近日，王福俤/閔軍霞/梁廷波教授團隊合作在鐵死亡研究領域獲得重大突破；新成果發表在Nature出版集團旗下權威學術期刊《Signal Transduction and Targeted Therapy》（影響因子13.493）。
論文題目：Auranofin（金諾芬） Mitigates Systemic Iron Overload and Induces Ferroptosis via Distinct Mechanisms。(1)
圖1 Online發表論文首頁
圖2 論文首頁
通過篩選「640種美國食品和藥物管理局（FDA）批准的臨床小分子藥物庫」，研究人員發現類風溼性關節炎的治療藥物金諾芬（Auranofin）能夠顯著激活鐵調素（Hepcidin）從而有效減輕鐵過載負擔；並闡明其通過激活NF-κB/IL-6/JAK-STAT信號通路上調Hepcidin而降低鐵過載的分子調控機制。簡而言之，金可降鐵。
令人驚奇的是高劑量金諾芬可以引發鐵死亡。通過抑制硫氧還蛋白還原酶TXNRD活性導致脂質過氧化及鐵死亡（Ferroptosis）發生（小鼠致死），提示TXNRD是鐵死亡的關鍵調節因子；鐵死亡抑制劑Ferrostatin-1（Fer-1）可顯著保護高劑量金諾芬引發的肝臟損傷等致死毒副作用。即，過多的金，雖能降鐵，但會引發由鐵離子參與的細胞死亡——鐵死亡。
該研究成果提示金諾芬不僅能夠作為治療遺傳性血色病及Hepcidin缺乏引發的鐵過載相關疾病的潛在新藥物，而且為靶向鐵死亡減輕金諾芬的副作用及建立鐵死亡新型體內動物實驗模型提供了重要理論依據。
該成果的4點重要創新發現
（1）金諾芬（金化合物）有望成為男性血色病及鐵過載疾病的新型治療藥物
（2）揭示鐵死亡是大劑量金諾芬的毒副作用的分子機制
（3）金諾芬聯合鐵死亡抑制劑可極大拓展其臨床應用
（4）建立全球首個藥物（金諾芬）誘導肝臟鐵死亡的小鼠模型
金諾芬
通俗理解：金諾芬，可降鐵，金克鐵；多金可顯著降鐵，但引發鐵死亡（鐵對細胞的反殺）,鐵反殺金，同歸於盡。用龍虎相爭圖，寓意金鐵維護生命健康的相生相剋規律：鐵金生死博弈，龍虎天地安康。
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金諾芬（Auranofin）是由Smith Kline & French研製的一類專為治療類風溼性關節炎的口服小分子含金化合物（圖3）。金諾芬微溶於水，易溶於類脂體。在1985年被FDA批准用於治療類風溼性關節炎(2)。近年實驗研究提示金諾芬對肝癌、霍奇金氏淋巴瘤、頭頸部腫瘤等多種疾病顯示出良好的治療效果(3-5)。
圖3 金諾芬的分子式
鐵穩態代謝在維持機體正常生理功能中具有極其重要的作用。Hepcidin作為鐵代謝關鍵調節因子，其表達異常會導致鐵代謝紊亂，引發多種疾病。闡明Hepcidin分子調控機制，有望為鐵代謝疾病的防治提供新策略，因此，也已成為目前營養學與醫學的重要科學問題。近年，針對Hepcidin的小分子化合物的篩選與研發是鐵代謝領域的研究熱點，有報導提示可上調或者抑制Hepcidin的單體或者複合物，然而，這些化合物的功能尚待進一步臨床試驗驗證。
為了尋找老藥新用，在王福俤和閔軍霞教授指導下，研究人員利用人源細胞體系功能篩選了640種FDA批准的臨床藥物，發現治療類風溼關節炎的藥物金諾芬能夠顯著上調Hepcidin的基因表達，且與濃度和作用時間呈現較好的量效關係；進一步體內外實驗揭示了金諾芬通過激活NF-κB/IL-6/JAK-STAT信號通路上調Hepcidin表達的分子機制。
圖4 小分子藥物初篩發現金諾芬顯著上調Hepcidin
金諾芬
能否改善遺傳性血色病的鐵過載？
金諾芬能否改善遺傳性血色病的鐵過載？利用經典Hfe-/-血色病鐵過載模型，研究人員發現低劑量金諾芬（5mg/kg體重）長期給藥能夠有效升高雄性小鼠肝臟Hepcidin表達、降低機體鐵過載負擔，而對雌性小鼠則無明顯降鐵效果。
男性血色病的發病率遠遠高於女性（男8/女1），為了進一步深入探索雌雄性別藥效差異的原因，研究人員發現雌二醇顯著抑制金諾芬誘導的IL-6/STAT3/Hepcidin信號軸，提示雌激素可能是金諾芬降鐵效應呈現性別差異的原因。這些結果表明金諾芬通過上調Hepcidin減輕鐵過載，有望成為男性遺傳性血色病的治療新策略。
圖5 金諾芬上調Hfe-/-雄鼠體內Hepcidin表達
及減輕鐵過載（選自論文， Figure 5）
有趣的是，雖然高劑量金諾芬（25mg/kg）的降鐵效果比低劑量更明顯，然而，意外的發現是高劑量金諾芬用藥30天會導致小鼠死亡。
在探究高劑量金諾芬致死機制的過程中，研究人員驚喜地發現，給予鐵死亡抑制劑Fer-1不僅能夠顯著改善肝臟損傷和鐵死亡生化指標，而且完全挽救高劑量金諾芬引發的小鼠死亡；機制研究發現金諾芬通過抑制硫氧還蛋白還原酶TXNRD，導致細胞膜脂質過氧化累積，最終引發鐵死亡。這些結果表明金諾芬是一種全新的鐵死亡激動劑；鐵死亡抑制劑Fer-1與金諾芬聯用可有效降低金諾芬的藥物毒性。
鐵死亡是肝損傷、心肌損傷等重大疾病的共性病理機制，探究鐵死亡分子機制，研發鐵死亡激動劑和抑制劑將為相關疾病治療提供新思路及新策略。目前，鐵死亡小鼠模型多集中在Gpx4等基因敲除小鼠和缺血/再灌注等病理損傷模型，該成果首次建立藥物誘導的鐵死亡小鼠模型——高劑量金諾芬肝損傷模型，將拓展鐵死亡研究領域。
圖6 高劑量金諾芬引發體內鐵死亡
（選自論文， Figure 6）
結論
總而言之，該研究的主要科學貢獻為：
（1）首次發現金諾芬通過激活Hepcidin可治療鐵過載相關疾病，如遺傳性血色病。
（2）揭示大劑量金諾芬引發鐵死亡的功能和機制並成功構建金諾芬誘導的鐵死亡小鼠模型。
（3）發現鐵死亡抑制劑Fer-1能夠有效防治高劑量金諾芬引發的毒性反應，同時並不影響其降鐵功效。總之，該成果不僅豐富了肝臟Hepcidin調控和鐵死亡發生的分子機制，同時為鐵過載疾病防治提供了新策略。
圖7 金諾芬調控Hepcidin和鐵死亡模式圖
（選自論文， Figure S6）
鄭州大學公共衛生學院博士研究生楊磊、王浩博士/副教授及浙江大學醫學院/轉化醫學研究院博士研究生楊翔為論文共同第一作者。
浙江大學醫學院王福俤教授、閔軍霞教授和梁廷波教授（浙江大學醫學院第一附屬醫院）為論文共同通訊作者。
該研究成果得到國家重點研發計劃和國家自然科學基金經費資助。
圖8 論文第一作者及通訊作者
（從左至右:王浩、王福俤、閔軍霞、楊磊、楊翔）
鐵代謝與鐵死亡是王福俤和閔軍霞教授團隊重點攻關的研究方向。通過多年不懈努力，團隊取得系列相關研究成果（圖8）。
鐵代謝方向
團隊目前已報導了能夠靶向Hepcidin，改善貧血和鐵過載的多種小分子化合物，如雞血藤、黑豆皮提取物、楊梅素、維生素B4、恩替諾特（Entinostat）等(6)。
肝臟鐵死亡方向
團隊2017年在《Hepatology》雜誌發表封面論文，首次將鐵代謝異常與鐵死亡聯繫起來，發現鐵死亡是鐵過載導致肝臟病理損傷的重要機制並首次揭示了轉運蛋白SLC7A11體內參與調控肝臟細胞鐵死亡的過程(7)；今年5月發表的《Blood》論文系統揭示並闡明肝臟轉鐵蛋白Transferrin和金屬離子轉運通道Slc39a14（Zip14）調控鐵代謝和鐵死亡的分子機制，為防治肝損傷、肝纖維化及肝硬化等疾病提供了新靶點和新思路(8)。
心臟鐵死亡方向
團隊在《PNAS》刊文首次揭示了阿黴素引發心肌病與心肌缺血再灌注損傷的兩種重要體內模型中存在鐵死亡及其重要意義，並闡明線粒體膜的脂質過氧化是心肌細胞發生鐵死亡的關鍵機制(9)；今年5月發表的《Circulation Research》論文闡明了鐵蛋白（Ferritin）通過調控鐵死亡抑制心肌病發生的效應及分子調控機制，首次體內揭示Slc7a11能夠通過阻斷心肌細胞發生鐵死亡而有效逆轉鐵蛋白缺失導致的心肌病，有望成為心臟疾病防治新靶點(10)。
此外，團隊在鐵死亡領域應邀發表多篇綜述。在《Nutrients》發表綜述系統總結了鐵代謝與鐵死亡的調控關聯(11)。在《科學通報》發表題為「鐵過載及鐵死亡在心臟疾病中的研究進展」的封面評述，化用上古神話「女媧補天」形象展示靶向鐵死亡防控心臟疾病的轉化研究及潛在臨床應用的積極前景(12)。
圖8 團隊圍繞「調控Hepcidin功能分子與鐵死亡」取得系列成果
// 參考文獻
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論文連結：
https://www.nature.com/articles/s41392-020-00253-0
本文轉載自公眾號「營養發現」（wnutrition）
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原標題：《【科技前沿】鐵與金的生死博弈，浙江大學王福俤團隊等在鐵死亡領域再獲新突破》
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