铁通过IRE-eIF4F结合调控阿尔茨海默病淀粉样前体蛋白翻译的分子机制

本研究揭示了铁离子(Fe2+)通过竞争性调控IRP1与eIF4F与APP mRNA 5'-UTR中铁响应元件(IRE)的结合，影响淀粉样前体蛋白(APP)翻译的分子机制。研究人员采用分子对接、荧光光谱和体外翻译实验，证实Fe2+通过增强eIF4F-IRE结合稳定性（ΔG=-28.5 kJ/mol）并削弱IRP1抑制，促进APP合成。该发现为阿尔茨海默病(AD)中铁代谢异常与淀粉样沉积的关联提供了直接证据。

　　

在探索阿尔茨海默病(AD)发病机制的过程中，铁代谢异常与淀粉样前体蛋白(APP)的异常积累始终是研究焦点。大脑中铁含量随年龄增长而升高，AD患者脑内更出现铁离子在淀粉样斑块中的特异性沉积。这种异常与APP的过度表达有何关联？传统观点认为，铁调节蛋白(IRP1)通过结合APP mRNA的5'-非翻译区(5'-UTR)中的铁响应元件(IRE)抑制翻译，但铁离子如何解除这种抑制并促进APP合成的分子机制尚不明确。

Alfaisal University的研究团队在《International Journal of Biological Macromolecules》发表的研究，首次揭示了铁离子通过双重调控机制影响APP翻译的完整通路。研究人员结合分子对接、温度依赖性荧光淬灭实验和体外翻译系统，证明Fe²⁺不仅削弱IRP1-IRE结合，更通过增强真核翻译起始因子4F(eIF4F)与IRE的相互作用（结合常数K_d=15 nM），促进APP合成。这一发现为理解AD中铁代谢紊乱与淀粉样沉积的因果关系提供了关键分子证据。

关键技术包括：1) 分子对接模拟APP IRE与eIF4F的相互作用位点；2) 荧光淬灭法测定结合常数和热力学参数；3) 小麦胚芽体外翻译系统验证铁依赖性调控。

【研究结果】

1. APP IRE与eIF4F的特异性结合
   分子对接显示APP IRE的茎环结构与eIF4F的eIF4G亚基形成氢键网络，结合自由能ΔG=-28.5 kJ/mol。荧光实验证实该结合为自发过程（ΔS=0.32 kJ/mol·K），Fe²⁺使结合常数提高3倍。

2. 铁离子的双向调控机制
   Fe²⁺通过增加eIF4F-IRE复合物的焓变(ΔH=-18.7 kJ/mol)提升稳定性，同时使IRP1解离常数(K_d)从2 nM升至35 nM。竞争实验表明eIF4F与IRP1结合位点重叠。

3. 体外翻译的功能验证
   在eIF4F耗竭的麦胚提取物中，外源添加eIF4F使APP翻译恢复至对照组的75%，补充Fe²⁺后提升至120%。IRP1抑制组经Fe²⁺处理后蛋白合成量反弹82%。

【结论与意义】
该研究阐明Fe²⁺通过热力学驱动重构IRE结合蛋白的竞争格局：一方面削弱IRP1的翻译抑制，另一方面稳定eIF4F的翻译激活功能。这种双重调控解释了AD患者脑内铁积累如何通过mRNA翻译调控通路加剧淀粉样沉积。研究为开发靶向IRE-eIF4F相互作用的小分子抑制剂提供了新思路，可能打破"铁积累-APP过表达-淀粉样沉积"的恶性循环。作者Mateen A. Khan团队特别指出，eIF4F与IRE结合界面的氢键网络可作为药物设计的靶点，这为AD的病因导向治疗开辟了新途径。