肝脏Matriptase-2糖基化修饰调控铁离子转运对放射性肠损伤的影响及机制研究

Effective prevention and treatment of radiation-induced intestinal injury is of great significance for tumor radiotherapy and nuclear accident. Iron is essential for vertebrates, however, excessive amounts of iron in cells cause severe cytotoxicity. Matriptase-2 is a member of the type-II transmembrane serine protease family, which can regulate iron metabolism by hepcidin. Whether hepatic Matriptase-2 affects radiation-induced intestinal injury is not clear. In our preliminary study, we found that ionizing radiation could reduce the N-glycosylation of Matriptase-2 in liver, which could induce the secretion of hepcidin. Increased hepcidin inhibited the ferroportin activity and induced the accumulation of iron in interstinal epithelial cells. This project will use various molecular biology methods and mice model to further explore 1) The effect of the N-glycosylation of Matriptase-2 after ionizing radiation on hepcidin activation and iron homeostasis; 2) The effect of iron transportation regulated by hepcidin on radiation-induced intestinal injury. This project is expected to reveal the new mechanism of intestinal injury induced by ionizing radiation from the perspective of iron ion transportation regulated by hepatic Matriptase-2 and to provide new targets and strategies for the treatment of radiation-induced intestinal injury.

有效防治放射性肠损伤对于肿瘤放疗及应对核事故等具有重要意义。铁是人体必需的微量元素，但细胞中过量的铁沉积会引起严重的细胞毒性。Matriptase-2是高表达于肝脏的II型跨膜丝氨酸蛋白酶家族成员，可调节铁调素分泌影响铁离子代谢。肝脏Matriptase-2对放射性肠损伤的影响尚不清楚。本项目组前期发现电离辐射可抑制肝脏中Matriptase-2糖基化，引起分泌的铁调素增加，抑制肠上皮细胞中膜铁转运蛋白（ferroportin），引起铁沉积。本项目拟在前期研究基础上通过多种分子生物学手段及小鼠动物模型进一步探索 1）电离辐射抑制Matriptase-2糖基化后对铁调素及细胞铁离子稳态的影响；2）肝脏分泌的铁调素调控小肠上皮细胞中铁离子转运对电离辐射引起的损伤的影响。本项目可望从肝脏Matriptase-2调控肠道铁离子转运的角度揭示放射性肠损伤的新机制，为这一疾病的治疗提供新的靶点和策略。

大剂量电离辐射可引起肠上皮细胞，尤其是隐窝细胞DNA损伤，进而导致肠组织损伤，但其潜在分子机制仍不清楚。Matriptase-2是高表达于肝脏的II型跨膜丝氨酸蛋白酶家族成员，由Tmprss6基因编码，可调节铁调素分泌影响铁离子代谢。本项目发现Tmprss6-/-小鼠相较于WT小鼠腹部照射后十二指肠损伤加重和凋亡细胞增加，之后在细胞和动物整体不同水平上，分析电离辐射对正常肠上皮细胞铁离子转运的影响及其上游与下游调控机制，明确了电离辐射在体内外均可诱导肠道细胞铁含量增加并诱导铁死亡的发生发展，降低肠道铁含量通过抑制铁死亡对电离辐射引起的肠道损伤有保护作用，提示铁参与放射性肠损伤的发生进展。Western blot及亚铁离子探针结果显示电离辐射诱导的铁调节相关蛋白的改变以及铁的增加均可以被自噬抑制剂3-MA所抑制，提示电离辐射诱导的铁的增加与细胞自噬有关。进一步实验表明，DFO处理可以恢复电离辐射诱导的线粒体膜电位增加以及ATP的减少，具体机制可能与线粒体铁蛋白（Ferritin Mitochondrial，Ftmt）和线粒体内的铁离子跨膜转运蛋白（mitoferrin1/2，Mfrn1/2）表达有关。针对临床放疗引起的肠损伤及我们的研究结果，证实缺铁饮食有助于减轻电离辐射引起的放射性肠损伤。本研究深入揭示了Matriptse-2和铁在放射性肠损伤中的作用机制，为放射性肠损伤的防治提供了新的方向。同时我们在研究放射性肠损伤的防护时发现rhADAMTS13 在活体水平能够通过降低炎症和氧化应激水平减轻电离辐射所致肠损伤，亦为放射性肠损伤的防护提供了一种新策略。