摘　要 ：鐵泵蛋白 (ferroportin, FPN/SLC40A1) 是目前哺乳動(dòng)物中唯一已知的鐵外排膜蛋白，在調(diào)控機(jī)體鐵穩(wěn)態(tài)代謝過(guò)程中發(fā)揮重要作用。近年，圍繞 FPN 蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)鐵離子生理功能及其分子調(diào)控機(jī)制方面取得了令人矚目的研究進(jìn)展。FPN 蛋白通過(guò)從細(xì)胞內(nèi)向外轉(zhuǎn)運(yùn) Fe2+ 參與許多關(guān)鍵生理過(guò)程，如細(xì)胞代謝、細(xì)胞命運(yùn)以及鐵死亡 (ferroptosis) 等。鐵調(diào)素 (Hepcidin) 作為肝臟分泌的多肽，通過(guò)與 FPN 蛋白結(jié)合導(dǎo)致 FPN 內(nèi)化降解，從而抑制小腸鐵吸收及巨噬細(xì)胞的鐵再循環(huán)，因此，Hepcidin-FPN 軸是機(jī)體系統(tǒng)性鐵穩(wěn)態(tài)調(diào)控的核心樞紐。然而，F(xiàn)PN 的具體降解機(jī)制一直是鐵代謝領(lǐng)域內(nèi)的熱點(diǎn)及難點(diǎn)。近期，本研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn) E3 泛素連接酶 RNF217 介導(dǎo) FPN 降解及其受 TET1 ( 甲基胞嘧啶雙加氧酶 1) 修飾調(diào)控鐵穩(wěn)態(tài)代謝的新機(jī)制。臨床研究發(fā)現(xiàn)，攜帶 FPN 基因突變的個(gè)體出現(xiàn)不同臨床表現(xiàn)的血色病。此外，有研究報(bào)道 FPN 在肝臟疾病、腸道疾病、心臟疾病、貧血及癌癥中發(fā)揮重要作用，提示 FPN 或可成為防治這些疾病的關(guān)鍵靶點(diǎn)。本文系統(tǒng)綜述了 FPN 在金屬離子轉(zhuǎn)運(yùn)、疾病發(fā)生及分子調(diào)控機(jī)制等方面的國(guó)內(nèi)外最新研究進(jìn)展，并就未來(lái)研究方向進(jìn)行了展望和討論。

　　關(guān)鍵詞 ：鐵 ;鐵泵蛋白 ;鐵調(diào)素 ;離子轉(zhuǎn)運(yùn) ;血色病

　　鐵作為生命體必需微量元素，不僅是合成血紅蛋白的原料，更是許多氧化還原酶類的輔助因子，對(duì)于氧氣運(yùn)輸、線粒體呼吸及 DNA 合成等具有重要意義 [1]。因此，鐵在機(jī)體維持生命健康中扮演重要角色。機(jī)體內(nèi)鐵穩(wěn)態(tài)受到精密調(diào)控，鐵缺乏或鐵過(guò)載都會(huì)影響人類健康。機(jī)體鐵缺乏時(shí)多表現(xiàn)為頭暈、煩躁、易怒及免疫力減弱，甚至引起缺鐵性貧血 [2-3] ;而機(jī)體鐵過(guò)載時(shí)會(huì)產(chǎn)生過(guò)量的自由基，破壞蛋白質(zhì)、核酸和細(xì)胞膜功能，引起細(xì)胞毒性，嚴(yán)重時(shí)可引起遺傳性血色病 [4-5]。

　　細(xì)胞內(nèi)鐵過(guò)載時(shí)亦可引發(fā)鐵死亡 (ferroptosis) ;鐵死亡是基于脂質(zhì)的活性氧積累引起的一種鐵依賴性細(xì)胞死亡形式，其發(fā)生機(jī)制、形態(tài)學(xué)特征、生化特征及分子標(biāo)志物均不同于細(xì)胞自噬、凋亡和壞死 [6] ;鐵死亡在心血管疾病、肝臟疾病及神經(jīng)退行性疾病如阿爾茨海默病(Alzheimer's disease, AD) 和腦出血等的發(fā)生發(fā)展中起重要作用 [7-10]。由此可見(jiàn)，維持機(jī)體內(nèi)鐵穩(wěn)態(tài)對(duì)于機(jī)體健康的保持是非常有必要的。鐵泵蛋白(ferroportin, FPN)，作為目前哺乳動(dòng)物中唯一已知的鐵外排膜蛋白，通過(guò)將細(xì)胞內(nèi)的 Fe2+ 轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞外而維持細(xì)胞內(nèi)的鐵水平，其表達(dá)高低直接關(guān)系到細(xì)胞內(nèi)外的鐵水平 [11]。

　　因此，F(xiàn)PN 在維持機(jī)體和細(xì)胞鐵穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮關(guān)鍵作用。已有研究揭示 FPN 介導(dǎo)的鐵穩(wěn)態(tài)失衡參與了腸道、骨骼、大腦及肝臟等組織器官相關(guān)疾病的發(fā)生發(fā)展，深入探究 FPN 的生理功能及相關(guān)的分子機(jī)制可為診治此類疾病提供重要理論依據(jù)。FPN 蛋白，由基因 FPN 編碼，又被稱為鐵調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白 1 (iron-regulated transporter 1, IREG1) 或金屬轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白 1 (metal transporter protein 1, MTP1)。哈佛醫(yī)學(xué)院 Leonard I. Zon 團(tuán)隊(duì) [12] 最早于 2000 年用斑馬魚(yú)模型發(fā)現(xiàn)該基因并命名為 Ferroportin(FPN)，其在調(diào)節(jié)細(xì)胞和機(jī)體鐵水平中起關(guān)鍵作用 [13-14]。從 FPN 被發(fā)現(xiàn)并命名到 2021 年其人源結(jié)構(gòu)被解析，關(guān)于 FPN 有了一系列里程碑式科學(xué)發(fā)現(xiàn) [7, 11-12, 15-38]。FPN 的表達(dá)具有組織特異性，主要表達(dá)在十二指腸上皮細(xì)胞、肝臟 Kupffer 細(xì)胞、脾臟紅髓巨噬細(xì)胞、門(mén)靜脈周圍肝細(xì)胞以及胎盤(pán)合體滋養(yǎng)層細(xì)胞 [39]。

　　鐵調(diào)素 (Hepcidin) 是一種含有 25 個(gè)氨基酸的肽，主要由肝細(xì)胞分泌到血漿中，它可與細(xì)胞膜上的 FPN 蛋白結(jié)合，導(dǎo)致 FPN 內(nèi)化降解，從而抑制巨噬細(xì)胞鐵釋放和十二指腸鐵吸收，平衡機(jī)體鐵穩(wěn)態(tài) [20, 39]。有研究證實(shí)腸道樹(shù)突狀細(xì)胞也可分泌Hepcidin，在調(diào)節(jié)微生物平衡和促進(jìn)腸道修復(fù)中起重要作用[40]。Hepcidin與FPN結(jié)合觸發(fā)其構(gòu)象變化，使 FPN 的賴氨酸可通過(guò) E3 泛素連接酶環(huán)指蛋白 217 (RING finger protein 217, RNF217) 進(jìn)行泛素化 ;在鐵存在的情況下，鐵依賴性雙加氧酶 (irondependent dioxygenase) Tet1 通過(guò)去甲基化激活基因RNF217 的轉(zhuǎn)錄并升高其細(xì)胞內(nèi)濃度，從而促進(jìn)FPN 的內(nèi)吞作用和蛋白質(zhì)水解 [38]。

　　因此，低 Hepcidin狀態(tài)的特征是鐵轉(zhuǎn)運(yùn)活躍組織中 FPN 蛋白表達(dá)水平高，鐵迅速外排到細(xì)胞外液和血漿中。與此相反，循環(huán)中高濃度 Hepcidin 導(dǎo)致 FPN 從細(xì)胞膜上降解，鐵向血漿的外排減少。Hepcidin-FPN 調(diào)節(jié)軸是整個(gè)鐵穩(wěn)態(tài)的核心 [30]。該軸受到轉(zhuǎn)錄因子、炎癥、缺氧、貧血及鐵含量等多種機(jī)制的調(diào)節(jié)。FPN 在體內(nèi)鐵外排中的關(guān)鍵作用是通過(guò)一系列轉(zhuǎn)基因小鼠確定的。FPN 全身敲除小鼠并沒(méi)有完成胚胎發(fā)育 ;腸細(xì)胞特異性敲除 FPN 的成年小鼠也迅速變得貧血，表明FPN對(duì)于腸吸收鐵是必需的[20]。進(jìn)一步使巨噬細(xì)胞和肝細(xì)胞中的 FPN 失活的工作表明，這些細(xì)胞需要 FPN 來(lái)有效動(dòng)員儲(chǔ)存的鐵 [27, 29]。FPN可轉(zhuǎn)運(yùn)Fe2+已被證實(shí)。但是也有研究表明，F(xiàn)PN 還可能轉(zhuǎn)運(yùn) Mn2+，進(jìn)一步豐富了 FPN 的轉(zhuǎn)運(yùn)調(diào)控網(wǎng)絡(luò) [41-44]。本文旨在對(duì) FPN 調(diào)控金屬離子轉(zhuǎn)運(yùn)的生理功能、分子機(jī)制及其對(duì)代謝紊亂疾病的調(diào)控等進(jìn)行系統(tǒng)綜述。

　　1 FPN的發(fā)現(xiàn)及研究進(jìn)展

　　機(jī)體對(duì)鐵的吸收是通過(guò)十二指腸黏膜刷狀緣來(lái)實(shí)現(xiàn)的，但是鐵如何通過(guò)基底外側(cè)膜轉(zhuǎn)移到血液中機(jī)制未知，針對(duì)這一關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題的探索導(dǎo)致了 FPN 蛋白的發(fā)現(xiàn) 。首先發(fā)現(xiàn) FPN 的兩篇重要論文發(fā)表于 2000 年幾乎同一時(shí)間。Robert J.Simpson ( 英國(guó) )、 Matthias W. Hentze ( 德國(guó) ) 和 MatthiasA. Hediger ( 英國(guó) ) 三個(gè)實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合 [15]，利用非洲爪蟾 (Xenopus laevis) 卵母細(xì)胞進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)了在腸上皮細(xì)胞基底膜上具有外排鐵離子功能的蛋白并將其命名為 Ireg1，該成果于 2000 年 1 月 25 日發(fā)表在 Molecular Cell 雜志，其投稿時(shí)間為 1999 年 10 月26 日。Zon 團(tuán)隊(duì) [12] 使用定位克隆技術(shù)鑒定出導(dǎo)致斑馬魚(yú)突變體低色素性貧血的基因并將其命名為ferroportin，詳細(xì)展示了 FPN 蛋白外排細(xì)胞鐵的重要功能。

　　Zon 團(tuán)隊(duì)成果于 2000 年 2 月 17 日以 Article形式正式發(fā)表在 Nature 雜志，該論文投稿時(shí)間為1999 年 12 月 16 日。從 2001 年至 2003 年，研究相繼發(fā)現(xiàn)基因 FPN 突變可導(dǎo)致常染色體顯性遺傳性血色病 [16]，膜蛋白 FPN 的表達(dá)與肝臟 Hepcidin 的分泌成負(fù)相關(guān) [17]，基因 FPN mRNA 中存在鐵反應(yīng)元件 (iron response element, IRE) 可影響基因的表達(dá) [18]，豐富了 FPN 的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。2004 年，Nemeth等 [19] 首次報(bào)道 Hepcidin 可與 FPN 結(jié)合誘導(dǎo)其內(nèi)化來(lái)控制細(xì)胞內(nèi)鐵外排，提示 FPN 功能的實(shí)現(xiàn)受到Hepcidin 的調(diào)節(jié)。2005 年，陸續(xù)有研究報(bào)道 FPN對(duì)鐵穩(wěn)態(tài)的維持至關(guān)重要 [20]，其突變可引起兩種不同發(fā)病機(jī)制的血色病 [21]，巨噬細(xì)胞膜上 FPN 的表達(dá)直接受到鐵負(fù)荷和 Hepcidin 的影響 [22]，進(jìn)一步加深了人們對(duì) FPN 的認(rèn)識(shí)。從 2007 年到 2011 年，王福俤課題組發(fā)現(xiàn) Mon1a 基因變異會(huì)影響 FPN 蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)并改變小鼠的巨噬細(xì)胞鐵負(fù)荷 [24]，而且 FPN在巨噬細(xì)胞釋放鐵的過(guò)程中起重要作用 [27]，提示巨噬細(xì)胞的鐵水平很大程度上取決于 FPN 的功能發(fā)揮。

　　其中，Zhang 等 [45] 于 2009 年發(fā)現(xiàn)了另一種剪接變體 FPN 1B，其 mRNA 不含 IRE 并且在缺鐵時(shí)翻譯不受抑制，揭示了 FPN 的又一重要功能。2012 年，Qiao 等 [28] 發(fā)現(xiàn) Hepcidin 誘導(dǎo)的 FPN內(nèi)吞作用依賴于 FPN 泛素化，但是相關(guān)的 E3 泛素連接酶一直未確定 ;直到 2021 年，王福俤團(tuán)隊(duì) [46]首次報(bào)道 RNF217 通過(guò)其 E3 泛素連接酶活性來(lái)介導(dǎo) FPN 降解從而調(diào)節(jié)鐵穩(wěn)態(tài)，表明 Tet1-RNF217-FPN 軸調(diào)節(jié)鐵穩(wěn)態(tài)，揭示了 FPN 相關(guān)疾病的治療新靶點(diǎn)，此項(xiàng)工作得到了同行專家的高度評(píng)價(jià) [47-48];2012 年，王福俤團(tuán)隊(duì) [29] 還利用組織特異敲除 FPN小鼠研究發(fā)現(xiàn)，體內(nèi)鐵儲(chǔ)備的動(dòng)員需要肝細(xì)胞和巨噬細(xì)胞中 FPN 的參與，證實(shí)了 FPN 在鐵循環(huán)中的關(guān)鍵角色。

　　從 2014 年至 2019 年，有研究報(bào)道 FPN C326S突變可抵抗 Hepcidin 降解并造成嚴(yán)重的鐵過(guò)載 [30]，Sabelli 等 [31] 的研究揭示了人類巨噬細(xì)胞 FPN 的生物學(xué)基礎(chǔ)以及引起 FPN 相關(guān)血色病的原因，而Aschemeyer 等 [32] 通過(guò) FPN 的結(jié)構(gòu) - 功能分析解釋了 Hepcidin 的結(jié)合位點(diǎn)和作用機(jī)制，從結(jié)構(gòu)上分析了有關(guān)原因 ;Zhang 等 [11, 33] 發(fā)現(xiàn)紅細(xì)胞 FPN 可降低細(xì)胞內(nèi)鐵積累、溶血和患瘧疾風(fēng)險(xiǎn) ，其缺失可使紅細(xì)胞因氧化應(yīng)激而導(dǎo)致溶血 ;Muriuki 等 [34] 報(bào)道FPN Q248H 突變可預(yù)防貧血，但不能預(yù)防瘧疾或菌血癥 ;口服 FPN 抑制劑 VIT-2763 可改善 β- 地中海貧血中的無(wú)效紅細(xì)胞生成 [35]。以上研究提示，F(xiàn)PN對(duì)于紅細(xì)胞發(fā)揮正常功能起關(guān)鍵作用。

　　2020 年，Billesbølle 團(tuán)隊(duì) [36] 利用冷凍電鏡解析了人源 FPN的結(jié)構(gòu)，揭示了 FPN 與 Hepcidin 互作的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，解釋了鐵穩(wěn)態(tài)平衡的原因，成果發(fā)表在 Nature，為深入探索 FPN 的功能提供了重要的參考依據(jù)。僅數(shù)周后 Pan 等 [37] 在 Nature Communications 發(fā)表菲律賓眼鏡猴 FPN 蛋白結(jié)構(gòu)成果。Bao 等 [8] 報(bào)道靶向 miR-124/FPN 信號(hào)可抑制細(xì)胞凋亡和鐵死亡從而改善神經(jīng)元狀況。2021 年，Bao 等 [7] 報(bào)道 FPN 的缺失通過(guò)促進(jìn) AD 中的鐵死亡來(lái)誘導(dǎo)記憶障礙，提示 FPN 在鐵死亡的發(fā)生中起重要作用。FPN 是否還有其他功能，有待進(jìn)一步探索。

　　2 FPN的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及金屬離子轉(zhuǎn)運(yùn)功能

　　2.1 FPN的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)人源

　　FPN 蛋白含有 571 個(gè)氨基酸和 12 個(gè)跨膜結(jié)構(gòu)域 ( 圖 2)[49]。FPN 是一種多跨膜蛋白，之前關(guān)于其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和功能狀態(tài)存在爭(zhēng)議。有研究表明，F(xiàn)PN 蛋白的 C 端和 N 端都在細(xì)胞內(nèi)，其二聚化發(fā)生在細(xì)胞內(nèi) [50]。之前通過(guò)使用表位標(biāo)記的 FPN 的免疫共沉淀研究發(fā)現(xiàn) FPN 是多聚體 [51]。De Domenico等 [23] 通過(guò)蛋白質(zhì)印跡分析發(fā)現(xiàn)，內(nèi)源性 FPN 是一種二聚體。Aschemeyer 等 [32] 的計(jì)算模型研究顯示，Hepcidin 與 FPN 的結(jié)合發(fā)生在 FPN 的中央腔內(nèi)并且 Hepcidin 與多達(dá) 4 個(gè)螺旋相互作用，F(xiàn)PN 的突變會(huì)降低與 Hepcidin 的結(jié)合力，也會(huì)阻礙 FPN 的泛素化和內(nèi)吞作用所需的構(gòu)象變化。Pan 等 [37] 的研究展示了菲律賓眼鏡猴 FPN (ferroportin from Philippinetarsier, tsFPN) 的結(jié)構(gòu)，其由兩個(gè)結(jié)構(gòu)域組成，每個(gè)域各含一個(gè)金屬離子結(jié)合位點(diǎn)。其次，tsFPN 是一種電中性的 H+/Fe2+ 反向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，每個(gè) Fe2+ 與兩個(gè) H+ 以相反的方向被轉(zhuǎn)運(yùn)。

　　直到 2020 年 3 月，Billesbølle 等 [36] 利用冷凍電鏡才揭開(kāi)人源 FPN 結(jié)構(gòu)的面紗。研究表明，F(xiàn)PN 包含十二個(gè)跨膜結(jié)構(gòu)域排列的螺旋，其 N 端和 C 端結(jié)構(gòu)域都由六個(gè)螺旋組成，有一個(gè)大的中心空腔，該空腔向細(xì)胞外開(kāi)放，在細(xì)胞內(nèi)封閉，Hepcidin 通過(guò)引起細(xì)胞內(nèi)環(huán)3 (intracellular loop 3, ICL3) 中賴氨酸殘基的泛素化來(lái)調(diào)節(jié) FPN ;其中，K240 對(duì) Hepcidin 誘導(dǎo)的 FPN內(nèi)化和降解至關(guān)重要。Hepcidin 通過(guò)與位于第七跨膜結(jié)構(gòu)域 (seven-span transmembrane, TM7) 內(nèi)的關(guān)鍵殘基進(jìn)行重要的相互作用來(lái)結(jié)合 FPN 的向外開(kāi)放構(gòu)象，TM7b 中的 C326S 突變可導(dǎo)致鐵超載。這些發(fā)現(xiàn)詳細(xì)解釋了 FPN 介導(dǎo)鐵轉(zhuǎn)運(yùn)和 Hepcidin 調(diào)節(jié)的分子機(jī)制，對(duì)進(jìn)一步了解鐵穩(wěn)態(tài)具有重要意義。FPN 與 Hepcidin 結(jié)合后，就會(huì)被酪氨酸磷酸化，然后內(nèi)化、去磷酸化并隨后泛素化，泛素化的 FPN通過(guò)多泡體途徑運(yùn)輸?shù)酵砥趦?nèi)體 / 溶酶體中進(jìn)行降解 [52]。

　　3 FPN蛋白調(diào)節(jié)機(jī)制

　　3.1 FPN基因表達(dá)調(diào)控

　　3.1.1 FPN基因轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控

　　FPN 在轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)錄后和翻譯后水平上受到調(diào)控 [139]。FPN 可以通過(guò)鐵及其他過(guò)渡金屬進(jìn)行轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)，也可以通過(guò)鐵調(diào)素介導(dǎo)的內(nèi)化和降解進(jìn)行翻譯后調(diào)節(jié)。研究表明，鋅和鎘通過(guò)金屬轉(zhuǎn)錄因子 -1(metal transcription factor-1, MTF-1) 的作用誘導(dǎo)FPN轉(zhuǎn)錄 [13]。IRE 是約 35 個(gè)核苷酸 (nucleotide, nt) 的莖環(huán) RNA 結(jié)構(gòu)，位于 mRNA 的 5' 或 3' 非翻譯區(qū)(untranslated region, UTR)，通過(guò)與鐵調(diào)節(jié)蛋白 (ironregulatory protein, IRP)相互作用介導(dǎo)轉(zhuǎn)錄后調(diào)控[140]。FPN mRNA 5' UTR包含一個(gè)IRE[141]。

　　在缺鐵條件下，它與 IRP 蛋白結(jié)合，抑制翻譯 [18]。因此，鐵在翻譯水平上增強(qiáng) FPN 的表達(dá)。FPN 3' UTR 可被細(xì)胞缺鐵誘導(dǎo)的 miR-485-3p 靶向調(diào)控 [142]。隨著細(xì)胞鐵水平的升高，這種 miRNA 的下調(diào)也可能導(dǎo)致 FPN 表達(dá)的增加。多諾瓦利什曼原蟲(chóng) (Leishmania donova)通過(guò)誘導(dǎo) IRP 與 FPN 5' UTR 中存在的 IRE 結(jié)合來(lái)抑制 FPN 翻譯，從而增加巨噬細(xì)胞內(nèi)用于繁殖的鐵含量 [143]。FPN 在其啟動(dòng)子序列轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)上游含有一個(gè) 7 kb 的抗氧化反應(yīng)元件 (antioxidantresponse element, ARE)[144]，該元件可以與 Bach1 或Nrf2 結(jié)合，導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄抑制或激活。血紅素可引起B(yǎng)ach1 降解，導(dǎo)致 FPN 轉(zhuǎn)錄激活 [39]。然而，研究證實(shí)十二指腸上皮細(xì)胞和前體紅細(xì)胞可表達(dá)另一種剪接變體 FPN1B mRNA，其編碼相同的 FPN 蛋白。但 FPN1B mRNA 的 5' UTR 中不含 IRE，所以在缺鐵的情況下，其翻譯不受 IRP 的抑制。

　　腸上皮細(xì)胞中的鐵耗竭時(shí)，腸道缺氧誘導(dǎo)因子(hypoxia-induciblefactor, HIF)-2α mRNA 的翻譯不被抑制，F(xiàn)PN 蛋白和 mRNA 表達(dá)反而增加，說(shuō)明 IRE/IRP 系統(tǒng)未發(fā)揮作用，這很大可能是因?yàn)?FPN 1B 的存在。低鐵情況下，前體紅細(xì)胞中 FPN1B 的表達(dá)上調(diào)可促進(jìn)鐵外排，有助于機(jī)體鐵穩(wěn)態(tài)的恢復(fù) [39, 45]。研究表明，HIF-2α 對(duì)于全身性鐵缺乏和鐵過(guò)載的局部吸收反應(yīng)至關(guān)重要。肝臟的 Hepcidin 在鐵缺乏、貧血和鐵過(guò)載時(shí)可調(diào)節(jié)腸道 HIF-2α，其配體FPN 通過(guò)調(diào)節(jié)鐵依賴性腸道脯氨酰羥化酶的活性來(lái)控制細(xì)胞自主鐵流出以穩(wěn)定和激活 HIF-2α[145]。野生型小鼠喂食低鐵飼料 2 周后，F(xiàn)PN 在十二指腸的表達(dá)反而增加，此過(guò)程需要 HIF-2α 的參與，其原因是 HIF-2α 與十二指腸上皮細(xì)胞 FPN1B 啟動(dòng)子區(qū)域中的 HIF 響應(yīng)元件 (HIF response element, HRE)結(jié)合，從而啟動(dòng) FPN 的轉(zhuǎn)錄。

　　因此，靶向抑制HIF-2α 可減少低鐵飲食小鼠的 FPN 表達(dá)，表明FPN 在全身鐵水平變化后的轉(zhuǎn)錄調(diào)控機(jī)制。即便是HIF-1α 存在的情況下，缺乏 HIF-2α 的小鼠在缺鐵時(shí)也不能上調(diào)十二指腸 FPN mRNA[146]。因此，缺氧和缺鐵時(shí)，HIF-2α在上調(diào)FPN轉(zhuǎn)錄中起主導(dǎo)作用。腸細(xì)胞中 HIF 的激活會(huì)導(dǎo)致頂膜 DMT1 和 DcytB的上調(diào)，基底外側(cè) FPN 也會(huì)上調(diào) [146-147]。利用動(dòng)物模型進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，缺氧信號(hào)可刺激 EPO 生成，通過(guò)穩(wěn)定十二指腸 FPN 加強(qiáng)鐵吸收 [148]。此外，在實(shí)驗(yàn)誘導(dǎo)小鼠急性貧血期間，F(xiàn)PN 在轉(zhuǎn)錄水平受到調(diào)節(jié)。FPN mRNA 水平在十二指腸和脾臟巨噬細(xì)胞中增加，在前體紅細(xì)胞中顯著下調(diào)，HIF-1α 和HIF-2α 在細(xì)胞和組織中的表達(dá)差異可解釋 FPN 調(diào)節(jié)的特異性 [149]。小鼠中銅的缺乏不僅可導(dǎo)致貧血，還上調(diào) HIF-2α，進(jìn)而影響到 FPN 的表達(dá)，改變鐵穩(wěn)態(tài) [150]。

　　4 FPN與鐵死亡

　　鐵死亡是一種新型的細(xì)胞死亡方式，其特征是鐵依賴性的脂質(zhì)氫過(guò)氧化物積累而引發(fā)的細(xì)胞死亡 [199]。鐵死亡參與了心血管疾病、肝臟疾病及神經(jīng)退行性疾病等多種疾病的發(fā)生發(fā)展 [7-10, 200-206]。而FPN 作為鐵的轉(zhuǎn)運(yùn)體，可參與鐵死亡的發(fā)生 [207-211]。FPN 通過(guò)降低細(xì)胞內(nèi)鐵濃度進(jìn)而負(fù)調(diào)節(jié)鐵死亡，其敲降可加速藥物如依拉斯汀、西拉美新、拉帕替尼等誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡，而過(guò)表達(dá) FPN 或使用鐵死亡抑制劑如 Fer-1、Lip-1 等均可顯著減少細(xì)胞死亡和ROS 的產(chǎn)生，提示 FPN 可作為調(diào)控鐵死亡的一個(gè)重要靶點(diǎn) [207-209, 212]。

　　研究發(fā)現(xiàn)，腦出血和 AD 的發(fā)生與鐵死亡有密切關(guān)系，F(xiàn)PN 缺失顯著惡化了疾病的癥狀，而使用鐵死亡抑制劑或過(guò)表達(dá) FPN 同樣可有效改善疾病癥狀 [7-8]。睪丸缺血再灌注損傷引起的生殖細(xì)胞和支持細(xì)胞死亡、早期腦損傷、氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的髓核細(xì)胞死亡、1 型糖尿病引起的認(rèn)知功能障礙以及年齡相關(guān)性白內(nèi)障的發(fā)生，都有鐵死亡的參與，是相應(yīng)細(xì)胞的 FPN 表達(dá)降低而 ROS 大量產(chǎn)生所致 [210, 211, 213-215]。因此，對(duì)于鐵死亡而言，F(xiàn)PN 的重要性不言而喻。

　　另有研究表明，在大鼠先兆子癇模型中，miR-30b-5p 通過(guò)下調(diào) FPN 增加不穩(wěn)定 Fe2+ ，進(jìn)而誘發(fā)鐵死亡 [216]。多種藥物如白消安、葉酸、阿特拉津、棕櫚酸等均可通過(guò)調(diào)控 FPN 的表達(dá)來(lái)影響疾病的發(fā)生發(fā)展 [217-222]。高鐵飲食亦是如此 [223]。也有研究報(bào)道某些基因或蛋白如基因Nrf2、抗衰老蛋白 Klotho、核蛋白 FANCD2 可調(diào)控FPN 表達(dá)影響疾病的進(jìn)程 [224-226]。FPN 作為自噬消除的新底物，其降解可促進(jìn)異種移植腫瘤小鼠模型中的鐵死亡 [227]。靶向 FPN 誘導(dǎo)鐵死亡殺死腫瘤細(xì)胞是某些癌癥治療的新策略 [228-233]。5 FPN與疾病FPN 與許多疾病的發(fā)生發(fā)展都有聯(lián)系 ( 圖 5)。FPN 突變可導(dǎo)致 4 型血色病。此外，F(xiàn)PN 還參與了許多癌癥以及組織器官疾病的發(fā)生，突顯了 FPN的重要作用。

　　6 總結(jié)與展望

　　FPN 作為哺乳動(dòng)物唯一的鐵外排蛋白，主要功能是將細(xì)胞內(nèi)的 Fe2+ 外排進(jìn)入血液中，以供其他組織器官利用。然而，關(guān)于 FPN 的表達(dá)差異是否會(huì)對(duì)體內(nèi)鐵轉(zhuǎn)載的量產(chǎn)生影響，有待進(jìn)一步探索。作為整個(gè)鐵穩(wěn)態(tài)的核心，Hepcidin-FPN 軸受到多因素的調(diào)控，比如缺氧、貧血、缺鐵以及炎癥等。對(duì)FPN 的眾多研究數(shù)據(jù)給人們提供了一定的理論參考，研發(fā)相應(yīng)的藥物具有廣闊的應(yīng)用前景，后續(xù)研究可靶向 Hepcidin-FPN 軸開(kāi)發(fā)藥物來(lái)治療鐵失衡引起的多種疾病。

　　RNF217 是介導(dǎo) FPN 泛素化降解最重要的 E3 泛素連接酶。是否還有調(diào)控 FPN 蛋白降解的其他 E3 泛素連接酶尚未可知，這也是今后研究工作的一個(gè)重點(diǎn)。FPN 在全身的組織細(xì)胞中幾乎都有表達(dá)，以十二指腸細(xì)胞和巨噬細(xì)胞為最多，在骨組織、心臟、肝臟、腸道、大腦等中發(fā)揮重要作用，其不同位點(diǎn)的突變可能會(huì)導(dǎo)致不同的疾病模型。目前，通過(guò)調(diào)控 FPN 表達(dá)引發(fā)鐵死亡的報(bào)道還比較少，主要集中于中樞神經(jīng)系統(tǒng)，其他系統(tǒng)中是否也存在類似的現(xiàn)象有待進(jìn)一步探究，應(yīng)鼓勵(lì)利用已建立的多種FPN 基因敲除小鼠模型開(kāi)展功能及機(jī)制探索。

　　FPN 在人類疾病，如肝臟疾病、腸道疾病、心臟疾病、貧血及癌癥等中的功能，仍需積極探索。已發(fā)表的數(shù)據(jù)提示，F(xiàn)PN 可能是防治這些疾病的重要靶點(diǎn)。對(duì) FPN 開(kāi)展深入研究，既能極大地豐富人們對(duì)金屬元素代謝、SLC 家族膜蛋白功能的理解，又能為疾病防控提供重要的理論依據(jù)和新策略。FPN 組織特異性敲除小鼠模型是研究各組織疾病中 FPN 功能的重要工具，應(yīng)鼓勵(lì)開(kāi)發(fā)出更多的基因敲除小鼠模型來(lái)探索 FPN 可能具有的其他功能，進(jìn)一步豐富 FPN 的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，這對(duì)于更深層次地認(rèn)識(shí)微量元素鐵的作用具有重要意義。

　　[參　考　文　獻(xiàn)]

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　　作者：李大航1,2#，徐　杉1#，蔣　麗1#，蘇韻星1，閔軍霞2*，王福俤1*