Rieske铁硫蛋白是氢气的主要作用靶点【解读】
研究首先发现，在培养细胞中以及小鼠饮用富氢水后的肝脏组织中，氢气均可诱导线粒体未折叠蛋白反应（UPRmt）。在小鼠肝匀浆中，氢气可在2分钟内将电子传递链复合体Ⅲ的活性抑制至对照组的78.5%。鉴于氢化酶与铁硫蛋白在进化上的关联，我们将RISP作为氢气的潜在作用靶点进行了研究。结果发现，在培养细胞中，氢气可通过激活线粒体Lon蛋白酶1（LONP1），在1小时内促进RISP降解。
RISP的减少以及后续UPRmt的激活，或可解释氢气所具有的多效性及看似矛盾的效应。这些研究结果证实RISP是氢气的主要作用靶点，同时表明氢气作为一种信号分子具有生物活性。
AI点评：
这篇发表于《Redox Biology》期刊的论文《The Rieske iron-sulfur protein is a primary target of molecular hydrogen》揭示了分子氢（H₂）在生物体内的新作用机制，挑战了长期以来认为H₂是生物惰性分子的观点。以下是论文主要内容的详细总结：
· 传统观点：H₂因其小分子、中性、非极性的特性，被认为在哺乳动物中无生物活性，其作用被归因于选择性清除羟基自由基（·OH）。
· 矛盾与挑战：H₂与·OH的反应速率较慢，且体内H₂浓度低、停留时间短，难以解释其长效（数小时至数天）的保护效应（如抗炎、抗氧化、改善代谢等）。
· 新假设：H₂可能通过靶向线粒体中与氢酶进化相关的铁硫蛋白（如Rieske铁硫蛋白，RISP）发挥生物学作用。
· 靶点识别：RISP是线粒体电子传递链复合体III（Complex III）中唯一含有[2fe-2S]铁硫簇的蛋白，其结构与氢酶的活性中心相似。
· 实验证据：
o H₂处理1小时内，AML12细胞（小鼠肝细胞系）中RISP蛋白水平下降至73.3%（图4）。
o RISP降解由线粒体Lon peptidase 1（LONP1）介导（图5）：敲低LONP1或使用抑制剂CDDO-Me均能阻断H₂对RISP的降解作用。
· 特异性：H₂不影响其他氧化磷酸化复合体蛋白（如复合体I、II、IV），表明靶向作用具有高度选择性（图S2）。
· 快速抑制复合体III：在分离的小鼠肝脏线粒体中，H₂在2分钟内将复合体III活性抑制至78.5%（图3A），但不影响复合体I或IV。
· 诱导UPRmt：
o 在AML12细胞和小鼠肝脏中，H₂处理上调UPRmt关键蛋白（PKR、p-eIF2α、ATF5、HSP60）的表达（图2）。
o UPRmt的诱导依赖于RISP降解导致的线粒体核蛋白失衡（mitonuclear protein imbalance）。
· 早期抑制（1小时内）：
o 线粒体超氧化物水平和膜电位短暂下降（图1）。
o ATP产量降至85.1%（图4C），反映电子传递链暂时受阻。
· 后期增强（6-24小时）：
o 超氧化物和膜电位显著升高，ATP水平恢复（图1, 4C）。
o RISP和MT-CO1（复合体IV亚基）蛋白水平补偿性上升（图4B），表明UPRmt激活了适应性修复机制。
· 使用复合体III抑制剂（antimycin A、myxothiazol）验证：
o H₂与antimycin A（阻断Qi位点）联用可阻断UPRmt，而与myxothiazol（完全阻断Qo位点和FeS-c₁通路）联用无叠加效应（图3C-E）。
o 表明H₂特异性作用于FeS-c₁通路（RISP所在路径），部分抑制电子传递而非完全阻断。
1. H₂与RISP结合：可能通过其独特的组氨酸配位[2fe-2S]簇改变RISP构象，使其被LONP1识别为“错误折叠”蛋白而降解。
2. 触发UPRmt：RISP降解导致复合体III功能暂时抑制，引发线粒体应激和UPRmt。
3. 适应性修复：UPRmt上调线粒体蛋白合成，恢复电子传递功能并增强抗氧化能力，实现线粒体激素效应（低剂量应激诱导保护）。
· 重新定义H₂的角色：从“惰性抗氧化剂”转变为“生物活性信号分子”，通过靶向RISP调控线粒体信号通路。
· 解释矛盾现象：双相反应机制（先抑制后增强）合理解释了既往研究中H₂对氧化应激、炎症标记物的双向调节作用。
· 临床启示：间歇性H₂暴露（如饮用富氢水）可能通过诱导适度应激优化线粒体功能，为神经退行性疾病、代谢性疾病治疗提供新思路。
· 未直接解析H₂与RISP结合的分子结构变化。
· LONP1识别H₂修饰后RISP的具体机制尚待阐明。
该研究首次明确RISP是H₂的直接作用靶点，揭示了H₂通过LONP1介导的RISP降解-UPRmt激活通路调控线粒体功能的分子机制，为H₂的临床应用提供了坚实的理论基础。
