铁死亡 | 王福俤/方学贤团队揭示肝损伤铁死亡调控新机制

近日，王福俤课题组和杭州师范大学方学贤课题组合作在国际学术期刊Advanced Science（Q1, 影响因子17.521 ）发表了题为“Malic Enzyme 1 as a Novel Anti-Ferroptotic Regulator in Hepatic Ischemia/Reperfusion Injury”的研究论文。该研究基于小鼠肝脏缺血再灌注损伤模型筛选到了肝脏抗铁死亡新基因苹果酸酶Me1并阐明其作用机制，为丰富完善铁死亡调控理论体系及相关肝脏疾病的防治提供重要依据。

肝脏缺血再灌注（ischemia/reperfusion，I/R）损伤是肝切除、肝移植等肝脏外科手术中常见的并发症，也是导致手术效果不佳，肝脏移植失败等不良预后的主要原因之一。严重的缺血再灌注损伤可导致肝细胞的大量死亡，进而造成肝脏功能衰竭，甚至患者死亡。

铁死亡（ferroptosis）是2012年才被正式揭示与命名的一种铁依赖的程序性细胞死亡模式。它的出现不但更新了我们对细胞死亡的认识，而且给一系列重大疾病的防治带来了新的希望。

2014年报道了铁死亡在肝脏I/R损伤中发挥的重要作用。虽然铁死亡在肝脏缺血再灌注损伤中的存在已经被揭示，但其分子机制与调控网络却并不清楚。哪些关键基因决定了肝脏对铁死亡相关缺血再灌注损伤的敏感程度？类似这些问题一直困扰着研究人员，也严重妨碍了靶向铁死亡新疗法向临床应用的转化。

研究团队构建了稳定的小鼠肝脏缺血再灌注损伤模型，在充分分析和理解这种肝损伤模型的代谢特征后，创造性地设计了基于NADPH分解与合成通路的筛选思路。NADPH是细胞内消除脂质过氧化物的重要还原剂。它一方面参与胱氨酸（cystine）到半胱氨酸（cysteine）的分解代谢过程，后者是细胞合成还原型谷胱甘肽（GSH）的关键原料；另一方面还可将氧化型谷胱甘肽（GSSG）还原为GSH，从而发挥抑制铁死亡的重要作用。

ME1的筛选与验证。来自论文Figure 2

通过系统筛选目前已知的能产生NADPH的生化反应，发现苹果酸酶Malic Enzyme 1 (ME1)表达显著下调，而其他基因表达无差异。此外，ME1的蛋白表达与酶活性也在缺血再灌注后的肝脏组织中显著降低，与基因表达变化趋势一致。这些证据均提示，ME1的下调很可能是缺血再灌注损伤中肝脏NADPH耗竭的直接原因，进而导致了半胱氨酸与GSH合成不足及铁死亡易感性增加。

为研究ME1抑制肝脏铁死亡的生理功能和机制，我们通过基因打靶技术构建得到了ME1flox/flox小鼠。经过与Alb-Cre工具鼠数代杂交，获得肝实质细胞特异性ME1敲除小鼠。该基因敲除小鼠在造模之后血清肝损伤标志物上升程度和肝脏病理改变明显加重，提示肝损伤加剧。究其原因，则是NADPH合成不足导致GSH耗竭和铁死亡进一步激活。

ME1肝脏敲除加重I/R介导的小鼠肝脏铁死亡和组织损伤。来自论文Figure 3

另一方面，由于目前尚无可靠的特异性激动剂可用，研究团队还选择通过补充ME1的底物苹果酸来激活ME1依赖的生化反应。结果显示，相较于单纯的模型组，苹果酸处理能明显抑制被手术激活的肝脏铁死亡水平，说明其对铁死亡的抑制作用。同时， I/R处理导致的肝损伤也显著缓解。这些结果即支持ME1调控肝损伤中铁死亡发生的科学假设，也提示苹果酸补充有潜力成为临床防治肝脏缺血再灌注损伤的新疗法。

在分子机制的探究中，团队通过数据库挖掘发现PTEN肝脏特异性敲除小鼠的ME1表达持续增强，从而提出PTEN通过下游PI3K/AKT/mTOR信号通路参与调控肝脏ME1表达的科学假说，并得到了后续小分子抑制剂实验的证实。作为调控机体众多代谢通路的核心分子，mTOR可以调控一系列转录因子来调控下游基因的表达。研究团队发现其中的SREBP1极可能是肝脏中mTOR用于调控ME1表达的关键转录因子。利用腺相关病毒（AAV）在小鼠过表达SREBP1可以激活肝脏ME1转录，从而缓解I/R介导的铁死亡和肝损伤。

机制示意图。来自论文Figure 7

综上所述，这项研究聚焦肝损伤中铁死亡发生机制这一前沿基础问题，借助新颖的研究思路、完备的实验体系和具有独特优势的模式动物，深入而系统地阐明铁死亡新基因ME1在肝I/R损伤中的功能与调控机制，为相关肝脏疾病防治提供关键靶点及重要理论依据。

来源：铁死亡Club

论文链接：

https://doi.org/10.1002/advs.202205436

转自：“威斯腾生命科学研究院”微信公众号

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