上皮细胞SLC39A1通过锌介导的自噬转录激活预防急性肺损伤的研究

急性肺损伤（ALI）及其严重形式急性呼吸窘迫综合征（ARDS）是重症监护病房中常见的危重病症，具有极高的死亡率（接近40%）。其核心病理特征是肺泡-毛细血管屏障的破坏和失控的肺部炎症。目前尚缺乏针对ALI/ARDS的特效治疗药物，临床治疗主要依赖支持性疗法。

近日，重庆医科大学邹镇教授团队联合陈承志教授及郭述良教授团队，在《Nature Communications》杂志发表了题为“Epithelial SLC39A1 prevents acute lung injury through zinc-mediated transcriptional activation of autophagy in male mice”的研究论文。

这项研究深入解析了肺泡上皮细胞中的锌转运蛋白SLC39A1在ALI中的保护作用。研究团队发现，SLC39A1介导的锌摄取能够激活MiT/TFE家族转录因子（TFEB、TFE3、MITF），进而转录激活线粒体自噬（Mitophagy），清除受损线粒体，抑制肺泡II型上皮细胞（AT2）的凋亡和焦亡，从而缓解急性肺损伤。

图片来源：《Nature Communications》
（https://doi.org/10.1038/s41467-026-72403-x）

研究材料与方法
本研究综合运用了临床样本分析、多种小鼠ALI模型（LPS气管滴注、盲肠结扎穿刺CLP、酸吸入）、细胞系（A549、BEAS-2B、原代大鼠AT2细胞）以及qPCR、Western blot、免疫荧光、透射电镜（TEM）、流式细胞术、GST pull-down、ICP-MS、锌定量和转录组测序等技术。研究团队使用了赛业生物提供的Slc39a1条件性基因敲除小鼠（Slc39a1 flox/flox），并通过与Sftpc-CreERT2小鼠杂交，成功构建了AT2细胞特异性的Slc39a1敲除小鼠（Slc39a1 icKO）。此外，研究还使用了Lc3b敲除小鼠和Tfe3敲除小鼠，并结合AAV5腺相关病毒在小鼠肺部进行基因的特异性过表达或敲低。为阐明该基因在肺上皮中的原位功能提供了不可或缺的动物模型。

技术路线
01 筛选关键锌转运体：在ALI小鼠肺组织中筛查24种锌转运体，锁定SLC39A1并验证其在细胞与临床样本的表达规律。
02 明确SLC39A1的锌调控功能：利用敲低/过表达、锌探针检测，证实SLC39A1介导AT2细胞锌摄取。
03 体内功能验证：构建AT2特异性敲除/过表达小鼠，证实SLC39A1可缓解/加重LPS诱导的ALI。
04 下游通路解析：通过RNAseq与分子实验，确定SLC39A1—锌轴调控自噬/线粒体自噬。
05 转录机制挖掘：证实锌直接结合并激活MiT/TFE家族，启动自噬基因转录。

研究结果
1 SLC39A1在ALI模型和ARDS患者的AT2细胞中高表达
研究人员首先在LPS、CLP和酸吸入诱导的小鼠ALI模型中发现，24种锌转运蛋白中，Slc39a1的mRNA表达上调最为显著，且主要发生在肺泡II型上皮细胞（AT2）中。临床样本分析也显示，ARDS患者的肺组织中SLC39A1表达显著高于非ARDS患者。机制上，LPS通过TLR4信号通路诱导SLC39A1的转录，并通过抑制其蛋白降解来维持高表达水平。

图1 SLC39A1在ALI模型和ARDS患者的AT2细胞中高表达[1]

2 AT2细胞特异性缺失Slc39a1加剧ALI，而过表达则具有保护作用
为了明确SLC39A1的功能，研究人员利用赛业生物提供的Slc39a1 flox/flox小鼠构建了AT2细胞特异性敲除模型（icKO）。结果显示，敲除Slc39a1导致AT2细胞锌摄取减少，小鼠在LPS攻击后表现出更严重的肺水肿、更高的炎症因子水平（如IL-6）和更差的病理评分。相反，利用AAV病毒特异性过表达Slc39a1，或在饮水中补充锌（ZnSO4），均能显著减轻野生型小鼠的肺损伤。然而，在Slc39a1 icKO小鼠中，锌补充无法发挥保护作用，证明SLC39A1是锌发挥抗损伤作用的必要“守门人”。

图2 AT2细胞特异性缺失Slc39a1加剧ALI，而过表达则具有保护作用[1]

3 SLC39A1介导的锌摄取激活自噬
透射电镜和Western Blot结果显示，LPS处理可诱导小鼠肺组织中自噬小体的积累及LC3B-II的转化。RNA-seq分析表明，Slc39a1的缺失阻断了LPS诱导的自噬相关基因（如ULK1, ATG5, LC3B）的上调。进一步实验发现，锌补充能促进自噬，而锌螯合剂（TPEN）则抑制自噬。通过构建AAV-shLc3b病毒敲低自噬基因，并结合Slc39a1 icKO小鼠进行遗传上位性分析，研究证实SLC39A1位于自噬激活的上游，二者处于同一线性通路中。

图3 SLC39A1介导的锌摄取激活自噬[1]

4 锌直接结合并激活MiT/TFE家族转录因子
研究团队深入探索了锌激活自噬的转录机制。他们发现LPS刺激下，锌离子能直接结合TFEB、TFE3和MITF蛋白（但不结合TFEC），诱导其核转位。通过GST Pull-down、ICP-MS及晶体结构（PDB ID: 7F09）解析，证实了TFE3的bHLH-LZ结构域存在锌结合位点。锌结合解除了TFE3的二聚化抑制，使其进入细胞核，转录激活ULK1、ATG5等自噬相关基因。

图4 锌直接结合并激活MiT/TFE家族转录因子[1]

5 SLC39A1-锌-自噬轴抑制AT2细胞死亡
由于受损线粒体是细胞凋亡和焦亡的触发器，研究发现SLC39A1通过促进线粒体自噬，有效清除了AT2细胞中受损的线粒体（表现为ATP5B和TIM23水平降低）。这进而抑制了线粒体介导的凋亡（Cleaved Caspase-3, PARP降低）和焦亡（NLRP3, GSDMD-NT降低）。在Tfe3敲除小鼠中，锌补充无法激活自噬，也无法减轻肺损伤，进一步佐证了该通路的必要性。

图5 SLC39A1-锌-自噬轴抑制AT2细胞死亡[1]

研究结论
该研究首次建立了锌转运蛋白SLC39A1与ALI之间的直接联系。结论表明，肺泡上皮细胞中的SLC39A1是抵御急性肺损伤的关键因子。它通过摄取锌离子，直接激活TFEB/TFE3/MITF转录因子，启动线粒体自噬程序，清除受损线粒体，从而抑制细胞死亡和炎症风暴。这项工作不仅揭示了“SLC39A1-锌-自噬”这一内在保护机制，也为通过靶向锌稳态或激活自噬来治疗ALI/ARDS提供了全新的理论依据和潜在靶点。

参考文献：
[1]Zhang, J., Zhang, K., Li, Y. et al. Epithelial SLC39A1 prevents acute lung injury through zinc-mediated transcriptional activation of autophagy in male mice. Nat Commun (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-72403-x

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