低氧调控铁调节蛋白（IRPs）对神经细胞铁稳态的影响

神经细胞铁稳态在脑功能活动中非常重要，哺乳动物有复杂精细的调控机制以维持其铁稳态。低氧可引起脑组织铁摄入的增加和积聚，脑组织的铁积聚是多数神经退行性疾病的主要原因，但脑铁转换比肝脏慢得多, 神经细胞的摄铁机制和铁稳态调节也远比肝细胞复杂。低氧会促发一系列基因表达的改变以适应低氧，铁调节蛋白（Iron Regulatory Proteins, IRPs）是胞浆内的RNA结合蛋白，能感应细胞内铁浓度并与铁蛋白、转铁蛋白受体等mRNA上的铁反应元件结合，控制这些蛋白的翻译，在维持细胞内铁稳态中起关键作用。神经细胞对低氧特别敏感，IRPs的表达是否受低氧的直接调控值得作深入探究。该项目旨在研究低氧通过调控细胞IRPs影响其它铁代谢蛋白和铁稳态，以此了解神经细胞在适应低氧时对自身铁稳态的调节过程，阐述低氧应激与铁代谢的关系及病理生理意义，为防治各类缺血/低氧性疾病以及神经退行性病提供必要的信息。

铁调节蛋白（IRP1和IRP2）是胞浆内的RNA结合蛋白，在维持细胞内铁稳态中起关键作用。神经细胞铁稳态在脑功能活动中非常重要，而神经细胞对低氧特别敏感，故本项目旨在探讨IRP1和IRP2的调控区是否存在有功能的低氧反应元件(HRE), 低氧怎样通过调控IRPs影响神经细胞铁代谢蛋白和铁稳态。本项目从5个方面进行了研究，结果表明：（1）低氧不同时间对神经细胞SH-SY5Y的IRP1和IRP2蛋白表达产生不同的影响，IRP1蛋白表达先降低后增高，低氧2小时最低，IRP2蛋白表达则先增高后降低，低氧2小时最高，二者的变化表现出此消彼长的特征；（2）通过经典的凝胶电泳迁移实验、染色质免疫沉淀技术和萤光素报告基因研究证明了IRP1和IRP2基因的5’-非翻译区实际存在HIF-1结合位点并检测验证了它们的功能，低氧可诱导神经细胞HIF-1与IRP1基因5’-非翻译区的HRE1, HRE2和HRE3以及IRP2基因5’-非翻译区上唯一的HRE的特异性结合并调控神经细胞IRPs的表达，IRP1和IRP2均为HIF-1 的靶基因；（3）1%低氧增加神经细胞储铁蛋白Ft-L和膜铁转运蛋白FpN的表达，在1-6小时内呈现时间依赖性；低氧可引起细胞二价铁摄入和可变铁池LIP增加，低氧2小时最为明显，低氧时间的延长，增幅变小；低氧2-6小时对神经细胞内总铁水平影响不明显。即低氧6小时内，神经细胞通过适应性调节，保持相对稳定的细胞铁水平；（4）通过基因沉默的方法分别下调IRP1和IRP2基因的表达，Ft-L表达显著增强, FpN表达降低，LIP含量升高，细胞总铁水平显著增加，表明IRP1和IRP2在低氧情况下可通过调节Ft-L和FpN来抑制神经细胞内铁增加，具有在低氧下调控神经细胞铁稳态的功能；（5）通过构建IRP1高表达质粒增加外源性IRP1表达，低氧进一步增加 TfR1和DMT1表达，提示低氧下IRP1可通过增加铁摄入蛋白TfR1和DMT1的表达量参与细胞内铁稳态的调节。本项目揭示了神经细胞在应对低氧刺激时通过HIF-1调控IRP1和IRP2的表达，并通过IRP1和IRP2实现对细胞内铁稳态的调节过程，低氧调控的IRPs表达在调控神经细胞铁稳态中起了重要作用，这是神经细胞适应急性低氧，维持细胞正常生理活动的一种内在调节机制。本研究为防治脑缺血/低氧性疾病以及神经退行性病提供了重要的信息。