组蛋白去乙酰化酶调控铁调素功能及机制研究

Iron metabolism is pivotal for human health. Hepcidin, the master regulator of iron homeostasis, has long been the hot research area in iron metabolism. Recently, epigenetic modulators, especially HDACs have been linked to hepcidin. However, HDACs that regulates hepcidin and its related molecular mechanisms were hitherto undefined. Our preliminary study screened an HDAC related epigenetic library and identified entinostat as a potent agonist to activate hepcidin transcription. We further validated the effect of entinostat on hepcidin activation was through inhibition of histone deacetylase 1 (HDAC1) but not HDAC3. In addition, our preliminary mechanistic study indicates that hyper-acetylation of histone-H3 on the hepcidin promoter is dispensable. Moreover, our pilot in vivo study suggests entinostat can upregulate hepcidin expression in C57BL/6 mice. In this proposal, we aim to elucidate the underlying mechanism of HDAC1-hepcidin axis by using biochemistry and mass spectrometry. Meantime, we are planning to test the effect of entinostat on iron overload in hemochromatosis murine model (Hfe-/- mice). We believe the findings of this proposal could provide experimental evidence for shedding light on epigenetic regulation of hepcidin, and also novel potential therapeutic target for iron disorder related diseases.

铁稳态的维持对机体健康至关重要。铁调素（hepcidin）是调节铁代谢的关键激素，其上游调控通路是铁代谢领域的研究热点。研究发现表观遗传因子组蛋白去乙酰化酶（HDAC）在hepcidin调控中发挥作用，但具体的HDAC成员和调控hepcidin的分子机制尚不清楚。为此，本项目成员在体外细胞水平使用HDAC相关小分子库筛选出显著上调 hepcidin表达的药物Entinostat；并进一步研究验证了Entinostat通过抑制HDAC1调控hepcidin。此外，我们的初步实验提示HDAC1在体内调控hepcidin。本项目拟运用多种分子生物学前沿技术阐明HDAC1调控 hepcidin的分子机制，同时研究entinostat能否改善遗传性血色病小鼠的铁蓄积症状。本项目将为hepcidin的表观遗传调控机制提供实验依据，同时为铁代谢失衡疾病的防治提供新的药物靶点。

铁是人体必需的微量元素，参与众多生理过程，因此铁稳态的维持是机体健康所必需的。铁代谢调控是近年来金属代谢的热门领域，而铁调素（hepcidin）作为铁代谢的核心激素，其调控研究更是重中之重。本项目立足铁调素调控领域，从表观遗传角度出发，结合细胞系药物筛选以及基因敲除动物模型，寻找潜在的铁代谢表观遗传调控通路。.通过在人源肝癌细胞系Huh7中对22种表观遗传相关的抑制剂小分子库的筛选研究，我们发现HDAC1／3抑制剂 Entinostat显著上调Huh7细胞系中铁调素的转录水平，而HDAC3抑制剂RGFP966对铁调素的调控效果不明显。因此初步确认HDAC1和铁调素的转录水平密切相关。后续基于Huh7细胞系的体外实验进一步证实了Entinostat对铁调素转录活性的激活效果，并从3个方向对潜在的分子机制进行探索。通过一系列的分子生物学实验，我们发现Entinostat通过抑制铁调素调控通路的核心转录因子SMAD4和HDAC1的互作，从而增强铁调素启动子的转录活性。随后我们构建了Hdac1肝实质细胞特异性敲除小鼠和Hdac3肝实质细胞特异性敲除小鼠,从体内水平证实了Hdac1对铁调素转录的负向调控，而 Hdac3在体内表现为铁调素的正向调控因子。.为了评估Hdac1作为铁代谢紊乱疾病治疗靶点的潜在价值，我们以野生型小鼠和血色病小鼠为模型，检测了HDAC1／3抑制剂 Entinostat在体内对正常小鼠和铁调素通路缺陷小鼠铁代谢的影响。我们的结果表明，Entinostat有效的提升了野生型小鼠和血色病小鼠的铁调素转录水平，改善了血色病小鼠的铁蓄积表型，提示该药物在血色病等铁调素紊乱导致的铁代谢疾病的应用潜力。.在完成本项目的主要研究内容的基础上，我们观察到Hdac3在体内是铁调素的正向调控因子，这与领域内的类似研究不一致。通过转录组学分析和基因敲除小鼠模型，我们认为Hdac3在体内通过其他通路间接调控铁调素转录水平，和mTOR通路以及Hippo通路密切相关。这些发现也从一定程度上解释了HDAC3体内外水平对铁调素调控的不一致。.综上，本项目系统性的筛选铁调素转录的表观遗传通路，发现HDAC1抑制铁调素转录的分子机制，体现了该通路对铁代谢紊乱疾病的潜在医疗价值。后续的拓展性研究解释了领域内的前沿科学问题，为铁调素调控提供了崭新的研究方向。