FTH1-MCM5/WNT轴通过铁死亡介导成骨细胞功能障碍驱动糖尿病性骨质疏松的定量蛋白质组学解析

《Scientific Reports》：Quantitative LFQ-DIA proteomics reveals FTH1-MCM5/WNT axis mediated osteoblastic dysfunction via ferroptosis drives diabetic osteoporosis

本研究针对糖尿病骨质疏松（DMOP）中成骨细胞功能紊乱的机制难题，通过定量LFQ-DIA蛋白质组学技术，系统解析了高糖高脂（HGHF）条件下铁代谢关键蛋白FTH1调控铁死亡的作用网络。研究发现FTH1缺失通过上调MCM5抑制WNT/β-catenin信号通路，加剧成骨细胞铁死亡并阻碍骨形成；而铁死亡抑制剂DFO或MCM5基因沉默可逆转这一表型。该研究首次揭示FTH1-MCM5-WNT轴在DMOP中的核心地位，为靶向铁死亡治疗代谢性骨病提供了新靶点。

　　

随着糖尿病全球患病率的持续攀升，其慢性并发症已成为公共卫生领域的重大挑战。糖尿病性骨质疏松（DMOP）作为糖尿病常见且严重的骨骼并发症，以骨量减少、骨微结构破坏和骨折风险显著增加为特征，严重损害患者生活质量。传统研究多聚焦于细胞凋亡、坏死或自噬等机制，但近年来一种新型细胞死亡形式——铁死亡（ferroptosis）逐渐进入学者视野。这种铁依赖性的脂质过氧化驱动性细胞死亡，在DMOP发病中的作用机制尚不明确，尤其铁存储蛋白Ferritin heavy chain 1（FTH1）如何调控成骨细胞命运更是谜团重重。

为破解这一难题，福建医科大学附属第一医院的研究团队在《Scientific Reports》上发表了最新成果。他们巧妙地将定量Label-Free定量数据非依赖采集（LFQ-DIA）蛋白质组学与功能验证相结合，系统描绘了高糖高脂（HGHF）应激下FTH1调控成骨细胞铁死亡与分化障碍的分子图谱。研究不仅证实FTH1是代谢应激下骨稳态的关键调控因子，更发现DNA复制许可复合物核心组分MCM5作为新型枢纽蛋白，桥接铁代谢紊乱与WNT信号通路抑制，从而提出靶向FTH1-MCM5轴治疗DMOP的新策略。

研究团队首先通过慢病毒技术构建FTH1敲低（KD）和过表达（OE）的MC3T3-E1成骨细胞模型，并在高糖高棕榈酸（HGPA）条件下培养模拟糖尿病环境。蛋白质组学分析共鉴定到7666个可定量蛋白，质控数据显示肽段长度分布、蛋白分子量范围及定量重复性均符合高标准。主成分分析（PCA）显示FTH1干预组与对照组明显分离，而Pearson相关系数热图证实组内重复性优异。

差异表达蛋白（DEPs）筛选发现FTH1KD+HGPA组变化最为显著，共857个DEPs（上调319个，下调538个）。火山图显示关键分子如铁蛋白轻链（FTL1）、甲状旁腺激素受体（PTH1R）和LRRC58等表达异常。亚细胞定位显示DEPs主要富集于细胞质和细胞核，GO功能分析表明FTH1KD主要影响丙酮酸生物合成和ADP代谢过程，而FTH1OE则调控类视黄醇代谢等通路。KEGG分析进一步揭示FTH1KD激活糖酵解/糖异生和铁死亡通路，而过表达则增强谷胱甘肽代谢。

蛋白质相互作用（PPI）网络分析中，MCM5以最高MCODE得分（18.0）成为关键枢纽蛋白。功能验证表明，HGHF条件下FTH1敲低显著上调MCM5表达，同时降低成骨标志物碱性磷酸酶（ALP）和骨钙素（OCN）水平，抑制WNT3A/β-catenin信号并促进铁死亡。铁离子检测、活性氧（ROS）荧光探针（DHE）和线粒体膜电位（JC-1）实验证实FTH1缺失导致Fe²⁺堆积、ROS爆发和线粒体功能障碍。

逆转实验显示，铁螯合剂去铁胺（DFO）或MCM5基因沉默均可恢复成骨分化能力：ALP和茜素红（ARS）染色显示矿化结节增加，FerroOrange荧光显示铁含量回落，透射电镜观察到线粒体嵴结构修复。Western blot证实干预组SLC7A11、GPX4、WNT3A和β-catenin表达回升。值得注意的是，DFO可部分恢复细胞增殖，而MCM5沉默则进一步抑制增殖，提示MCM5在平衡增殖与分化中的双重作用。

本研究通过多维数据整合，首次揭示FTH1-MCM5-WNT轴在糖尿病性骨质疏松中的核心地位。在HGHF应激下，FTH1下调导致铁稳态失衡，通过MCM5上调抑制WNT信号通路，促使成骨细胞向增殖表型偏移而牺牲分化功能，最终加剧骨形成障碍。该机制为理解代谢性骨病提供了新视角，MCM5作为可药性靶点的发现，为DMOP的精准治疗开辟了新路径。未来研究需在动物模型和临床样本中验证这一轴线的生理相关性，并深入解析FTH1调控MCM5转录的上游机制，为转化医学研究奠定基础。