金属硫蛋白2A通过下调Tfrc抑制铁死亡缓解溃疡性结肠炎的作用机制与纳米治疗策略

本研究针对溃疡性结肠炎（UC）治疗面临的药物耐药性、副作用和高复发率等挑战，聚焦铁死亡（ferroptosis）在UC发病中的关键作用。研究人员通过生物信息学分析和实验验证，发现金属硫蛋白2A（MT2A）通过下调转铁蛋白受体（Tfrc）调控铁稳态，抑制肠上皮细胞铁死亡，并证实氧化锌纳米颗粒（ZnO NPs）可通过诱导MT2表达有效缓解小鼠结肠炎症状。该研究为UC治疗提供了新的靶点和纳米治疗策略，具有重要的临床转化价值。

　　

溃疡性结肠炎（Ulcerative Colitis, UC）是一种慢性复发性炎症性肠病，全球发病率持续上升，给患者和社会带来沉重负担。目前临床治疗主要采用阶梯式方案：轻中度患者使用5-氨基水杨酸（5-ASA），中重度急性发作使用皮质类固醇，难治性病例使用免疫调节剂或生物制剂（如抗TNF-α药物、JAK抑制剂），严重并发症则需要结肠切除术。然而，这些治疗策略面临严峻挑战：30-40%患者对5-ASA耐药；皮质类固醇依赖普遍且伴随长期代谢并发症；生物制剂虽革新了治疗格局，但存在成本高昂、继发性无应答（约40%使用者）和感染风险等限制。即使达到临床缓解，五年内复发率仍超过50%，迫切需要深入阐明UC发病机制并开发新型疗法。

近年来，铁死亡（ferroptosis）作为一种铁依赖性调节性细胞死亡方式，在UC发病机制中的作用日益受到关注。铁死亡的特征是铁氧化还原平衡失调导致Fe²⁺积累，最终引发致命的脂质过氧化。UC患者由于铁失调和抗氧化防御受损，肠上皮细胞对铁死亡的易感性增加，导致上皮完整性丧失和炎症放大。因此，靶向铁死亡成为有前景的治疗方向。

锌和金属硫蛋白（Metallothioneins, MTs）通过调节氧化应激和细胞死亡途径，在UC中表现出协同保护作用。锌作为必需微量元素，能够增加MT亚型的表达，增强其金属螯合能力和抗氧化活性。UC患者血清锌水平降低，黏膜MT表达减少，这与氧化应激和上皮细胞凋亡的加剧相关。然而，不同UC疾病阶段各MT亚型的表达动态尚不清楚。

在此背景下，中国药科大学华子春教授团队在《Journal of Trace Elements in Medicine and Biology》发表了重要研究成果，系统研究了MT蛋白家族在UC患者和健康对照中的表达模式，并阐明了MT2A过表达在调节结肠上皮细胞铁死亡中的机制作用。

研究人员采用多学科方法整合生物信息学分析和实验验证。关键技术方法包括：基于GEO数据库人UC数据集（GSE243625）的转录组分析；DSS诱导的小鼠结肠炎模型；RSL3处理的HCT116人结肠上皮细胞模型；免疫组化分析MT2表达；铁死亡标志物评估；线粒体功能检测；线粒体氧化还原状态和Fe²⁺测量；蛋白质表达谱分析；以及氧化锌纳米颗粒（ZnO NPs）的体内治疗评价。

3.1. UC患者和实验性结肠炎小鼠结肠组织中MT2A/MT2表达下调

转录组分析显示，UC患者结肠组织中大多数MT亚型（MT1A、MT1E、MT1F、MT1G、MT1H、MT1M、MT2A和MT3）在非活动期和活动期UC组中均显著下调。活动期UC患者MT表达呈下降趋势。在小鼠UC模型中，DSS处理显著降低了结肠MT2表达。

3.2. MT2A过表达减轻RSL3诱导的肠上皮细胞脂质过氧化和铁死亡

MT2A过表达部分挽救了RSL3诱导的HCT116细胞活力损失，抵消了RSL3介导的细胞死亡，有效减轻了RSL3触发的脂质过氧化。重要的是，RSL3显著降低了紧密连接蛋白ZO-1和Occludin的表达，而MT2A过表达挽救了这种效应，表明MT2A过表达赋予肠上皮细胞对铁死亡的抗性。

3.3. MT2A通过调节线粒体铁稳态和氧化应激抑制铁死亡

透射电镜显示MT2A过表达阻止了RSL3诱导的线粒体收缩和嵴破坏。线粒体完整性 assay显示MT2A在RSL3处理下部分恢复了线粒体膜电位。此外，MT2A过表达显著减少了线粒体ROS积累，并通过Mito-FerroGreen染色使Fe²⁺水平正常化，表明MT2A通过双重机制调节铁死亡：维持线粒体铁稳态和减轻氧化应激。

3.4. MT2A可能通过下调Tfrc抑制铁死亡

Western blot分析表明，RSL3上调了FTH1而下调了Tfrc。MT2A过表达降低了基础FTH1表达，但不显著改变RSL3诱导的FTH1水平。值得注意的是，MT2A过表达在RSL3挑战期间特异性下调了Tfrc和Gpx4，而对FPN1或ACSL4表达没有影响。这些发现表明MT2A主要通过Tfrc介导的铁摄取调节来抑制铁死亡。

3.5. MT2A过表达降低Tfrc蛋白稳定性

qPCR分析显示MT2A过表达对Tfrc mRNA表达水平没有显著影响，表明MT2A不在转录水平调节Tfrc。CHX追踪 assay发现MT2A过表达显著加速了Tfrc蛋白降解，从蛋白质稳定性层面解释了Tfrc下调的机制。

3.6. ZnO纳米颗粒通过MT2介导的铁死亡抑制和Tfrc下调缓解结肠炎

利用锌诱导MT表达的已知特性，研究人员研究了ZnO纳米颗粒作为治疗策略。在DSS处理的小鼠中，50 mg/kg ZnO NPs口服灌胃对心、肝、肾或肺组织没有造成显著损伤，同时通过增加结肠长度、减轻体重损失和降低DAI评分改善了结肠炎表型。组织病理学分析证实上皮损伤减少，而IHC显示MT2表达上调，铁死亡标志物Tfrc和4-HNE下调，突出了ZnO纳米颗粒作为UC管理中通过铁死亡抑制的MT2激活剂的潜力。

研究结论与讨论部分强调了MT2A在UC铁死亡调控中的关键作用。研究人员发现UC患者结肠组织中多个MT家族成员显著下调，其中MT1G、MT2A和MT1E在健康结肠黏膜中基线表达相对较高。MT2A过表达有效抑制了RSL3诱导的线粒体Fe²⁺积累、线粒体ROS升高、脂质过氧化和铁死亡。机制上，MT2A过表达在RSL3刺激下抑制了铁摄取蛋白Tfrc的表达。重要的是，口服ZnO纳米颗粒上调了结肠MT2表达，减少了铁死亡标志物4-HNE，缓解了实验性结肠炎，表明MT2A是铁死亡相关肠道炎症的有希望的治疗靶点。

研究还讨论了Zn²⁺在铁死亡调节中的双重作用，指出MTs作为主要细胞内Zn²⁺库，可能关键决定Zn²⁺在铁死亡调节中的情境特异性作用。不同MT亚型在铁死亡调节中的复杂性也得到了强调，表明MTs在铁死亡调节中具有组织和亚型特异性作用。

线粒体作为氧化还原平衡和铁死亡执行的中心细胞器，在铁死亡期间表现出特征性超微结构变化。研究表明MT2A过表达部分逆转了RSL3诱导的线粒体Fe²⁺/ROS积累和膜损伤，但MT2A是直接清除线粒体Fe²⁺还是通过Tfrc抑制间接调节铁稳态仍不清楚。

ZnO纳米颗粒在UC中的治疗潜力特别令人鼓舞。与常规Zn²⁺补充不同，ZnO纳米颗粒能够实现靶向递送和持续Zn²⁺释放，最大限度地减少系统性毒性同时增强黏膜MT诱导。这种背景依赖性结果受到疾病类型、细胞MT表达和给药方案的影响，是临床转化的重要考虑因素。

该研究建立了MT2A作为UC发病机制中铁死亡的关键调节因子，并确定了ZnO纳米颗粒介导的MT2诱导和Tfrc下调作为一种有前景的治疗策略，为MT-铁死亡轴及其在UC治疗中的潜在转化应用提供了新见解。