铁过载通过破坏LIAS功能促进肾小管铜死亡加剧肾脏缺血再灌注损伤

复旦大学附属中山医院肾脏移植科团队针对肾脏缺血再灌注损伤(RIRI)中金属离子稳态失衡的机制展开研究，发现铁过载通过下调[4Fe-4S]簇组装蛋白ISCA1/2，导致LIAS铁硫簇丢失并干扰蛋白脂酰化，从而促进铜死亡(cuproptosis)。该研究揭示了铁-铜代谢串扰新机制，为临床干预提供了[4Fe-4S]簇稳态维持和铁螯合两大靶向策略。

　　

肾脏缺血再灌注损伤(RIRI)是导致急性肾损伤(AKI)和移植肾功能延迟恢复(DGF)的主要原因，其发病机制与金属离子稳态失衡密切相关。虽然铁和铜代谢存在相互关联的调控通路，但它们在RIRI发病过程中的动态变化和功能互作仍不清楚。临床上，DGF患者术后血清铁和铜水平呈现特征性波动，提示金属代谢紊乱可能与肾脏损伤相关。然而，现有治疗手段因对肾小管细胞死亡机制认识不足而效果有限，亟需阐明铁铜代谢串扰在RIRI中的精确调控机制。

复旦大学附属中山医院肾脏移植科的研究团队通过建立小鼠RIRI模型和缺氧-复氧(H/R)细胞模型，结合临床样本分析，发现再灌注6小时内铜死亡和铁死亡(ferroptosis)同时发生。值得注意的是，缺血再灌注诱导的铁过载显著增强了肾小管细胞对铜介导的细胞毒性敏感性。机制研究表明，缺氧-复氧触发Fe(II)积累，进而下调[4Fe-4S]簇组装蛋白。这种损伤通过诱导[4Fe-4S]簇丢失直接损害铜死亡调控蛋白LIAS的结构完整性，最终导致驱动铜死亡进程的蛋白脂酰化缺陷。关键的是，这些病理效应可以通过过表达[4Fe-4S]簇组装机制或铁螯合剂治疗应用得到缓解。该研究不仅建立了RIRI病理生理中新的铁-铜串扰机制，还为临床干预提供了针对[4Fe-4S]簇稳态和铁螯合的靶向策略。相关成果发表在《Redox Biology》杂志。

研究采用的主要技术包括：临床队列分析DGF患者血清金属离子动态变化；建立小鼠RIRI模型和肾小管特异性铁输出蛋白FPN敲除模型；缺氧-复氧细胞模型结合ICP-MS检测金属离子浓度；线粒体蛋白质组学分析；IAA/AMS反向硫醇捕获技术检测LIAS铁硫簇稳定性；以及多种细胞死亡表型分析。

研究结果部分：

2.1. 铁死亡和铜死亡在RIRI后同时发生

临床数据显示DGF患者血清铁铜水平呈现特征性波动，小鼠模型显示肾组织Fe(II)在再灌注6小时即超过基线水平。免疫组化和Western blot证实再灌注6小时即出现4-HNE升高、GPX4下调等铁死亡标志，以及DLAT寡聚化、SDHB下调等铜死亡特征。

2.2. 铁过载促进elesclomol-Cu(II)诱导的铜死亡

体外实验证实铁浓度梯度增强ES-Cu(II)的细胞毒性，但不影响其他死亡方式。铁螯剂DFO对铜死亡的抑制效果优于抗氧化剂Fer-1和ACSL4抑制剂Ro，提示铁过载驱动铜死亡存在氧化应激非依赖途径。

2.3. 铁过载促进铜死亡的体内验证

通过AAV介导的肾小管特异性FPN敲除实现局部铁过载，模型显示脂酰化水平降低、DLAT寡聚化增加等铜死亡特征，且铁过载肾脏对缺血损伤更敏感。

2.4. 铁过载抑制肾小管线粒体[4Fe-4S]簇组装

蛋白质组学显示铁过载选择性下调[4Fe-4S]簇蛋白(ISCA2、NFU1、LIAS)而非[2Fe-2S]系统，伴随乌头酸酶活性降低，证实[4Fe-4S]簇稳定性受损。

2.5. 铁过载导致LIAS铁硫簇丢失并干扰蛋白脂酰化

IAA/AMS实验证实铁过载导致LIAS[4Fe-4S]簇解离暴露半胱氨酸。Co-IP显示铁过载破坏LIAS-GCSH互作，原核表达系统证实Fe(II)剂量依赖性减少LIAS[4Fe-4S]特征吸收峰。

2.6. LIAS铁硫簇丢失促进铜死亡

LIAS铁硫簇配位位点突变体(C117G/C141G)转染细胞显示脂酰化缺陷，对ES-Cu敏感性增加，证实铁硫簇结构完整性对抵抗铜死亡的关键作用。

2.7. 过表达[4Fe-4S]组装蛋白部分挽救铁过载促进的铜死亡

ISCA1过表达显著缓解铁过载细胞的铜死亡敏感性，提示靶向[4Fe-4S]簇组装可能是干预策略。

2.8. 铁螯合抑制RIRI后的铜死亡和铁死亡

体内实验显示DFO能同时改善脂酰化缺陷和脂质过氧化，效果优于单一通路抑制剂，验证了铁螯合的双重保护价值。

研究结论与讨论部分指出，该工作首次揭示RIRI中铁过载通过破坏LIAS[4Fe-4S]簇稳定性，导致脂酰化缺陷和铜死亡敏感化的分子机制。铁-铜代谢串扰表现为：铁过载→ISCA1/2下调→LIAS[4Fe-4S]簇丢失→脂酰化缺陷→铜依赖性DLAT寡聚化→TCA循环崩溃。这一发现拓展了对金属离子介导细胞死亡的认识，为临床提供了以下干预策略：(1)在器官保存液中添加铁螯合剂预防移植肾铁过载；(2)靶向增强[4Fe-4S]簇组装蛋白表达。值得注意的是，虽然系统性铁螯合对终末期肾病患者存在限制，但局部应用于移植器官保存可能规避全身副作用，具有重要转化价值。Siyue Chen、Tingting Chen等研究者通过多组学方法建立的铁-铜代谢调控网络，为理解急性肾损伤的分子机制提供了新视角。