛋白质水平(图2B-D)。缺氧4h后,所有

铁蛋白亚型显著增加,16-24h后，增加更明显。抑制NCOA4可以显

著提高FTH和FTMT蛋白的表达(图2E)，而FTL并不显著。铁输出增

加与铁蛋白稳定输入减少可能表明在低氧条件下，巨噬细胞利用这一

机制减少细胞内不稳定的铁储存，以减少氧化还原应激。

3.NCOA4的调节依赖JNK

SP600125抑制JNK，LY294002抑制PI3K，SB203580抑制

p38MAPK，AKTVIII抑制AKT，使用雷帕霉素抑制mTOR，并在常

氧和缺氧条件下测定NCOA4mRNA的表达(图3A)。NCOA4mRNA

在缺氧状态下降低，只有SP600125和LY294002挽救了这种降低。

常氧条件下，SP600125