铁离子转运代谢的动态及分子调控机理研究

铁是人体必需微量元素，过多或过少都会引发多种人类疾病，因此机体内存在复杂而精密的系统调控其平衡代谢。我们近来曾发现新基因Mon1a参与调节膜蛋白Fpn泵铁功能（Nature Genetics，2007）、TRPML1是分布在细胞溶酶体膜上的铁离子(Fe2+)通道（Nature，2008）、Sec15l1突变导致小鼠血红蛋白代谢缺陷（Nature Genetics， 2005）以及蛋白激酶HRI缺失引发地中海性贫血（JCI，2007）等。由于现有实验技术的局限性，铁离子在体内的动态运动以及不同价态变换机制至今还不十分清楚。本项目将以多种铁代谢基因敲除小鼠为模型，充分利用上海同步辐射光源优势，结合其它前沿生物学技术，深入研究铁离子转运代谢的分子机理。本项目不仅为阐明铁稳态调控机理及相关疾病的防治提供实验依据，还将为开展和成熟我国同步辐射大装置在生命科学中应用提供重要的技术和经验积累。

“铁离子转运代谢的动态分子调控机制”研究项目，围绕铁、锌稳态代谢分子机制开展研究，历经三年的努力，取得了一系列可喜的科研成果。第一、阐明泵铁蛋白Fpn1在巨噬细胞对铁再循环和免疫应激的调控机制：Fpn1是目前已知的唯一往细胞外运输铁的跨膜蛋白，有研究提示它存在于巨噬细胞膜并参与铁再循环，但缺乏直接实验证据。我们制备了巨噬细胞特异性敲除Fpn1小鼠模型Fpn1LysM/LysM，小鼠显示贫血和组织铁蓄积表型，并对LPS诱发的内毒素休克以及细菌感染表现抵抗作用（* Blood. 2011;118(7):1912-1922）;第二，揭示Steap3调控巨噬细胞铁稳态代谢规律：研究发现金属还原酶Steap3敲除小鼠巨噬细胞内铁离子分布异常，其胞内可利用铁明显减少；Steap3敲除可明显抑制TLR4介导的TRAM/TRIF通路下游IFN-beta表达与分泌；LPS刺激可引发Steap3敲除小鼠肝脏和脾脏等组织器官铁离子的过度蓄积。这是首次发现Steap3是介导铁代谢与免疫应激间的重要分子（*Haematologica. 2012;97(12):1826-1835）；第三、发现泵铁蛋白Fpn1在肝细胞铁外排发挥关键作用：研究发现Fpn1在肝实质细胞中具有外排铁的作用，但正常粮食饲养的状态下，这种生理功能显示并不显著。在缺铁状态下，Fpn1Alb/Alb小鼠的造血状况与机体铁储备及铁需求量相关。用缺铁饲料饲养Fpn1双敲小鼠后，由于铁吸收和Fpn1介导的铁动员及铁再循环双重受阻，小鼠表现出严重贫血，贫血程度不再和铁储备相关。研究揭示了肝细胞中Fpn1参与铁外排以及在维持整体铁稳态中的关键作用和机制，并进一步阐明铁吸收、铁储备及Fpn1介导的铁动员是相互协调而维持机体铁平衡的复杂网络（*Hepatology . 2012;56:961-971）；第四，揭示锌转运蛋白Zip7在斑马鱼的胚胎发育中起关键作用：利用morpholino-oligonucleotides (MO)技术成功构建了斑马鱼Zip7 knockdown的疾病模型研究揭示锌转运蛋白Zip7在斑马鱼的胚胎发育中起着重要功能，尤其对眼部、神经系统和骨骼的发育起关键作用。