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文章亮点：
发现了机械敏感的离子通道PIEZO1蛋白可调控铁代谢。
文章引言：
铁是人体必需的微量元素，对血红蛋白的生物合成等细胞过程至关重要，同时，铁过量也会对器官造成损伤，引发关节炎，肝功能衰竭和心力衰竭等疾病。因此，铁在体内的含量受到严格的控制。铁稳态维持涉及多种细胞如肠上皮细胞，红细胞，巨噬细胞和肝细胞。大部分铁是通过回收来实现再利用的，红细胞是体内主要的铁库。脾脏和肝脏中的巨噬细胞通过吞噬作用清除衰老的红细胞并分解血红蛋白，从而将铁释放到血液中，是维持机体铁稳态的重要手段。然而，目前在分子层面对铁代谢的研究还非常有限。遗传性干瘪红细胞增多症（hereditaryxerocytosis,HX）是一种罕见的遗传性溶血病，表现为红细胞脱水和渗透脆性降低。最近，有研究在HX中观察到年龄性铁过量的现象，同时，HX与机械敏感的离子通道蛋白PIEZO1的功能获得性突变（gain-of-function,GOF）相关。那么这篇文章的研究问题就是PIEZO1是否与铁代谢相关。
文章结果：
图1：携带功能获得性突变的PIEZO1小鼠血液和肝脏中的铁过量。主要是发现了携带功能获得性突变的PIEZO1小鼠血液和肝脏中的铁过量，而这样的现象不会出现在年轻小鼠中，只在年老小鼠中有，也提示说功能获得性突变PIEZO1引起的铁过量需要长时间的积累。作者对1岁以上Piezo1GOF老化小鼠的组成型杂合子上皮细胞进行铁染色;发现肝脏的巨噬细胞中检测到更高的水平，而且纯合子是多余杂合子，我们可以看到图上红色是肝脏细胞，黑色是巨噬细胞，有趣的是，研究者发现杂合子或纯合子的年轻成年GOF压电小鼠(2个5个月大)与野生型对照组相比，肝脏铁含量没有增加后面是铁浓度的一些其他实验的定量检测，例如血清铁、转铁蛋白饱和度等。分别比较了年轻小鼠、年老小鼠、杂合子、纯合子之间的差异。
图2：巨噬细胞中巨噬细胞中压电GOF的表达导致铁超载导致铁超载。接下来研究者就想去找究竟是肝脏中的哪种细胞导致的这种贴超载，结果发现是巨噬细胞。同样和图1一样，进行一个普鲁士蓝染色。但是是关于衰老的RBC和巨噬细胞特异性GOF压电小鼠肝脏。这些老鼠是通过培养LysM-Cre的条件GOF等位基因来靶向巨噬细胞和eporc-cre来靶向红细胞生成的。因为压电1蛋白在小鼠肝细胞中未显著表达，但在红细胞)和巨噬细胞中显著，所以呢，就选择这两种细胞。表达蓝色代表肝细胞(红色箭头)和巨噬细胞(黑色箭头)中的铁。与杂合子相比，巨噬细胞特异性GOF的铁染色更多。后面依旧是铁浓度的一些其他实验的定量检测，例如血清铁、转铁蛋白饱和度等。分别比较了年老小鼠、红细胞以及巨噬细胞功能缺失、杂合子、纯合子之间的差异。
图3：Piezo1GOF小鼠巨噬细胞特异性铁调素Hepcidin水平降低。研究者开始找巨噬细胞起作用的一个原因，首先他们发现了铁调素的一个改变，Piezo1巨噬细胞功能性突变的小鼠铁调素的含量是降低的，铁调素（Hepcidin）是一类多肽激素，可下调铁转运蛋白的活性，抑制铁从肠上皮细胞和巨噬细胞释放到血液中。因此，GOFPIEZO1抑制铁调素后，促进了巨噬细胞中铁的释放。那这幅图就是利用PCR和Elisa从RNA和蛋白水平两个方面开始验证。
图4：巨噬细胞特异性GOFPiezo1小鼠对铁应激的急性反应受损。检测了四组年轻的小鼠，也就是野生型、Piezo1构成型、红细胞特异性、巨噬细胞特异性小鼠，观察注射右旋糖酐铁24小时后，各组小鼠的血清铁水平。右旋糖酐铁是一种铁的补充剂，发现在注射后不足以改变年轻野生型小鼠24小时后的血清铁水平、转铁蛋白饱和度或铁蛋白浓度，但是大大改变了整体Piezo1功能突变型和巨噬细胞Piezo突变型的年轻老鼠各项铁浓度，这些结果表明巨噬细胞中过度活跃的Piezo1不仅导致老年小鼠铁超载，而且还破坏了年轻成年小鼠对过量铁的急性反应。接下来，研究者进一步发现铁调素水平与观察到的急性铁失调相关。急性铁应激显著提高了成年野生型小鼠肝脏铁调素转录水平和血清铁调素蛋白浓度。而巨噬细胞特异性GOFPiezo1成年小鼠的铁调整素转录和蛋白水平均未见明显升高。
图5：巨噬细胞中的Piezo1GOF1增强红细胞生成、红细胞循环、吞噬活性。巨噬细胞中过度活跃的压电细胞抑制了铁调素，那它是如何影响的呢，在红细胞生成增加时，铁调素会被下调，以确保有足够的铁供新的血红蛋白合成。于是研究者就进一步针对巨噬细胞功能突变Piezo1的小鼠进行研究。发现它的红细胞生成、循环、吞噬活性都有增加。红细胞生成主要是从全网血红细胞计数、血清铁红细胞浓度等几个方面检测。为了检测红细胞吞噬的体内循环，主要用脉搏追踪实验测定了红细胞的半衰期。通过向成年小鼠体内静脉注射个荧光标记的红细胞，在数周的特定时间点采集血液样本，用流式细胞术测定标记红细胞的数量。随着细胞年龄的增长，标记红细胞的数量逐渐减少，并通过吞噬巨噬细胞从循环中清除，发现巨噬细胞特异性GOF压电小鼠的标记红细胞下降速度明显快于野生型，在三周结束时下降到几乎无法检测到的水平。图5利用各种方法检测到巨噬细胞中的Piezo1GOF1增强红细胞生成、红细胞循环、吞噬活性，也就证明了巨噬细胞中的Piezo1的功能性突变增加了红细胞生成，从而抑制铁调素的产生。
图6：巨噬细胞对铁应激和吞噬的正常反应需要Piezo1。虽然说研究者已经已经证实巨噬细胞中有过度活跃的Piezo1会引起吞噬增加和减少反应急性铁的压力。但是，这些数据并没有直接说明是否piezo1参与了这些过程。于是研究者进一步研究了分析巨噬细胞特异性功能丧失(LOF)Piezo1老鼠。从反面证实Piezo1的必要性。其中包括连续向成年小鼠腹腔注射铁剂，发现野生小鼠中有效地提高了血清铁水平、转铁蛋白饱和度、铁蛋白浓度。而相比之下，巨噬细胞特异性piezo1丧失型小鼠血清铁含量正常。这表明巨噬细胞对短期铁注入的生理反应需要Piezo1。接下来，研究者又检测了铁调素在巨噬细胞特异性丧失piezo1小鼠中的表达,发现在成年巨噬细胞特异性丧失中，肝脏中铁调素基因表达和血清蛋白水平显著升高。同时也发现piezo1丧失小组的红细胞消亡率也是明显低于野生型小鼠的。又通过一系列途径证明Piezo1是吞噬红细胞所必须的。那么整张图其实是一个反向证明，证明了Piezo1在铁应激和吞噬中必不可少。
图7：EdelGOFPiezo1等位基因与非裔美国人队列中较高的血清铁水平相关。为进一步寻找PIEZO1突变与疾病的关系，研究者把焦点转到了人群分析当中，我觉得这也是一个亮点吧，他们发现了一种Piezo功能性突变的等位基因(Edel)，在非洲人后裔中很常见，发现在GWAS数据中约1/3的西非血统人（westAfricandescent）具有PIEZO1的Edel突变，该突变也可导致PIEZO1的功能变强，但效果更温和，不如上文提到的模型中的GOFPIEZO1强。进一步分析显示，40岁以下携带EdelPIEZO1的人血液中没有铁含量升高的现象，而年龄超过40岁的携带EdelPIEZO1的杂合个体，却比同龄人拥有更高的铁含量。这一观察结果也符合PIEZO1突变引起的铁含量升高需要时间积累的结论。
文章结论：
本次研究发现了机械敏感的离子通道PIEZO1蛋白可调控铁代谢。
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