2。吸收食物中的铁和细胞铁收购
饮食铁包括血红素铁和nonheme铁;90%是nonheme铁,主要存在形式的铁(哦)3络合。Nonheme膳食铁吸收十二指肠肠上皮细胞刷状缘的,表现出昼夜节律
5]。十二指肠肠上皮细胞的细胞色素b (Dcytb)膜减少了铁3 +对菲2 +,那么铁2 +通过二价金属转运蛋白1 (DMT1)膜进入细胞。血红素铁的吸收主要吸收的血红素载体蛋白1 (HCP-1) [
6,
7]。当血红素进入细胞,它是退化到铁,一氧化碳,胆绿素血红素加氧酶1或2 (HO-1/2) [
8]。细胞内铁流出细胞外的ferroportin1 (FPN1),唯一的铁蛋白质跨膜射流在脊椎动物细胞(
9- - - - - -
11]。细胞存储在铁蛋白铁过剩,拥有大量存储成千上万的铁原子腔;它可以防止游离的铁氧化损害细胞(
12]。后,菲2 +射流进入循环,铁氧化3 +由hephaestin等铁氧化酶(HEPH)或其同系物血浆铜蓝蛋白(CP) [
13,
14),成功加载到转铁蛋白(Tf)和运输的血液中。
大多数的血铁参与骨髓造血作用,和一小部分传输到肝脏。肝脏是人体的重要器官储存铁,铁在肝细胞主要是存储在铁蛋白。多余的铁,它由枯氏细胞网状内皮系统的吞噬和沉积系统(含铁血黄素的形式
15]。
血液中的铁结合到细胞表面转铁蛋白受体(TfR) Tf-Fe /总生育率复杂的凹陷,内吞进细胞内,随后引发的复杂的构象改变酸化核内体(
16,
17),释放铁的特遣部队(
18]。铁的铁核内体恢复2 +前列腺癌的前列腺six-transmembrane上皮抗原3 (STEAP3)和运输到细胞液DMT1 (
19]。apo-Tf和总和生育率复杂的内体被回收到细胞表面。排序nexin 3 (SNX3)是一种phosphoinositide-binding蛋白质家族的蛋白质(
20.),需要回收endocytisis Tf /总和生育率的特遣部队回收和增加铁的吸收和约束能力
21]。我们总结了铁的吸收和细胞铁收购在图
1。
系统性铁体内平衡。
2.1。铁循环与生产和清除红细胞有关
2000亿年人类红细胞生产每一天,需要多
2
×
10
15
铁原子每秒维持红细胞生成。对铁的需求主要来自回收红细胞,红细胞的生产和间隙是铁稳态的关键(
22]。
末的红细胞生成发生在erythroblastic岛胎儿肝脏和成人骨髓环绕中央巨噬细胞,称为护士巨噬细胞。护士巨噬细胞促进红细胞生成erythroblastic岛利基(
23),吞噬红细胞前体细胞的核驱逐了红细胞生成的后期阶段
24]。除此之外,erythroblastic岛的巨噬细胞产生和释放铁蛋白胞外分泌[
25];然后,铁蛋白内源性到成红血球细胞(
26]。进入细胞后,释放酸化后,从铁蛋白和铁蛋白水解作用,用于血红素生产的开发过程中红细胞(
27]。看来,巨噬细胞培养提供铁蛋白erythroblastic但其他人还指出,转铁蛋白是唯一在红细胞生成铁源;铁蛋白的内吞作用只是一个微小的力量erythroblastic收购铁(
28]。
而红细胞即将结束的生命或不可挽回的损害,血液中需要他们最后骑的网状内皮系统脾和肝。那里,众所周知,脾红髓巨噬细胞清除衰老和破坏红细胞回收铁的红细胞生成后血红蛋白分解代谢(
29日]。,首先,住宅巨噬细胞审查通过红细胞(
30.),然后触发吞噬并消化红细胞,巨噬细胞接触红细胞受体和表面检测特定的标记
31日)、磷脂酰丝氨酸和乐队3 (
32,
33]。随后,红细胞被巨噬细胞向巨噬细胞吞噬溶酶体吞噬,导致血红蛋白分解和血红素释放
34]。随后,血红素在吞噬溶酶体导出到细胞溶质通过血红素转运体(HRG1)和分解为铁HO-1 / HO-2 [
35,
36),那么铁利用巨噬细胞或由FPN1流出细胞外。(
8]。巨噬细胞对铁循环图所示
1。
菲3 +食品中减少到铁2 +在十二指肠Dcytb上皮;它可以吸收铁2 +通过DMT1肠内腔。HCP1摄入食物中血红素,HO-1降解成菲2 +在细胞质中。过多的铁储存在铁蛋白和其他出口到血液通过FPN1;在那之后,菲2 +氧化是CP和HEPH基底外侧然后加载到Tf。
巨噬细胞吞噬红细胞和吞噬溶酶体释放血红素。从吞噬溶酶体进入细胞溶质HRG1出口血红素;然后,HO-1降低血红素铁2 +并通过FPN1流出到血液中。
Tf-Fe结合总和生育率在细胞膜上。SNX3-induce Tf-TfR凹陷和吞噬细胞。酸化核内体释放铁3 +和恢复到铁2 +STEAP3和铁2 +通过DMT1进入细胞质。Apo-Tf和总和生育率复杂的再生细胞表面,和Tf释放进入血液。
miR-Let-7d miR-16家庭减少DMT1表达式。Hepcidin和降解FPN1内在化。mir - 485 - 3 - p和miR-20b调节FPN1的表达。铁蛋白、差别mir - 200 - b诱导对这些和mir - 320抑制TfR1的表达。
2.2。Hepcidin-FPN1轴传感和铁在肝脏内稳态调节系统
除了储存铁,肝脏是最重要的器官调节分泌hepcidin系统性铁体内平衡。Hepcidin (
HAMP贷款)是一种多肽激素,综合监管;它调节体内平衡铁结合在细胞外的内化和降低FPN1 FPN1溶酶体(
37]。血液中的铁负载的特遣部队和传输血液从FPN1后出口。而循环铁的浓度漂浮,肝细胞和调节hepcidin表达通过BMP / SMAD通路调节铁输出FPN1 [
38]。这样,肝细胞控制的铁循环在正常范围内,和不受管制的hepcidin在肝脏会造成缺铁或铁过载。
BMP / SMAD通路,骨形成蛋白(BMP)及其coreceptor hemojuvelin (HJV)是最关键的hepcidin调节信号通路在定量
39]。BMP6主要从肝脏内皮细胞分泌
40];它的表达式是由铁(
41),所以它反映了肝铁水平(
42,
43]。BMP6和HJV激活BMP丝氨酸苏氨酸激酶受体——(BMPR -) I / II复杂
44,
45]。BMP6 / HJV复杂的配体结合BMPR我(Alk2和Alk3) (
46],BMPR II (ActR2a和BMPR2) (
47)促进磷酸化下游BMP媒体如SMAD1 SMAD5, SMAD8 (SMAD1/5/8) [
48]。磷酸化SMAD1/5/8结合细胞质SMAD4积极转录复杂而进入细胞核;复杂的结合BMP反应元素(BMP-RE1和BMP-RE2)然后激活的转录
HAMP贷款(
49,
50]。MT-2 (matriptase-2
TMPRSS6、跨膜蛋白酶丝氨酸6)在肝脏广泛表达,无效MT-2由于基因突变导致iron-refractory缺铁性贫血(IRIDA) [
51,
52],MT-2也下调铁和BMP6 [
53,
54]。HJV glycophosphatidylinositol——(GPI)锚定蛋白(
55];MT-2乳沟膜HJV (m-HJV)一种可溶性HJV (s-HJV)的亲和力降低BMP6 [
56];因此,MT-2表达增加在缺铁(
57]。然而,最近的研究表明,独立MT-2劈开HJV调节hepcidin表达式,并开辟其他组件在BMP / SMAD HJV以外的途径(
58]。的furin家族proprotein转化酶表达在肝脏也生产s-HJV HJV裂开,但不同MT-2;sHJV furin所产生的负调控BMP虽然MT-2只减少了组合(
56];这个过程是由缺铁或缺氧
59]。其他类似endofin、ATOH8 SMAD7也影响BMP / SMAD的信号转导通路(
60- - - - - -
62年),这是铁浓度的感知器和信使。
血液中的铁浓度,感觉到通过Tf-Fe肝脏与HFE绑定总和生育率(TfR1 / TfR2)在肝细胞细胞膜(
63年]。特遣部队的能力的差异和HFE绑定到总和生育率传输一个信号血液铁浓度的肝细胞(
64年]。Tf-Fe结合TfR1的能力比放大,和Tf-Fe结合TfR1远强于TfR2 [
65年]。而系统性高浓度铁通量,铁绑定的饱和TfR2 TfR1和过度Tf-Fe绑定,同时,在HFE没有选择但结合TfR2或自由在细胞表面,这两个国家传递信号刺激hepcidin的表达。系统性铁通量时,高浓度的所有TfR1 Tf-Fe饱和绑定和其他过度Tf-Fe TfR2绑定,同时,HFE只有结合TfR2或细胞膜上分离,结合TfR2 Tf-Fe或HFE可以传输信号刺激的表达hepcidin [
66年]。当铁循环减少,TfR1结合Tf-Fe和局部放大,自由的TfR2削弱的影响刺激和减少的表达hepcidin增加肠道对铁的吸收(
55]。
HFE,它并不完全清楚TfR2 HJV影响hepcidin表达式,但已经有实验中所示
HFE和
TfR2基因敲除小鼠的传导BMP / SMAD信号通路受损(
67年,
68年]。最近的研究表明,非竞争性结合HFE TfR2 HJV原因变化hepcidin表达式(
55];此外,HFE也有能力控制BMP / SMAD信号通路通过绑定ALK3 [
69年]。Neogenin也参与调节hepcidin被绑定的脚手架HJV和ALK3
22,
70年];它增加了HJV蛋白质的稳定性和抑制HJV分泌
71年]。除此之外,neogenin BMP-2-induced磷酸化的抑制Smad1/5/8 [
72年)和促进的乳沟HJV matriptase-2或furin [
70年,
73年]。还有其他人指出HJV-neogenin交互剂量不仅存在于肝脏,而且在其他组织(
70年]。信号通路在肝细胞调节hepcidin表达式如图
2。
肝细胞通路调节铁体内平衡。
BMP / SMAD信号通路:BMP6及其coreceptor HJV激活BMPR I / II,导致磷酸化SMAD(1/5/8)和SMAD4积极转录复合体复杂。复杂的结合BMP-RE
HAMP贷款然后激活转录hepcidin。SMAD2促进SMAD的磷酸化(1/5/8)。SMAD7、endofin ATOH8减少BMP / SMAD的信号。HJV MT-2劈裂和furin BMP6绑定能力降低。mir - 130 a和mir - 122抑制AIL2和BMP / SMAD调节hepcidin的表达。
高浓度的Tf-Fe诱导HFE和Tf-Fe结合TfR2和HJV促进BMP / SMAD信号通路。HFE与ALK3 hepcidin排泄增加。
缺氧诱发HIF-determined促红细胞生成素/ ERFE浓度血液循环;他们增加了系统性铁浓度通过BMP / SMAD通路。低氧诱导因子促进是和furin解理HJV, mir - 210抑制它减少hepcidin表达式。铁增加BMP6表达式。
在炎症,il - 6与受体结合IL-6R激活木菠萝,触发的STAT3磷酸化形式作为一个复杂的进入细胞核和促进转录的
HAMP贷款。白细胞介素6增加了BMP / SMAD途径促进ALK3。
2.3。炎症的作用,缺氧,MicroRNA在铁的监管
感染和炎症诱发hepcidin生产(
74年),抑制铁从肠道排出,促进铁螯合在巨噬细胞,从而减少血液铁的浓度(
75年]。在炎症过程中,促炎细胞因子的分泌增加(如il - 6)。白细胞介素- 6 (il - 6)是一种细胞因子的转录调节hepcidin [
76年]。它与il - 6受体结合(IL-6R)膜,然后激活JAK磷酸化STAT3蛋白在肝细胞。磷酸化STAT3蛋白进入细胞核,规范的表达
HAMP贷款通过绑定到STAT3-specific网站(
77年]。il - 6不仅影响hepcidin表达式通过JAK / STAT3通路,还结合了BMPR我受体Alk3之一
78年];这表明JAK-STAT3通路与BMP / SMAD途径[交叉操作
79年]。在急性炎症状态,toll样受体减少FPN1刺激的巨噬细胞,阻止铁排泄迅速恢复红细胞和巨噬细胞诱导hypoferremia [
80年]。然后,血红素,原红细胞所需的完成其终端分化阶段,出口从巨噬细胞FLVCR1 [
81年]。高hepcidin降低了病原体可以在铁;这是一个限制其增长战略饿死病原体(
82年]。但defensin-like肽激素之一,hepcidin的先天免疫功能有一个连接到抗菌肽和炎症;也许,hepcidin在免疫力的作用可以绕过铁和宿主防御(图直接相关
2)。
身体补偿氧含量通过加强缺氧时的红细胞生成,失血,或者其他原因。在红细胞生成反应,促红细胞生成素(EPO)是由肾脏分泌的。根据缺氧的严重性,促红细胞生成素一百倍的不同血清(
83年),它控制铁的吸收,红色的祖细胞增殖,成熟,和生存
84年,
85年]。Erythroferrone (ERFE)是一种可溶性蛋白释放EPO-stimulated红细胞前体细胞;它抑制hepcidin的表达
86年]。促红细胞生成素和ERFE抑制hepcidin的表达BMP / SMAD通路目标基因[
87年- - - - - -
89年]。但在IRIDA,由于MT-2限制,欧洲专利局/ ERFE-mediated BMP / SMAD差别hepcidin对这些通路阻塞,阻塞信号传输导致促红细胞生成素和ERFE,甚至hepcidin同时保持高位的贫血患者(
90年]。低氧诱导因子(HIF)是一个转录因子的EPO(促红细胞生成素)和促红细胞生成素的内容是完全依赖HIF-2
α(
91年]。HIF-2
α促进红细胞生成,包括增加EPO(促红细胞生成素)的生产,提高铁的吸收和利用
92年]。因此,缺氧cthe对铁的需求增加和减少的表达hepcidin低氧诱导因子和促红细胞生成素(
93年]。Hepcidin子包含几个HIF1和HIF2网站,调节的Hepcidin hypoxia-oxygen-sensing监管途径(
94年]。除此之外,低氧诱导因子参与BMP / SMAD通路通过影响MT-2和增加furin mRNA水平(
95年,
96年)(图
2)。
小分子核糖核酸是一种小非编码rna(~ 22元)绑定到3
′
翻译区(3
′
UTR)目标的信使核糖核酸(mRNA),从而负调节基因表达,许多microrna是铁的参与转录后的调控。mir - 485 - 3 - p和mir - 17种子家人miR-20a miR-20b,随着并发调制器调节FPN1[的表达
97年- - - - - -
99年]。miR-Let-7d miR-16家庭(miR-15b miR-16, mir - 195, mir - 497)绑定3
′
UTR的
DMT1愤怒mRNA然后DMT1表达水平降低,导致铁核内体中积累,或囤积在铁蛋白或用于iron-related蛋白(
One hundred.- - - - - -
102年]。mir - 320是另一个相关的微细胞铁吸收,抑制TfR1表达式和防止细胞增殖(
103年],mir - 200 b的差别导致对这些铁蛋白(
104年]。BMP-SMAD信号,ALK2作为主要内源性BMP I型受体参与系统性铁监管;mir - 130 a目标3
′
UTR的
ALK2抑制BMP-SMAD信号和hepcidin的表达;这是调节在铁缺乏的老鼠
105年]。
在缺氧的规定,
HIF-1α缺氧反应元件结合网站发现mir - 210的启动子;mir - 210是专门HIF-1引起的
α在缺氧(
106年]。Iron-sulfur集群支架蛋白质(ISCU)是一个铁稳态基本分子;缺铁诱导通过HIF-1 mir - 210的表达
α,mir - 210直接抑制ISCU,总和生育率保持系统性铁稳态(
107年]。mir - 122是一个非常重要的microRNA是选择性地表达在肝脏和参与各种各样的规定,包括维护铁体内平衡。它控制hepcidin mRNA转录抑制的表达
Hfe,
Hjv,
Bmpr1a在肝脏,从而防止缺铁(
108年),从而激活
Hamp贷款信使rna表达。在数字microrna铁相关规定进行了总结
1和
2。
2.4。疾病与铁代谢的紊乱有关
2.4.1。铁过载导致细胞氧化Damaged-Ferroptosis
Ferroptosis是调节细胞死亡的一种形式;与其他形式的调节细胞死亡,还存在ferroptosis是不必要的(
109年]。Ferroptosis特点是绝大iron-dependent脂氢过氧化物的氧化损伤和积累到致命的水平。过多的铁产生活性氧(活性氧)芬顿反应细胞。在细胞中,活性氧有多个来源;铁ROS-producing酶及其衍生物是必不可少的。
Ferroptosis氨基酸代谢有关。谷胱甘肽(GSH)保护细胞不受氧化应激损伤,但半胱氨酸的可用性限制了谷胱甘肽的生物合成
110年];因此,半胱氨酸是保护细胞不受氧化应激。半胱氨酸是由胱氨酸的减少由胱氨酸/运送到细胞谷氨酸xc反向传输系统- - - - - -谷胱甘肽合成,然后。xc细胞不仅依赖于系统- - - - - -进口xc胱氨酸还绕过系统- - - - - -由transsulfuration通路biosynthesize蛋氨酸的半胱氨酸。
谷胱甘肽的耗竭谷胱甘肽过氧化物酶的失活4 (GPX4)最终导致ferroptosis。Erastin,致癌RAS-selective致命的小分子(
111年),诱发ferroptosis诱导谷胱甘肽耗竭和磷脂过氧化物酶失活GPX4,抑制进口胱氨酸(
112年]。因此氨基酸代谢ferroptosis[密切相关
113年];此外,ferroptosis协会和各种疾病的研究提供一个新的视角和已成为一个新的研究方面,如帕金森病、阿尔茨海默病、亨廷顿氏舞蹈症,中风,中风,缺血再灌注损伤、心脏病、致癌作用、室旁脑栓塞,脑损伤(
110年]。
2.4.2。帕金森病
帕金森病(PD)是一种进行性神经系统障碍,主要从黑质多巴胺神经元的死亡(
114年]。研究表明,帕金森病是由生化异常,包括氧化应激和线粒体功能障碍(
115年,
116年),最近,一些研究也表明PD和ferroptosis之间的相关性
117年]。
铁积累神经元诱发氧化应激芬顿反应产生活性氧。活性氧诱发铁从线粒体释放iron-sulfur集群蛋白质和其他铁贮藏蛋白质;它通过芬顿领导进一步ROS生成的反应(
118年),那么ROS损伤DNA和mtDNA通过表观遗传机制和氧化蛋白(
118年- - - - - -
120年]。帕金森病的最重要特征是进步在黑质变性,但目前的研究仍无法理解为什么神经退化只存在于某些核而另一铁沉积组织仍然不受影响和神经毒性的机制
121年]。
Mitophagy,自发和选择性自噬消除损坏或不正常的线粒体,是由铁、积累帕金,PINK1 (PTEN-induced假定的激酶蛋白1)和由自噬小体。有报告显示铁的损失在神经元触发mitophagy PINK1 / Parkin-independent方式(
122年,
123年),而相比之下,细胞铁阻塞mitophagy的积累,所以无法消除受损的线粒体,细胞维持正常生理状态。
PINK1是稳定局部受损的线粒体膜电位较低(
124年],帕金,E3泛素连接酶,从细胞溶质选择性地招募到线粒体功能失调(
125年]和解放的活动的E3 PINK1-dependent线粒体定位(
124年),然后帕金线粒体膜蛋白泛素化外触发mitophagy [
126年]。所以,线粒体的PINK1和帕金在一起感觉窘迫和有选择性地针对他们退化(
127年],PINK1基因突变或帕金未能明确受损的线粒体(
128年,
129年),导致神经损伤(
130年),导致帕金森病(
131年]。
2.4.3。遗传性铁疾病
遗传性血色素沉着症(HH)主要在西方人口导致铁超载。HH是由多种遗传缺陷造成的
HFE,
TfR2,
HJV,
TMPRSS6,
FPN1,
HAMP贷款。根据不同的突变基因,HH分为HFE血色沉着病(类型1)少年血色沉着病(2型),TfR2血色沉着病(类型3),和血色沉着病运铁素的含量。
大多数的HH typ1 typ2;这是由于C282Y突变的纯合性
HFE和
G320V等在
HJV基因(
132年- - - - - -
135年]。
HFE和
HJV突变单独或同时影响hepcidin的表达式通过BMP / SMAD途径。3 HH型突变被发现在人类染色体7的时候纯合隐性
Y250X在
TfR2(
136年];3型HH比typ1那么严重,typ2 HH。3型HH发病机理的突变小鼠的实验中显示;突变引起的TfR2特遣部队和HFE无法绑定到它,削弱了信号传输,hepcidin表达的差别导致了对这些
137年),最终导致铁过载在多个器官。作为hepcidin受体,
FPN1有
C326残渣和hepcidin绑定的是必要的
138年]。血色沉着病运铁素与C326残渣的突变有关,这是一种常染色体显性遗传性疾病与其他HH,临床和表型特征相似的变异
C326足以导致FPN1 hepcidin阻力(
138年,
139年]。的功能丧失的突变
TMPRSS6导致IRIDA,及其分子基础于2008年首次发现(
140年,
141年]。小红细胞的着色不足的贫血、低饱和,特遣部队和过度hepcidin的主要特征
IRIDA;然而,口服补铁是徒劳的在减轻症状。在
IRIDA最常见的突变
S304L;除此之外,40个不同的突变
TMPRSS6基因已经被描述包括
K225E,
K253E,
G228D,
R446W,
V736A,
V795I(
142年),但最新的研究表明
ALK2基因突变也参与IRIDA [
143年]。包括上面提到的基因突变,我们总结了各种基因变异导致遗传性铁疾病表
1。
基因的突变会导致铁代谢紊乱。
| 蛋白质 |
基因 |
突变的网站 |
下游效应 |
表型 |
参考 |
| HFE |
HFE |
C282Y |
铁浓度的感知 |
监管hepcidin表达式绑定总和生育率 |
(
133年] |
| TfR2 |
TFR2 |
Y250X |
Tf, HFE受体 |
结合体C282Y修饰符 |
(
144年] |
| HJV |
HJV |
G320V等等。 |
激活BMP-SMAD |
监管hepcidin表达式 |
(
134年] |
| 是 |
TMPRSS6 |
A736V |
乳沟HJV |
确定蛋白酶活性,影响hepcidin响应铁 |
(
140年] |
| FPN1 |
SLC40A1 |
C326S |
细胞铁流出 |
电阻结合hepcidin |
(
145年
,
146年
] |
2.4.4。视角
作为一个最重要的元素在体内,经过数十年的研究,我们已经清楚肝铁代谢和监管的影响,但我们仍不断发现新的方法来直接或间接影响铁代谢。hepcidin的分泌器官,微rna和基因突变的研究打开了一个新的地平线铁调节肝细胞。发现更多潜在的铁代谢,监管机构提出了更明确的认识,可以开发更多的药物治疗iron-related疾病,如抑制剂或受体激动剂的关键基因。由于体内铁的重要性,铁传感和监管的分子机制及其交互需要完全理解。