Slc7a11抑制铁死亡的生理效应及机制研究

Ferroptosis is a newly identified iron-dependent, non-apoptotic or necrotic cell death. W recently uncovered a novel regulatory mechanism of ferroptosis in iron overload-related diseases (Hepatology 2017, First author). In addition, we also functionally characterized Slc7a11 as the key regulatory gene in iron induced ferroptosis by using Slc7a11 knockout mice. However, it is currently unknown the roles of Slc7a11 in the process of ferroptosis. Based on our previous study, we hypothesized that Slc7a11 might inhibit ferroptosis. This proposal is designed to test this hypothesis. We aim to investigate the in vivo inhibitory effect of Slc7a11 on iron overload induced ferroptosis by previously successfully established conditional Slc7a11 transgenic mice and genetic iron overload knockout mice in our lab. Notably, our preliminary data show overexpression of Slc7a11 could potently suppress iron-induced ferroptosis in vitro, which sets up a strong rationale for this proposed study. We believe the findings of this proposal, if approved, could not only extend our current knowledge in understanding molecular mechanisms of ferroptosis, but also provide potential novel therapeutic implications for iron overload or ferroptosis related diseases.

铁死亡（Ferroptosis）是近年新发现的一种依赖铁的、不同于凋亡的新型细胞死亡方式。我们前期研究发现铁死亡是血色病等铁过载疾病的重要病理机制；同时利用Slc7a11基因敲除小鼠，我们首次揭示了Slc7a11在铁过载诱发铁死亡过程中的重要调控新机制（Hepatology 2017，第一作者）。然而，Slc7a11基因过表达是否抑制铁死亡目前还不清楚。我们初步体外实验结果提示，Slc7a11基因过表达能够明显抑制铁死亡。为了进一步深入研究Slc7a11抑制铁死亡的生理效应及机制，本项目拟通过构建Slc7a11条件性过表达小鼠，并将其与铁过载小鼠进行杂交，以明确在铁过载状态下Slc7a11抑制铁死亡的体内生理效应；通过代谢组学等高通量技术探究Slc7a11调控铁死亡的分子机制。本项目的研究成果将为阐明铁死亡的分子调控机制提供理论依据，为铁过载疾病和铁死亡疾病的防治提供新的靶点和策略。

铁死亡（ferroptosis）是一类铁离子依赖的细胞死亡方式，是肿瘤、肝肾损伤、神经退行性病变等重大慢病的关键病因。铁死亡调控机制复杂，项目组前期发现抗氧化基因SLC7A11是调控铁死亡的重要基因，但其分子机制仍是铁死亡领域的热点和难点。本项目立足铁死亡，通过多种基因敲除和过表达小鼠模型，探究SLC7A11等基因调控铁死亡的分子机制，为铁死亡相关疾病的治疗提供新靶点和新策略。. 铁代谢失衡与铁死亡的发生发展密切相关。化疗药物阿霉素临床上具有严重的心脏毒性，我们发现阿霉素诱导的小鼠心衰模型表现出明显的心肌铁死亡表型，线粒体铁过载及其导致的线粒体膜脂质过氧化是心脏铁死亡的关键机制。接下来，我们构建了铁蛋白Fth心肌敲除小鼠，发现心肌细胞Fth缺失会降低细胞储铁能力，在高铁饲料诱导下表现出明显的心脏铁死亡表型，以及心肌肥厚、纤维化等心脏损伤指标。RNAseq显示，Fth缺失会导致Slc7a11表达量显著下降，提示Slc7a11是抑制心脏铁死亡的关键基因。. 为了探究Slc7a11抑制心脏铁死亡的功能和机制，我们构建了Slc7a11心肌细胞过表达小鼠，并将其与Fth心肌敲除小鼠杂交，发现Slc7a11过表达能有效缓解Fth缺失引发的铁死亡和心肌损伤。进一步通过代谢组学分析发现，Slc7a11过表达介导的细胞胱氨酸吸收和谷胱甘肽合成是Slc7a11抑制铁死亡的分子机制。该成果丰富了“Slc7a11-铁死亡”的分子调控网络，为铁死亡相关的心脏疾病提供了潜在治疗靶点。. 在完成本项目主要研究内容的基础上，我们通过体外药物筛选发现了类风湿性关节炎药物金诺芬是铁死亡的新型激动剂。利用小鼠模型，我们发现金诺芬通过抑制硫氧还蛋白还原酶Txnrd活性诱发肝脏铁死亡的分子机制。Txnrd和Slc7a11是细胞不同的抗氧化途径，该成果首次揭示了金诺芬和Txnrd途径调控铁死亡的功能，为我们后续完善铁死亡调控网络提供了方向。. 综上，本项目利用多种小鼠模型和高通量筛选技术，揭示了Slc7a11和Txnrd抑制铁死亡的分子机制，并发现金诺芬是铁死亡新型激动剂，为完善铁死亡分子调控网络和铁死亡疾病的靶向治疗提供了理论依据。