重視、警惕轉基因在病毒、病原體危險研究中的應用，特別是在冠狀病毒GoF研究中的應用。冠狀病毒具有最大的RNA基因組，可提供充裕的轉基因改造空間，便於引入、替代、借鑑、模仿、疊加、薈萃大量跨物種基因（冠狀病毒基因、非冠狀病毒基因、致病細菌基因、寄生蟲基因、生物毒素基因、醫療藥劑基因、人類基因），便於引入、模仿、集成各種感染、致病、免疫對抗（免疫破壞、免疫逃避和屏蔽、免疫干擾、免疫抑制）機制。第一個括號內列舉的跨物種基因或相似基因在SARS-CoV-2中全都出現了，第二個括號中的免疫對抗機制SARS-CoV-2也全部具備，SARS-CoV-2還擁有令所有病毒、所有病原體望塵莫及的超過30種人類細胞膜受體蛋白結合能力，和更多的一般人類因子（蛋白質、多肽）結合能力。

接續：“萬能”受體適配器--新冠S蛋白 3


8、Hepcidin（鐵調素）


Hepcidin（縮寫hepc），鐵調素，是由肝臟（肝細胞)合成、分泌的一種含25個氨基酸（殘基）的小分子多肽類激素，人類鐵調素由19號染色體上的Hamp基因編碼。

鐵調素（Hepcidin，hepc）有三種形式：Hepc25、Hepc20、Hepc22，前兩者是Hepc的主要存在形式，後二者可能是Hepc25的降解產物。人類鐵調素隨血液在體內循環，以不同豐度水平存在於機體各組織中，並可穿透細胞膜進出細胞。部分鐵調素隨尿液排出體外。

hepcidin-25空間形態示意圖

鐵調素是人類和哺乳動物鐵代謝、鐵穩態、鐵平衡的關鍵調節因子之一，它抑製鐵吸收細胞、鐵回收細胞、鐵儲存細胞、鐵中轉細胞等細胞的鐵釋放，下調血液中的循環鐵，是鐵代謝的負向調節因子。

鐵調素對鐵代謝的負向調節，即對鐵釋放的抑制，對循環鐵的下調是通過結合、內化、降解鐵轉運蛋白來實現的。鐵調素能夠結合細胞膜上的鐵轉運蛋白，介導後者內攝（鐵調素與鐵轉運蛋白結合後，二者的複合體將被攝入細胞）並在細胞內降解。鐵轉運蛋白是細胞釋放、輸出鐵的唯一工具，鐵轉運蛋白的降解、缺乏將使小腸上皮細胞（鐵吸收細胞）、巨噬細胞（鐵回收細胞，吞噬衰老的紅細胞，回收紅細胞內的鐵離子）、肝細胞（鐵儲存細胞）、胎盤細胞（向胎兒供應鐵的中轉站）等細胞的鐵釋放、鐵輸出被抑制，更多的鐵將被保留、隔離在（這些）細胞內，釋放到肝門靜脈等血管，進入血液循環向各組織輸送的鐵將減少。鐵調素也抑制小腸的鐵吸收，鐵釋放不暢，細胞內鐵水平較高的小腸上皮細胞將減少從食物中攝入鐵。

鐵轉運蛋白（ferroportin，縮寫為FPN，又稱膜鐵轉運蛋白）是已知的唯一一種細胞鐵輸出蛋白，它結合細胞內的二價鐵離子（Fe2+），並將其釋放到細胞外。鐵轉運蛋白（ferroportin，FPN）服務於細胞的鐵輸出，上一篇文章介紹的轉鐵蛋白（Transferrin，Tf）和轉鐵蛋白受體（transferrin receptor，TfR）則服務於細胞的鐵攝入。轉鐵蛋白（Tf）負責向各器官、組織中的細胞運送循環鐵，細胞膜上的轉鐵蛋白受體（TfR）負責結合、接收轉鐵蛋白，將轉鐵蛋白及其攜帶的鐵攝入細胞內。鐵轉運蛋白（FPN）結合、輸出的是二價鐵離子（Fe2+），轉鐵蛋白（Tf）結合、運送的是三價鐵離子（Fe3+），鐵轉運蛋白（FPN）輸出的Fe2+在被轉鐵蛋白（Tf）結合、運送前將被氧化為Fe3+。小腸（主要是十二指腸）從食物中吸收的也是Fe3+，它要被還原為Fe2+，而後由鐵轉運蛋白（FPN）結合、釋放到細胞外。

總之，鐵調素的（分子、生理）作用是結合、內化、降解唯一的細胞鐵輸出蛋白—鐵轉運蛋白（FPN），抑製鐵釋放、鐵吸收，減少進入血液向機體各組織輸送的循環鐵。在某些特定條件下，如血清鐵過載或肝臟鐵過載時，肝臟將生成、分泌更多鐵調素，反之，肝臟將減少鐵調素的生成、分泌。

鐵對所有活細胞都是必不可少的。任何對鐵調素、對正常鐵代謝的外在干預、干擾都可能造成鐵代謝失調、紊亂，破壞機體鐵穩態、鐵平衡，引發一系列併發症，包括細胞鐵死亡（ferroptosis）、多器官衰竭和患者死亡。

鐵調素也是一種富含半胱氨酸和二硫鍵（含有8個半胱氨酸殘基和4個二硫鍵）的抗菌多肽。在鐵調素所屬的β-髮夾肽家族中，鐵調素的二硫鍵數量最多（4個），是該家族潛在最有效的抗菌肽。鐵調素具有廣泛的抗菌、抗原生動物作用，參與機體免疫和天然防禦，損傷、感染和炎症刺激可強烈引起鐵調素基因表達的增加。鐵調素也被稱為肝臟表達的抗菌肽（liver-expressed antimicrobial peptide，LEAP-1）。

鐵調素（Hepcidin，Hepc）是多肽類激素，不是嚴格意義上的蛋白質，不是細胞膜跨膜受體蛋白，自然也不是SARS-CoV-2的感染受體/受體蛋白，但它是SARS-CoV-2 S蛋白的可結合人體因子。

SARS-CoV-2 S（Spike）蛋白有變構特性，能以多個區域（AMR、ACE2 binding-site region、RBM）結合鐵調素，並在不同構象或不同狀態下優先以不同區域與鐵調素結合；SARS-CoV-2 Spike、Hepc、ACE2可結合形成三元複合體；SARS-CoV-2 Spike與Hepc的作用、結合影響Spike與ACE2的作用、結合，這一影響具有兩面性：一方面，SARS-CoV-2 Spike-Hepc的作用、結合適度增加了Spike-ACE2的結合親和力；另一方面，Spike-Hepc的作用、結合將促使Spike從有利於結合ACE2的開放構象（open conformation）轉變為不利於結合ACE2的閉合構象（closed conformation），與Hepc結合的Spike將在更多時間內處於閉合構象狀態。

SARS-CoV-2可能是已論文報告的，唯一一種可結合鐵調素的病毒（包括冠狀病毒、非冠狀病毒）。

SARS-CoV-2 S蛋白不僅能夠結合人類鐵調素，而且，其尾部區域與人類鐵調素存在氨基酸序列相似性，這一尾部區域可能能夠模仿鐵調素的分子作用和生理功能，計算機模擬研究表明，SARS-CoV-2 S蛋白的尾部片斷--Covidin多肽能夠結合鐵轉運蛋白（ferroportin，FPN），Covidin多肽還可能能夠進而降解鐵轉運蛋白。大量“Covidin”多肽的存在將過度抑製鐵釋放、鐵吸收，導致血液中的循環鐵水平低下，機體各組織鐵供應貧乏，並引發一系列鐵代謝紊亂併發症。

鐵調素在SARS-CoV-2病理中發揮重要作用，可能是COVID-19發病機制的核心參與者。


論文依據一

Biophysical Insight into the SARS-CoV2 Spike–ACE2 Interaction and Its Modulation by Hepcidin through a Multifaceted Computational Approach
通過多方面的計算方法，對SARS-CoV-2 Spike-ACE2相互作用，以及這一作用的鐵調素調節進行生物物理洞察
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsomega.2c00154

Publication Date:May 10, 2022

論文主要研究了兩方面的內容：1、在之前一篇論文的基礎上進一步研究了SARS-CoV-2 Spike蛋白的變構調節區域（Allosteric Modulation Region，AMR）；2、SARS-CoV-2 Spike與鐵調素（Hepcidin）的相互作用，及Spike-Hepcidin相互作用對Spike-ACE2相互作用、對Spike構象的影響和調節。

論文使用了大量算法、公式、模型，應用了多種分析軟件、工具，篇幅很長，閱讀理解的難度較大。筆者忽略了論文建模、計算、分析的艱深細節，摘錄、梳理出了關於Hepcidin的如下論文要點：

1、基於蛋白質構象變化和受體、配體結合的不同假設，應用多種模型和計算方法進行分析，結果一致表明Hepcidin與SARS-CoV-2的Spike蛋白之間存在潛在有效的相互作用；並且，SARS-CoV-2 Spike與Hepcidin的相互作用影響Spike的構象及Spike與ACE2的相互作用。

圖A：SARS-CoV-2 Spike三聚體與human ACE2（右上黃色部分）的複合物模型；
圖B：對接（結合）了hepcidin（中間深藍色部分）的SARS-CoV-2 Spike三聚體與human ACE2的複合物模型。

2、SARS-CoV-2 Spike結合Hepcidin的區域，與Spike的變構調節區域（AMR）部分重疊。

對變構作一些說明。

變構即構象改變。蛋白質或分子的變構，指某些蛋白質/分子與其它物質結合後，構象發生改變，其結合特性、生物活性也隨之改變的現象。使蛋白質/分子構象發生改變的結合物質稱為配體或配基，與配體作用、結合的蛋白質/分子的特定部位稱為蛋白質/分子的變構部位或變構區域。

有變構特性的蛋白稱為可變構蛋白，最經典的可變構蛋白是紅血球（紅細胞）中的血紅蛋白（hemoglobin，Hb）。血紅蛋白含有四個亞基（兩條α鏈，兩條β鏈），每個亞基由一條肽鏈和一個血紅素分子構成，每個血紅素又由4個吡咯環組成，每個吡咯環中央有一個鐵原子。如下圖所示。

血紅蛋白結構示意圖

注。上圖及部分血紅蛋白變構的說明摘自：
什麼是蛋白質的別構效應
https://www.sohu.com/a/101931503_374087

眾所周知，血紅蛋白的核心功能是運送氧氣（O2）。血紅蛋白結合、釋放氧的過程都涉及變構。未與氧結合前，血紅蛋白四個亞基間結合緊密，不易與外部的氧分子（O2）結合。氧分子不能一步到位直接結合到血紅蛋白或血紅素，它需要先與血紅素吡咯環中央的鐵原子結合，與鐵原子的結合將先使氧分子變構，構象改變後的氧分子恰好能夠進入、對接到血紅素的吡咯環中，達成氧分子與血紅蛋白某一亞基的結合。氧分子與某個亞基結合後，血紅蛋白將發生變構，各亞基間的相互作用減弱，未結合氧的亞基構象變得更易於結合氧分子。下一個亞基與氧分子結合後，血紅蛋白將繼續變構，進一步擴大易與氧結合的趨勢。血紅蛋白最後一個（第4個）結合氧的亞基的O2結合親和力是第1個結合氧亞基O2結合親和力的數百倍。變構也同樣發生在氧分子的釋放過程中，每次氧的釋放都促使血紅蛋白變構，使它的含氧亞基更易於釋放氧分子。

血紅蛋白的變構區域或變構部位就是血紅素上結合氧分子的吡咯環。稍後將看到，SARS-CoV-2 Spike的變構調節區域（Allosteric Modulation Region，AMR）可通過結合鐵調素使SARS-CoV-2 Spike變構。

SARS-CoV-2 Spike也能夠不藉助配體自行變構。德國科學家2020年10月的《Science》論文指出，SARS-CoV-2 Spike中存在三個柔性鉸鏈，這組鉸鏈的運動機制與人體髖、膝、踝三個關節類似，它們賦予SARS-CoV-2 Spike很高的運動自由度，Spike能夠通過三關節式鉸鏈結構靈活調節姿態和構象，高效結合ACE2，有效逃避抗體結合，逃避免疫系統的搜索、攻擊。SARS-CoV-2擁有多重免疫逃避、免疫屏蔽機制，比如，它還可通過“RRAR”furin酶切位點附近的O-Linked聚糖結構獲得另一重免疫屏蔽、免疫逃避能力。關於德國科學家《Science》論文的更詳細介紹，可參閱筆者之前的文章：

出自科學瘋子之手的病毒集大成者（二）

3、SWARM對接分析表明，hepcidin25可與SARS-CoV-2 Spike三聚體開放構象下的變構調節區域（AMR）及AMR周邊區域結合，結合能（binding energy）約為−22、−24 kcal/mol ；SWARM盲靈活對接（SWARM blind and flexible docking）表明，Hepcidin優先與AMR結合。

hepcidin25也能以高親和力結合SARS-CoV-2 Spike三聚體（trimeric）或單體（monomeric）的ACE2結合位點區域（ACE2 binding-site region），這表明hepcidin25、ACE2可能對SARS-CoV-2 Spike存在結合競爭。下圖展示了SWARM對接的結果。

hepcidin25可與SARS-2 Spike的AMR、AMR鄰近區域、ACE2結合區域結合

圖中藍色部分對應SARS-CoV-2 Spike三聚體（ABC）的C鏈（chain C，即單體C，monomeric C），灰色部分對應三聚體的另外兩個鏈/單體（A、B）；
圖中較小的黑色絲條狀物代表結合至Spike不同區域的hepcidin25；
左圖、右圖可能分別對應Spike三聚體的開放構象、閉合構象。

SARS-CoV-2的Spike蛋白為同源三聚體，三聚體中的三個單體結構相同，每個單體都由S1亞基（受體結合亞基）、S2亞基（膜融合亞基）構成。

關於SWARM對接（SWARM docking），論文以Web server SWARM為工具分析、研究蛋白質（包括多肽）間的相互作用情況。Web server SWARM基於SwarmDock算法，支持對蛋白質/多肽間的相互作用進行靈活的對接建模，確定或排除可結合性，模擬、計算、呈現結合細節（如對接姿態、結合部位、結合親和力等等），並對可結合的蛋白/多肽生成、輸出複合物的3D結構圖。

4、多種算法的計算、分析結果表明，Spike與Hepcidin的結合增強了Spike與ACE2的結合親和力和相互作用強度，增強了ACE2-spike複合物的穩定性；

當hepcidin25未與AMR結合時，Spike三聚體與ACE2的預測結合能為-47kcal/mol，當hepcidin25與AMR結合時，Spike三聚體與ACE2的預測結合能增至-52kcal/mol。

5、雖然我們預測hepcidin25與AMR在開放構象下的結合一定程度上提升了Spike與ACE2的結合親和力，但我們還觀察到，hepcidin25與AMR的結合將使Spike從RBD向上（挺立）的有利於結合ACE2的開放構象（open conformation）/開放狀態（open state）轉換為（RBD倒伏的）不利於結合ACE2的閉合構象（closed conformation）/閉合狀態（closed state），與hepcidin25結合的Spike將在更多時間內處於閉合構象/閉合狀態。

hepcidin25對SARS-CoV-2 Spike動力學（dynamics）的影響

圖A：SARS-CoV-2 Spike三聚體C鏈上的hepcidin25對接結合位點（Docked binding sites）；
圖B：SARS-CoV-2 Spike三聚體C鏈在四種情況下的仰角（姿態）時長關係；
圖C：SARS-CoV-2 Spike三聚體整體在兩種情況下的仰角（姿態）時長關係。

Spike三聚體或其某個單體/鏈的角度/仰角反映其直立、躺伏、側傾等姿態，仰角最大的直立姿態對應充分開放的構象，仰角最小的躺伏姿態對應高度閉合的構象，仰角較大的開放構象有利於結合ACE2。

Spike的構象、姿態、仰角是動態變化的，Spike可能只在某些時間段內處於某一構象/姿態/仰角。圖B、圖C反映了Spike三聚體或其單體/鏈在不同情況下處於不同仰角的相對時長。

研究者在SARS-CoV-2 Spike上選取了三個參照氨基酸殘基，以它們的空間位置來測定Spike三聚體整體或某個單體/鏈的角度/仰角，如圖C左上區域所示。三個參照殘基分別位於Spike的ACE2結合位點區域、AMR附近、莖區（stalk of spike，應該指spike的跨膜區域，膜指病毒包膜），它們在Spike蛋白氨基酸序列中的序號分別為494、538、1042。SARS-CoV-2 Spike蛋白氨基酸序列的長度為1273或1269。

圖B的四條曲線反映Spike C鏈在四種情況下處於不同仰角姿態的相對時長。
C：未結合hepcidin25、ACE2的Spike C鏈；
CH：AMR與hepcidin25結合的Spike C鏈；
CD：與ACE2結合的Spike C鏈；
CDH：AMR與hepcidin25結合，同時結合ACE2的Spike C鏈。

圖C的兩條曲線反映Spike三聚體整體在兩種情況下處於不同仰角狀態的相對時長。
ABCD：僅結合ACE2的Spike三聚體；
ABCD_HPC：AMR與hepcidin25結合，同時結合ACE2的Spike三聚體。

圖B、圖C的橫坐標為相對仰角，即仰角與最小仰角的差值（deviation from min angle），縱坐標應該是處於某一仰角的相對時長（筆者沒有看到對縱坐標的說明）。

圖中的最小仰角（minimum angle）大致為180度，最大仰角（maximum angle）大致為90度（以直立為大，以側傾、躺伏為小），相對仰角為負值，最大仰角與最小仰角的差值或偏離值大致為-90度。

由圖B可見，相比未結合hepcidin25、ACE2的Spike C鏈（對應黑色曲線），AMR與hepcidin25結合的Spike C鏈（對應灰色曲線）處於較大仰角姿態（開放構象）的時間變短，處於較小仰角姿態（閉合構象）的時間變長；

由圖C可見，相比僅與ACE2結合的Spike（對應藍色曲線），同時與hepcidin25和ACE2結合的Spike（對應紅色曲線）處於較大仰角姿態（開放構象）的時間變短，處於較小仰角姿態（閉合構象）的時間變長。

6、除AMR（及附近區域）、ACE2結合位點區域外，hepcidin25還能與SARS-CoV-2 Spike的RBM（receptor binding motif，受體結合基序，RBD的一部分）結合；

當Spike三聚體處於開放構象時，hepcidin25優先與RBM結合，與AMR結合的機會較低；當Spike處於閉合構象時，hepcidin25傾向於（優先）與AMR結合；hepcidin25與AMR結合後傾向於將Spike由開放構象轉換為閉合構象，或使其維持在閉合構象狀態；

當Spike三聚體接近開放構象時，AMR周圍呈現出一個hepcidin25結合位點，hepcidin25將結合到AMR 的外壁，而非穿透AMR，結合到AMR腔中（The rectified spike chain in the trimeric form of spike protein presents a binding site around the AMR for hepcidin25 when it is near to the open conformation...but hepcidin25 is not successful for penetrating into the AMR; instead of binding into the AMR cavity it binds to the external wall of the AMR.）；

當Spike三聚體轉變為開放構象時，hepcidin25與AMR的結合親和力降低，此時RBM成為hepcidin25的更佳結合位點（It is indicated in Figure 13B that the RBM is becoming a better binding site for hepcidin25 upon transition of trimeric spike to the open state...It is indicated in Figure 13C that the affinity of hepcidin25 is decreased for AMR upon transition of spike to the open state.）；

Spike三聚體由閉合狀態轉換為開放狀態後，AMR與Spike其它區域的接觸減少，內部殘基相互接觸增加，AMR變得更緊密，這種緊密的結構不利於結合hepcidin，使hepcidin25與AMR的結合機會及結合親和力降低；

當Spike由閉合構象轉換為開放構象時，AMR與外部的作用減少，自身內部作用增加。

在Spike由閉合構象轉變為開放構象過程中，RBM相應地發生結構變化，RBM對hepcidin25的SWARM預測的結合親和力（SWARM-predicted affinity）也不斷變化。

論文依據二

COVID-19 and iron dysregulation: distant sequence similarity between hepcidin and the novel coronavirus spike glycoprotein
COVID-19和鐵失調：鐵調素和新型冠狀病毒刺突糖蛋白之間的遠距離序列相似性
https://biologydirect.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13062-020-00275-2

Published: 16 October 2020

論文所說的遙遠（distant），可能指新型冠狀病毒Spike蛋白，與人類和某些脊椎動物鐵調素多肽在分類關係、物種進化關係上的遙遠距離。

論文指出：

1、某些冠狀病毒Spike蛋白的尾部區域（C-terminal region，C端區域），與某些脊椎動物的鐵調素存在氨基酸序列相似性，SARS-CoV-2 Spike蛋白的尾部區域與人類鐵調素存在顯著的氨基酸序列相似性。如下圖所示。

圖A上圖：SARS-CoV-2 Spike蛋白結構。

cytolasmic tail，直譯為細胞質的尾部，原指細胞跨膜蛋白延伸至細胞膜內、細胞質中的尾部區域，此處指冠狀病毒Spike蛋白延伸至病毒包膜內的尾部區域。

Spike的尾部區域（cytolasmic tail）對應C-端區域（C-terminal region/C-terminal domain），與之相對的是N-端區域（N-terminal region/N-terminal domain）。C-端指碳端、羧基端、COOH端，N-端指氮端、氨基端、NH2端，在圖A中，Spike左端是N-端，右端是C-端。

圖A下圖：三種冠狀病毒Spike尾段（C-terminal region/cytolasmic tail）、四種鐵調素、SARS-CoV-2 Envelope（包膜蛋白）的氨基酸序列比對。

比對區域包括47個氨基酸（1210-1256）。

MERS-CoV_Spike，MERS-CoV（中東呼吸綜合症病毒）的Spike蛋白；

SARS-CoV-2_Spike，SARS-CoV-2的Spike蛋白；

Bat-CoV_Spike，一種蝙蝠冠狀病毒--JTMC15的Spike蛋白，JTMC15發現於中國吉林，樣本收集於2013年，序列提交、共享於2015年，宿主為Rhinolophus ferrumequinum（馬鐵菊頭蝠，又名大蝙蝠、花臉蝙蝠）。JTMC15 Spike蛋白的Genbank訪問地址為：
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/protein/ANA96027.1

Tr_Hepcidin-1，紅鰭東方魨/日本河豚的鐵調素（hepcidin），‘Tr’表示Takifugu rubripes（紅鰭東方魨）/Japanese pufferfish（日本河豚）；

Tr_Hepcidin-2，紅鰭東方魨/日本河豚的類鐵調素（hepcidin-like），各個河豚物種都至少具有一個hepcidin基因和一個hepcidin-like 基因；

Rf_ Hepcidin，JTMC15的宿主--馬鐵菊頭蝠（Rhinolophus ferrumequinum）的鐵調素；

Hs_Hepcidin，智人（Homo sapiens）或人類的鐵調素。

圖中深綠色的殘基為保守殘基，灰色的殘基為相似殘基，黑色及黑色高光的殘基為相同殘基。

圖B：人類鐵調素（Human Hepcidin）的NMR（Nuclear Magnetic Resonance，核磁共振）結構。

圖B展示了Human Hepcidin的反向平行β摺疊（antiparallel beta-sheet fold）結構，黃色區段表示的八個半胱氨酸殘基（cysteine residues），連線指示的半胱氨酸殘基間的4個二硫鍵（disulfide bonds）。

圖C：SARS-CoV-2_Spike尾部區域與Hs_Hepcidin的氨基酸序列局部比對。

圖C比對區域包含26個氨基酸殘基（1231~1256）。

SARS-CoV-2_Spike尾部區域和Hs_Hepcidin/Human Hepcidin都高度富集半胱氨酸（Cysteine，C），如圖中縱向波紋線所示，SARS-CoV-2_Spike在比對區域內有10個半胱氨酸殘基，論文稱它們為potential palmitoylation residues（潛在的棕櫚酰化殘基）；Hs_Hepcidin的8個半胱氨酸殘基也都在比對區域內，圖C用連線標出了4對半胱氨酸殘基之間的4個二硫鍵（S-S）。

二者26個比對殘基中有8個相同（CC、C、CG、CCK），同一性約為31%；比對區域後7個殘基中有5個相同（CG、CCK），同一性約為71%；比對區域內的8個相同殘基中，6個是半胱氨酸殘基（Cysteine，C）。

2、SARS-CoV-2 （等某些冠狀病毒）Spike尾部區域與鐵調素的氨基酸序列相似性是獨特且特異的，雖然硬骨魚（teleosts）和脊椎動物（vertebrates）體內通常含有許多富含半胱氨酸的蛋白質（或多肽），
Moreover, there are many cysteine-rich protein sequences in teleosts and vertebrates in general, yet this similarity to the hepcidin gene family (not merely a one-off sequence) was unique and specific.

但Blast搜索未能發現與SARS-CoV-2 Spike尾部區域相似的其它蛋白或多肽。
The search that found hepcidin did not reveal a range of similarities with other teleost proteins.

也就是說，在現有生物數據庫中，與SARS-CoV-2 Spike尾部區域氨基酸序列相似的蛋白或多肽只有鐵調素（一種類型）。

硬骨魚是所含物種最多的主要魚類類別，常見魚類、大部分有頜魚類都屬於硬骨魚，廣義上的硬骨魚還包括由硬骨魚演化產生的陸生脊椎動物。

Blast，Basic Local Alignment Search Tool（基於局部比對算法的搜索工具），一種基因/蛋白研究的有力工具，基本功能是在生物數據庫中搜索指定的基因（核苷酸）序列（/片斷）、氨基酸序列（/片斷）的匹配序列，提供匹配列表、序列間的比對細節、各種匹配參數、圖形化呈現。Blast由NCBI（美國國家生物技術信息中心）提供，可在線自由使用。

3、比對了已知的有人類致病能力的七種冠狀病毒、一種蝙蝠冠狀病毒的Spike尾部區域與四種鐵調素的氨基酸序列，如下圖所示。

上半圖：七種人類致病冠狀病毒、蝙蝠冠狀病毒JTMC15的Spike尾部區域與四種鐵調素氨基酸序列的局部比對；
下半圖：上半圖中的12個序列（比對區域內部分）兩兩間的氨基酸同一性、保守性（括號內數字）百分比。

比對區域同樣包含26個氨基酸殘基（1231~1256）。

同一性百分比指兩個序列相同氨基酸殘基的百分占比；保守性百分比應該指兩個序列相同、相似、保守氨基酸的百分占比。

已知的有人類致病能力的冠狀病毒共七種，它們是：HCoV-229E、HCoV-NL63、HCoV-HKU1、HCoV-OC43、MERS-CoV、SARS-CoV-1、SARS-CoV-2，前四種病毒通常只引起普通感冒，眾所周知，後三種病毒可引發嚴重症狀並可導致患者死亡。

如前所述，Bat-CoV指代馬鐵菊頭蝠冠狀病毒JTMC15。

上半圖中的兩個黑色箭頭指示兩個保守的半胱氨酸（cysteine，C）位點，這兩個位點的半胱氨酸（C）殘基為12個序列所共有；紅色箭頭指示一個甘氨酸（glycine，G）位點，它為四種冠狀病毒（MERS-CoV、SARS-CoV-1、SARS-CoV-2、JTMC15）Spike及兩種河豚鐵調素（Tr_Hepcidin-1、Tr_Hepcidin-2）序列所共有。

論文稱，前四個刺突蛋白（對應四種普通感冒冠狀病毒）的基序（motif，特定序列片斷）與其餘序列的相似性似乎要少（there appears to be less similarity in the motif between the first four spike proteins than the rest of the sequences）。

筆者觀察，就兩個黑色箭頭之間的區域，及比對區域26個殘基的後8個殘基而言，八種冠狀病毒中，SARS-CoV-2、SARS-CoV-1 Spike尾部區域與人類/智人鐵調素（Hs_Hepcidin）的相似性更顯著一些，在比對區域後8個殘基中，二者與Hs_Hepcidin有5個殘基相同（CG、CCK），其次是JTMC15和HCoV-OC43，二者與Hs_Hepcidin有4個殘基相同（CG、CC）。不清楚Hs_Hepcidin比對區域內倒數第二個氨基酸殘基--賴氨酸（K，Lysine，83）在其分子、生理功能（結合、降解鐵轉運蛋白，抑製鐵釋放，減少循環鐵）中的作用。

不過，就比對區域26個殘基總體而言，SARS-CoV-2、SARS-CoV-1、JTMC15、HCoV-OC43 、HCoV-HKU1五種冠狀病毒Spike尾部區域與Hs_Hepcidin的同一性相同，它們與Hs_Hepcidin都有8個相同殘基。

4、不難發現，SARS-CoV-1、SARS-CoV-2 兩種病毒Spike尾部比對區域的氨基酸殘基幾乎完全相同，二者26個比對殘基僅有2個不同，同一性高達92%，二者僅有的兩個差異位點殘基是L~M、A~C。

筆者註：這意味着，發生兩個氨基酸的突變，SARS-CoV-1的比對區域就可演化為SARS-CoV-2的對應區域；同樣，實施兩個氨基酸的替換，就可將SARS-CoV-1的比對區域改造為SARS-CoV-2的對應區域。這表明，SARS-CoV-2與SARS-CoV-1淵源密切，二者要麼有着密切的進化淵源，要麼有着密切的設計淵源，後一種情況意味着，SARS-CoV-1的Spike是SARS-CoV-2 Spike的設計模板（之一），轉基因改造底板（之一）。

SARS-CoV-2是SARS-CoV-1在動物宿主體內自然演化、自然重組產生的嗎？

5、鐵調素能夠結合唯一的細胞鐵輸出蛋白—鐵轉運蛋白（ferroportin，FPN）並介導其降解。本論文報告的SARS-CoV-2 Spike尾部區域與人類鐵調素的序列相似性能否在細胞水平上發揮重要作用？這一尾部區域是否可以部分模仿鐵調素與鐵轉運蛋白的相互作用，是否可以協調並結合鐵轉運蛋白？與鐵調素類似的SARS-CoV-2 Spike蛋白是否可能通過促進（肺泡）巨噬細胞的鐵固存，從而阻礙宿主的初始免疫反應？這些問題都有待實驗研究、確定。

SARS-CoV-2 Spike可能的鐵調素作用，人類鐵調素的功能，幾種鐵調素（失調）相關的疾病的總結概要圖。

論文沒有提及，SARS-CoV-2外的其它冠狀病毒（如SARS-CoV-1、MERS-CoV）是否可能模仿鐵調素的分子作用和生理功能（結合、降解鐵轉運蛋白，抑製鐵釋放，減少循環鐵），干預、干擾宿主鐵代謝。筆者沒有看到有關其它冠狀病毒、其它病毒鐵調素模仿的論文。

論文依據三

Iron dysregulation in COVID-19 and reciprocal evolution of SARS-CoV-2: Natura nihil frustra facit
COVID-19中的鐵失調與SARS-CoV-2的互惠進化：大自然並沒有受挫
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/jcb.30207

First published: 08 January 2022

論文研究了SARS-CoV-2模擬宿主激素--鐵調素的機制，並通過蛋白質建模（protein modeling）、對接（docking）和MD模擬（Molecular Dynamics simulations，分子動力學模擬）證明了SARS-CoV-2的鐵調素模仿能力。計算機模擬研究表明：

a) SARS-CoV-2 Spike的尾部片斷—“Covidin”多肽能夠模仿鐵調素的鐵轉運蛋白結合能力，即，Covidin也能夠結合鐵轉運蛋白（ferroportin，FPN）；

該研究不能對Covidin的鐵轉運蛋白降解能力作出明確判斷（有待病毒-細胞實驗驗證），但論文指出，Covidin可能通過泛素蛋白酶體途徑（via the ubiquitin proteasomal pathway）引起鐵轉運蛋白降解，導致宿主鐵代謝失調；

即，這一計算機模擬研究的結論是，SARS-CoV-2 Spike的尾部片斷—Covidin多肽至少能夠模仿鐵調素的部分作用--結合鐵轉運蛋白。

b) Covidin對主要的人體蛋白酶具有抗性，很難被降解為更小的片斷；

c) 編碼Covidin的基因區域在各種SARS-CoV-2變體中高度保守，極少變異，Covidin片斷幾乎為所有已知的SARS-CoV-2變體所共有。

更具體地，論文指出：

1、SARS-CoV-2 Spike在人體內被蛋白酶降解（水解）後將穩定地釋放出其尾部片斷，論文稱這一片斷為Covidin肽。Covidin肽對眾多人體蛋白酶具有抗性，很難再被降解為更小的片斷。未完成的病毒組裝（如在SARS-CoV-2複製過程中細胞死亡）也將產生並向人體中釋放Covidin肽。Covidin肽大體就是“論文依據二”所說的與鐵調素氨基酸序列相似的SARS-CoV-2 Spike尾部區域。

SARS-CoV-2  Spike蛋白的人體蛋白酶活性位點分布

由圖可見，Covidin區域內人體蛋白酶活性位點（裂解位點）極少，這意味着它很難再被人體蛋白酶降解為更小的片斷。

QHD43416是SARS-CoV-2 Wuhan-Hu-1毒株Spike蛋白的Genbank ACCESSION（序列編號）。

論文使用iProt-Sub Server 和MEROPS database預測、驗證宿主蛋白酶特異性和Spike蛋白的蛋白酶裂解位點。上圖匯總了對四個主要蛋白酶家族（aspartic,cysteine,metallo-,and serine）的38種不同蛋白酶的預測、驗證結果。

Aspartic指天冬氨酸蛋白酶（Aspartic protease）家族；
Cysteine指半胱氨酸蛋白酶（Cysteine proteases）家族；
Metallo指金屬蛋白酶（Metalloproteases）家族；
Serine指絲氨酸蛋白酶（Serine proteases）家族。

上述四個蛋白酶家族加上另外二個家族：蘇氨酸蛋白酶（Threonine proteases）家族、穀氨酸蛋白酶（Glutamic acid proteases）家族，合稱六大蛋白酶家族。

2、編碼Covidin肽的RNA區域在已識別的眾多SARS-CoV-2變體中高度保守（幾乎100%保守），突變率極低。GSAID數據庫中2019年12月至2021年8月間採樣的4298個SARS-CoV-2基因組數據顯示，Covidin編碼區域的平均突變多樣性（average mutational diversity）為0.0028，遠低於與全基因組平均突變多樣性0.2，及刺突蛋白平均突變多樣性0.05。

SARS-CoV-2 基因組不同區域/位點的當前突變率（Current mutation rates）

圖A：全基因組突變率；圖B：Spike蛋白編碼區域突變率；圖C：Covidin編碼區域突變率。

由圖C可見，Covidin編碼區域內幾乎沒有任何突變位點。

（圖A顯示的Spike區域的突變密度、突變頻率似乎高於基因組大多數區域）

Covidin肽的高度保守性，在各種變體中的高度一致性、高度穩定性意味着，SARS-CoV-2 Spike-Covidin肽對鐵調素的分子作用模擬和可能的生理功能模擬，所引發的鐵代謝失調後果適用於幾乎所有已知的SARS-CoV-2變體。

3、Covidin的肽模型與Hepcidin（結構）高度相似，二者與鐵轉運蛋白（ferroportin，FPN）的相互作用也顯著相似。

The peptide models of Covidin were highly similar to Hepcidin (Figure 6). The docking with modeled ferroportin showed biochemical conservancies, and the interactions observed also have significant physiological mimicry of host Hepcidin.

Hepcidin和Covidin均與鐵轉運蛋白細胞外域的中心孔（central pore of Ferroportin's extracellular domains）強烈結合，Covidin-Ferroportin複合物與Hepcidin-Ferroportin複合物有着相似的交互作用特徵和結合空間；
Both Hepcidin and Covidin bind strongly to the central pore from the extracellular space of a host iron transporter “ferroportin” and the resulting complex has similar interaction features and binding space as the natural hormone Hepcidin.

Ferroportin結合Hepcidin的位點與其結合Covidin的位點有85%的空間重疊（spacial overlap）；MD模擬（Molecular Dynamics simulation）表明，比之Hepcidin，Covidin與Ferroportin有更多的相互作用，Covidin-Ferroportin複合物比Hepcidin-Ferroportin複合物更穩定。

The interaction MAP revealed 85% spacial overlap in the binding site, and Covidin has more interactions with the target ferroportin (Figure 7).

But as seen with the interaction map, the Covidin-ferroportin complex was more stable than the Hepcidin-ferroportin complex.

長MD模擬（100ns）無法揭示Hepcidin或Covidin如何促進鐵轉運蛋白泛素化和降解。

Long MD simulations (100 ns) could not reveal how Hepcidin or Covidin promote ferroportin ubiquitination and degradation,

Figure 6 天然鐵調素(A)、Covidin(B)分別與鐵轉運蛋白中心孔對接的3D結構示意圖

筆者註：從此圖似乎看不出Covidin與Hepcidin結構的高度相似性。

Figure 7 Hepcidin(A)、Covidin(B)分別與Ferroportin胞外結構域中心孔結合的氨基酸作用細節對比圖

論文大圖地址：
https://onlinelibrary.wiley.com/cms/asset/6971cb5a-f49b-4046-95a1-825e105dfb21/jcb30207-fig-0007-m.jpg

4、感染組織中的大量Covidin可能是SARS-CoV-2感染引發ARDS（acute respiratory distress syndrome，急性呼吸窘迫綜合徵）的促成因素之一。感染組織中的Covidin可能來自成熟SARS-CoV-2病毒Spike的降解，也可能來自垂死的被感染細胞（如肺成纖維細胞）中未完成的SARS-CoV-2複製、組裝；

我們的蛋白水解、蛋白質建模、肽對接和MD模擬實驗有力地支持了Covidin模擬宿主Hepcidin生物功能的假設；

Our proteolysis, protein modeling, peptide docking, and MD simulation experiments strongly support functional biological mimicry of Covidin with the natural host Hepcidin hormone.

SARS-CoV-2對Hepcidin的模擬，對人體鐵代謝的干預，可能與其相對較大且資源密集型的高病毒周轉率導致的高鐵需求有關（SARS-CoV-2的複製過程很可能也需要鐵）；

由於Covidin模仿Hepcidin，因此它應該通過泛素蛋白酶體途徑（via the ubiquitin proteasomal pathway）引起鐵轉運蛋白（ferroportin）降解，因而單獨的拮抗劑不能逆轉細胞內鐵超載。

As Covidin mimics Hepcidin, it should, therefore, cause ferroportin degradation via the ubiquitin proteasomal pathway, whereby antagonists alone cannot reverse the intracellular iron overload.
（鐵轉運蛋白降解使血清鐵降低，）低血清鐵導致紅細胞生成減少，這可能加速缺氧，使患者病情迅速惡化。根據最近關於SARS-CoV-2入侵紅細胞生成細胞的報道，這種（鐵轉運蛋白降解引發的）缺氧可能會因此而進一步加劇。

The hypoxia might also be accelerated by reduced erythropoiesis due to low serum iron, rapidly deteriorating a patient's condition, and aggravating COVID-19 morbidity. This hypoxia may be further aggravated based on recent reports of SARS-CoV-2 invading erythropoietic cells.98

鐵調素樣肽Covidin引發的假設的鐵失調，與COVID-19 患者實際臨床情況的關聯卡通圖。

5、鐵調素（Hepcidin）將結合、內化、降解鐵轉運蛋白（ferroportin），減少血清中的鐵，增加（小腸上皮細胞、巨噬細胞、胎盤細胞等）細胞內的鐵，如果宿主Hepcidin和可模擬Hepcidin的Covidin都處於高水平（SARS-CoV-2感染的過度炎症-hyperinflammation反應將提升Hepcidin水平），那麼，將可能使細胞內的鐵達到有毒水平，如果細胞內的鐵負載及鐵介導的自由基超出了鐵蛋白（ferritin，細胞內的鐵儲存蛋白）的容納和細胞的承受能力，將導致細胞鐵死亡。過量鐵介導、催化的自由基（free radicals）隨着細胞鐵死亡而釋放到組織液中，對周圍細胞也有毒性。

COVID-19病理學和進化的不同子集的破譯關係概覽


論文依據四

Iron and iron-related proteins in COVID-19
COVID-19中的鐵和鐵相關蛋白
https://link.springer.com/article/10.1007/s10238-022-00851-y

Published: 18 July 2022

論文回顧了鐵和鐵（代謝）相關的各種蛋白、多肽在COVID-19中的狀態（升高、降低，不同嚴重程度患者間的差異），全面總結、介紹了已報告的SARS-CoV-2感染引起的鐵和鐵相關蛋白、多肽可能的狀態改變，相應的臨床檢測數據、結果和研究結論，探討、解析了鐵代謝相關蛋白、多肽在COVID-19中的相互作用、相互關聯、相互影響，它們的臨床數據之間間關係和互動。

論文考察的參與COVID-19病理機制的鐵代謝相關蛋白、多肽包括：鐵蛋白（Ferritin）、鐵調素（Hepcidin）、轉鐵蛋白（Transferrin）、轉鐵蛋白受體（transferrin receptor）、乳鐵蛋白（Lactoferrin）、血紅蛋白（Hemoglobin）、脂質運載蛋白-2（Lipocalin-2）。

下面是論文的總結綜述圖：

總結綜述圖：鐵代謝相關因子在COVID-19中的狀態，它們之間的相互關聯、相互影響，在COVID-19病理機制中的角色。

論文兩次提到SARS-CoV-2 Spike的鐵調素模仿，有關內容摘錄如下：

高水平的循環鐵調素可抑制腸道鐵吸收，並通過降解細胞鐵轉運蛋白（ferroportin）將鐵鎖定在鐵儲存和鐵回收細胞內。這可以防止（血液）循環中鐵水平的升高。因此，炎症誘導的鐵調素增加（inflammation-induced hepcidin increment）導致全身性低鐵血症（低鐵血指低血清鐵水平，low serum iron levels）。此外，發現了SARS-CoV-2 Spike蛋白與鐵調素之間的結構相似性，據推測，病毒（SARS-CoV-2）Spike蛋白可能具有鐵調素模擬作用（hepcidin-mimetic action）並誘導鐵轉運蛋白阻斷（ferroportin blockage）。如果這一推測正確，那麼這將進一步促進細胞內鐵瀦留並加劇全身性低鐵血症（systemic hypoferremia）。

High levels of circulatory hepcidin inhibit intestinal iron absorption and lock iron within the iron-storing and iron-recycling cells by degrading the cellular-iron transporter ferroportin. This prevents iron entry and subsequent iron elevation in the circulation [111]. Thus, inflammation-induced hepcidin increment leads to systemic hypoferremia (low serum iron levels) [112]. In addition, structural similarity has been identified between hepcidin and SARS〤oV�2 spike protein. It has been hypothesized that the viral spike protein may have a hepcidin-mimetic action and induce ferroportin blockage [81]. If correct, then this can further promote intracellular iron retention and contribute to systemic hypoferremia.

。。。

低鐵血症（hypoferremia）也可能由鐵調素升高以外的原因引起。例如，可能由SARS-CoV-2 Spike蛋白推定的鐵調素模擬作用（the putative hepcidin-mimetic action）引起，它將阻斷鐵轉運蛋白（ferroportin），減少鐵進入（血液）循環，導致低鐵血症。另一個可能的原因是血清鐵蛋白（serum ferritin）升高。正如在COVID-19中觀察到的那樣，除了提升血清鐵調素外，炎症還提升鐵蛋白（ferritin）水平。鐵蛋白可以螯合（sequester）大量鐵離子（iron ions），並且，相比轉鐵蛋白（transferrin，Tf），鐵與鐵蛋白和乳鐵蛋白（lactoferrin ，Lf）的結合親和力更高（在COVID-19 中轉鐵蛋白水平降低），鐵蛋白對鐵的大量螯合也可能導致低鐵血症（hypoferremia）。

In such cases, hypoferremia may be caused due to reasons other than hepcidin elevation. For example, this could be due to the putative hepcidin-mimetic action of the viral protein [81], which would block ferroportin and thereby reduce iron entry into the circulation leading to hypoferremia. Another reason could be elevated serum ferritin. In addition to elevating serum hepcidin, inflammation elevates ferritin levels, as observed in COVID-19 (Table 1). Ferritin can sequester a large number of iron ions, and the higher affinity of iron to ferritin and lactoferrin than transferrin (although transferrin levels are reduced in COVID-19) may assist in this sequestration process and contribute to hypoferremia.

論文依據五

The Relationship Between Hepcidin-Mediated Iron Dysmetabolism and COVID-19 Severity:  A Meta-Analysis
鐵調素介導的鐵代謝異常與COVID-19嚴重程度的關係：一項薈萃分析
https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpubh.2022.881412/full

Front. Public Health, 26 April 2022

論文旨在評估鐵調素相關的鐵代謝因子（蛋白、多肽）和相關參數，探討鐵調素參與的鐵代謝異常（iron dysmetabolism）與COVID-19 嚴重程度之間的關係。論文考察了477名不同嚴重程度的COVID-19患者，這些患者的臨床檢測數據表明：重症COVID-19病例血清鐵調素（serum hepcidin）鐵蛋白（serum ferritin）水平較高，血清鐵（serum iron）水平較低，但轉鐵蛋白飽和度（transferrin saturation）無顯着差異。論文認為，需要進一步的研究來驗證鐵調素介導的鐵代謝軸（iron metabolism axis）在COVID-19病理和治療中的（確切）作用。

關於SARS-CoV-2 Spike蛋白的鐵調素模仿，論文指出：

Ehsani（“論文依據二”的作者）強調了SARS-CoV-2 Spike糖蛋白和鐵調素多肽之間氨基酸序列的驚人相似性，這一觀察結果為SARS-CoV-2的疫苗設計和生物工程抗體開發提供了思路。SARS-CoV-2的鐵調素模擬作用（Hepcidin-mimetic action of SARS-CoV-2）可能會顯着增加循環鐵蛋白和組織鐵蛋白（circulating and tissue ferritin），同時誘導SI（serum iron）缺乏。然而，SARS-CoV-2是否利用細胞膜上的鐵轉運蛋（ferroportin）作為侵入宿主細胞的另一種Spike結合受體，還需要進一步分析。此外，SARS-CoV-2是否通過模仿鐵調素直接降解鐵轉運蛋白（whether SARS-CoV-2 directly degrades ferroportin through mimicking hepcidin），或通過炎症間接上調鐵調素以介導鐵代謝障礙，也需要仔細研究。

Ehsani highlighted the striking similarity between the amino acid sequence of the SARS-CoV-2 spike glycoprotein and the hepcidin protein (37). This observation provides ideas for vaccine design and bioengineered antibody development for SARS-CoV-2. Hepcidin-mimetic action of SARS-CoV-2 may markedly increase circulating and tissue ferritin, while inducing SI deficiency (32, 33). However, whether SARS-CoV-2 utilizes ferroportin on the cell membrane as another binding receptor for the spike protein to invade host cells requires further analysis. Moreover, whether SARS-CoV-2 directly degrades ferroportin through mimicking hepcidin or indirectly upregulates hepcidin through inflammation to mediate iron dysmetabolism also needs to be carefully investigated.

論文依據六

SciELO - Brazil - SARS-CoV-2 association with hemoglobin and iron metabolism
SARS-CoV-2與血紅蛋白和鐵代謝的關聯
https://www.scielo.br/j/ramb/a/Mb65VBcXPsgS5z6Y86zwjjm/

Med. Bras. • Sept 2021

論文全面回顧了人體鐵代謝機制、鐵調素在鐵代謝中的調節作用，考察、探討了SARS-CoV-2感染引發的多種併發症，包括功能障礙性血紅蛋白病、鐵調素水平升高、氧化應激和（細胞）鐵死亡、全身性低氧血症和高鐵蛋白血症的內在機制，分析、指出了SARS-CoV-2感染對鐵調素的影響，SARS-CoV-2的鐵調素模仿這兩方面的因素與這些併發症的可能的內在關聯。

關於SARS-CoV-2 Spike蛋白的鐵調素模仿，論文指出：
Esaki（就是“論文依據二”的作者Ehsani）指出，冠狀病毒Spike蛋白的氨基酸序列與鐵調素相同（應為相似），鐵調素是鐵代謝的主要系統調節劑。冠狀病毒Spike蛋白與鐵調素之間的這種相似性能夠導致模仿效應（mimetic effect），這（或許）意味着SARS-CoV-2可以增加血清鐵調素（或其模擬物），然後增加鐵蛋白（ferritin），並引起高鐵蛋白血症綜合症（hyperferritinemic syndrome）。

Esaki demonstrated that the amino acid sequence of the coronavirus spike protein is identical to hepcidin, a protein that acts as the main systemic regulator of iron metabolism. Therefore, this similarity between hepcidin and coronavirus spike protein can lead to a mimetic effect, suggesting that SARS-CoV-2 can increase serum hepcidin and then ferritin, and cause hyperferritinemic syndrome5.

因此，功能障礙性血紅蛋白病（dysfunctional hemoglobinopathy）與SARS-CoV-2相關的高鐵蛋白血症（SARS-CoV-2-related hyperferritinemia）之間的關聯可能影響紅細胞的氧運輸能力，導致缺氧；同時，非轉鐵蛋白結合鐵（non-transferrin bound iron，NTBI，未與轉鐵蛋白結合的鐵）導致組織損傷，並在炎症部位釋放自由基（free radicals）。

Therefore, the association between dysfunctional hemoglobinopathy and SARS-CoV-2-related hyperferritinemia may affect the oxygen transport capacity of erythrocytes, thereby leading to hypoxia, while causing tissue damage due to non-transferrin bound iron (NTBI), and subsequently releasing free radicals at the inflammation sites6.

。。。

鐵毒性（iron toxicity）在COVID-19病理生理學中的角色與SARS-CoV-2的鐵調素模擬效應（the hepcidin mimetic effect of SARS-CoV-2）有關，鐵轉運蛋白（ferroportin）在胃腸道和網狀內皮系統中的內化（internalization），導致SF（Serum ferritin，血清鐵蛋白）的可用性受阻，這進而導致貧血（anemia）和高鐵蛋白血症（hyperferritinemia），並最終造成細胞鐵死亡（ferroptosis）。

The role of iron toxicity in the pathophysiology of COVID-19 is related to the hepcidin mimetic effect of SARS-CoV-2, with consequent internalization of ferroportin, both in the gastrointestinal tract and reticuloendothelial system, thereby causing a blockage in the availability of SF, which leads to anemia and hyperferritinemia, and ultimately ferroptosis5,17.

通過模仿鐵調素的作用（Through mimicking the action of hepcidin），SARS-CoV-2過度增加組織內（例如肝臟、脾臟、骨髓和肌肉）鐵蛋白（ferritin）的濃度，同時減少SF（Serum ferritin）的可用性，從而減少紅細胞的產生。循環紅細胞（circulating erythrocytes）的減少導致持續性的全身低氧血症（systemic hypoxemia），並阻礙組織氧合（tissue oxygenation），進而引發損傷性的急性呼吸綜合症（acute respiratory syndrome）。

Through mimicking the action of hepcidin, SARS-CoV-2 exaggeratedly increases the concentration of intratissue (e.g., liver, spleen, bone marrow, and muscles)ferritin, while there is a reduction in the availability of SF, and consequently, a reduction in erythrocyte production. This decrease in circulating erythrocytes perpetuates systemic hypoxemia and hinders tissue oxygenation, which is already impaired in patients with acute respiratory syndrome.

論文依據七

COVID-19 compromises iron homeostasis:Transferrin as a target of investigation
COVID-19損害鐵穩態：轉鐵蛋白作為研究目標
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC9694355/
https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0946-672X(22)00189-4
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36509021/

Published online 2022 Nov 25

論文旨在評估、分析COVID-19患者的鐵（iron）、鐵蛋白（ferritin）和鐵調素（hepcidin）水平以及轉鐵蛋白受體（transferrin receptor）基因表達。論文考察、研究了427名參與者的鐵代謝標誌物，其中218人在2020年6月至2020年9月間被診斷為COVID-19患者，另外209人未患有該疾病。

關於SARS-CoV-2的鐵調素模仿，論文指出（以下內容順序摘錄自論文不同章節、段落）：

自COVID-19大流行開始以來，在患有這種疾病的個體中觀察到了許多代謝改變（numerous metabolic alterations）。眾所周知，SARS-CoV-2能夠模仿鐵調素的作用（SARS-CoV-2 can mimic the action of hepcidin），改變細胞內鐵代謝（altering intracellular iron metabolism），但關於（SARS-CoV-2）對鐵循環（iron cycle）其他途徑可能造成的後果，仍然存在認識分歧。

Since the beginning of the COVID-19 pandemic, numerous metabolic alterations have been observed in individuals with this disease. It is known that SARS-CoV-2 can mimic the action of hepcidin, altering intracellular iron metabolism, but gaps remain in the understanding of possible outcomes in other pathways involved in the iron cycle.

。。。

COVID-19導致多種鐵循環途徑（iron cycle pathways）發生改變，鐵和鐵蛋白（ferritin）水平是反映感染狀態、演變（進展）以及疾病預後的標誌物。轉鐵蛋白受體（transferrin receptor）基因表達增加表明鐵內化增加（increased iron internalization），並且，SARS-CoV-2對鐵調素作用的模仿（the mimicry of hepcidin action by SARS-CoV-2）減少了經由鐵轉運蛋白的鐵輸出（iron export via ferroportin），這可以解釋由細胞內鐵捕獲（intracellular trapping）引起的低鐵循環水平（low circulating levels of iron）。

COVID-19 causes changes in several iron cycle pathways, with iron and ferritin levels being markers that reflect the state and evolution of infection, as well as the prognosis of the disease. The increased expression of the transferrin receptor gene suggests increased iron internalization and the mimicry of hepcidin action by SARS-CoV-2, reduces iron export via ferroportin, which would explain the low circulating levels of iron by intracellular trapping.

。。。

此外，由於（SARS-CoV-2）病毒的多重交互攻擊，COVID-19會發生一系列生化途徑失衡（biochemical pathway imbalances），例如鐵代謝障礙（iron dysmetabolism）。據推測，這是因為SARS-CoV-2模仿了鐵調素的作用（SARS-CoV-2 mimics the action of hepcidin），鐵調素與鐵轉運蛋白（ferroportin）相互作用，導致該複合物（指ferroportin-hepcidin complex）內化和降解（causing the internalization and degradation of this complex），減少了細胞內鐵的輸出，進而引發高鐵蛋白血症（hyperferritinemia）和鐵死亡（ferroptosis）。

Furthermore, due to the multiple interactive levels of viral attack, a set of several biochemical pathway imbalances such as iron dysmetabolism occurs in COVID-19. This is supposedly because SARS-CoV-2 mimics the action of hepcidin [5], which interacts with ferroportin, causing the internalization and degradation of this complex, favoring iron entry into the cell and decreasing its export from the interior of cells [6], hyperferritinemia and ferroptosis develop [5].

。。。


除了增加鐵蛋白外，有研究（還）指出了SARS-CoV-2模仿鐵調素作用，增加循環和組織鐵蛋白的能力（the ability of SARS-CoV-2 to mimic the action of hepcidin, increasing circulating and tissue ferritin）。這導致血清鐵缺乏（serum iron deficiency）並降低血紅蛋白（lowered hemoglobin）。過量的鐵與氧分子相互作用產生活性氧（reactive oxygen），導致不同器官諸如肺、肝、腎和心臟的氧化損傷（oxidative damage），這會導致（細胞）鐵死亡（ferroptosis）。在細胞外環境方面（Regarding the extracellular environment），血紅蛋白病（hemoglobinopathy）和鐵代謝異常（iron dysmetabolism）共同損害紅細胞運輸O2的能力，導致缺氧。從生理上講，貧血性缺氧（anemic hypoxia）誘導肺血管收縮（pulmonary vasoconstriction）並增加微血管內纖維蛋白的形成（fibrin formation within this microvasculature）。因此，鐵調素和鐵轉運蛋白的失調化相互作用（the dysregulated interaction of hepcidin and ferroportin）能夠通過平滑肌增殖（through smooth muscle proliferation） 導致肺動脈高壓（pulmonary artery hypertension），這可能有助於闡明COVID-19患者因呼吸衰竭而死亡的病理機制（which perhaps helps elucidate death from respiratory failure in these COVID-19 patients）。

In addition to increased ferritin, studies point to the ability of SARS-CoV-2 to mimic the action of hepcidin, increasing circulating and tissue ferritin. This induces serum iron deficiency and lowered hemoglobin [5]. Excess iron interacts with molecular oxygen generating reactive oxygen species, which contributes to oxidative damage in different organs, such as the lungs, liver, kidneys and heart, which can lead to ferroptosis [7]. Regarding the extracellular environment, the combination of hemoglobinopathy and iron dysmetabolism impairs the ability of erythrocytes to transport O2, resulting in hypoxia. Physiologically, anemic hypoxia induces pulmonary vasoconstriction and increased fibrin formation within this microvasculature. Thus, the dysregulated interaction of hepcidin and ferroportin can lead to pulmonary artery hypertension through smooth muscle proliferation [5], which perhaps helps elucidate death from respiratory failure in these COVID-19 patients.

。。。

關於鐵和鐵蛋白，本研究可以說支持了這樣的假設：SARS-CoV-2，通過模仿鐵調素的作用（by mimicking the action of hepcidin），增加鐵蛋白的流通（increases circulation of ferritin），同時誘導血清鐵和血紅蛋白水平缺乏（inducing serum iron and hemoglobin level deficiency）。在這一動態中，患者會出現貧血狀態（state of anemia），即使他們有高鐵蛋白血症（hyperferritinemic）。（SARS-CoV-2）病毒（Spike）蛋白對鐵調素的模擬作用（The mimetic action of the viral protein on hepcidin）能夠導致鐵轉運蛋白阻斷（ferroportin blockade）、細胞內鐵捕獲（intracellular iron trapping）和低鐵血症（hypoferremia）。有證據表明，炎症期間，細胞內鐵的積累（the accumulation of intracellular iron）也會增加鐵蛋白，進一步增加細胞內鐵的濃度，（與之有關的鐵）代謝失調可導致早期多細胞鐵死亡（early multicellular ferropoptosis）。

Considering the results of the present study, in relation to iron and ferritin, it can be said they support the hypothesis that SARS-CoV-2, by mimicking the action of hepcidin, increases the circulation of ferritin while inducing serum iron and hemoglobin level deficiency. In this dynamic, the patient develops a state of anemia, even though they are hyperferritinemic [5]. The mimetic action of the viral protein on hepcidin can lead to ferroportin blockade causing intracellular iron trapping and hypoferremia. There is evidence that during inflammation, the accumulation of intracellular iron also increases ferritin, further increasing the concentration of intracellular iron, evidencing metabolic dysregulation that can lead to early multicellular ferropoptosis [9].

其它相關論文

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https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fimmu.2023.1110540/full

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https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7267810/
https://www.mdpi.com/2039-7283/10/2/1271

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COVID-19、陽離子代謝異常、唾液酸、CD147、ACE2、病毒孔蛋白、鐵調素和鐵死亡：一個可能的統一假設
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Ferroptosis and multi-organ complications in COVID-19  mechanisms and potential therapies
COVID-19機制和潛在療法中的鐵死亡和多器官併發症
https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fgene.2023.1187985/full


9、ferroportin（鐵轉運蛋白）


鐵轉運蛋白（ferroportin，縮寫為FPN或FP），又稱膜鐵轉運蛋白，是已知的唯一一種細胞鐵輸出蛋白，它結合細胞內的二價鐵離子（Fe2+），並將其釋放到細胞外。鐵轉運蛋白是小腸細胞、（肝、脾中的）巨噬細胞、肝細胞、胎盤細胞等細胞輸出、釋放鐵的唯一“水龍頭”，鐵轉運蛋白對小腸（十二指腸）的膳食鐵吸收也非常重要。

鐵轉運蛋白（FPN）還有其它多種名稱，如鐵調節轉運體（Iron-regulated transporter，IREG）、金屬轉運蛋白（metal transport protein，MTP）等等。

人類和哺乳動物的鐵轉運蛋白可能只有ferroportin-1（FPN-1，FPN1）一種形式；植物有兩種鐵轉運蛋白FPN-1、FPN-2，某些植物如擬南芥（Arabidopsis thaliana）有三種鐵轉運蛋白（基因、同源物）FPN-1、FPN-2、Mar1。

人類和哺乳動物的鐵轉運蛋白-1（ferroportin-1，FPN-1）在（成熟的）十二指腸絨毛上皮細胞、肝細胞（肝臟腺上皮細胞）、肝和脾的巨噬細胞、胎盤的合體滋養層細胞、脂肪細胞等細胞中表達，分別分布在相應細胞的基底胞質、基底膜、細胞膜或頂端胞質等部位。

鐵轉運蛋白（ferroportin，FPN）服務於細胞的鐵輸出、鐵釋放，上一篇文章介紹的轉鐵蛋白（Transferrin，Tf）、轉鐵蛋白受體（Transferrin receptor，TfR）則服務於細胞的鐵輸送、鐵攝入。轉鐵蛋白（Tf）向各器官、組織中的細胞運送循環鐵，細胞膜上的轉鐵蛋白受體（TfR）結合、接收轉鐵蛋白，將轉鐵蛋白及其攜帶的鐵攝入細胞內。轉鐵蛋白（Tf）結合、運送的是三價鐵離子（Fe3+），而鐵轉運蛋白（FPN）結合、輸出的是二價鐵離子（Fe2+）。鐵轉運蛋白（FPN）釋放到細胞外的Fe2+在被轉鐵蛋白（Tf）結合、輸送前將先被氧化為三價鐵離子（Fe3+）；小腸（主要是十二指腸）從食物中吸收的也是Fe3+，在被鐵轉運蛋白（FPN）結合併釋放到細胞外前，它將被還原為Fe2+。

鐵調素（Hepcidin）可與細胞膜上的鐵轉運蛋白（FPN）結合，介導其內攝並在細胞內降解，鐵轉運蛋白的降解、水平下調將抑制細胞的鐵釋放、鐵輸出，使更多的鐵被隔離、保留在鐵吸收細胞（小腸上皮細胞）、鐵回收細胞（巨噬細胞）、鐵儲存細胞內（肝細胞）、鐵中轉細胞（胎盤細胞）等細胞的內部，使釋放到血液循環中通過轉鐵蛋白（Tf）向各組織輸送的循環鐵減少。即鐵調素通過結合、降解、下調鐵轉運蛋白抑制細胞鐵輸出，減少循環鐵。鐵調素和鐵轉運蛋白/循環鐵的關係，有點類似胰島素和葡萄糖。

由“鐵調素”章節的“論文依據二”可知，SARS-CoV-2 Spike蛋白尾部區域與鐵調素氨基酸序列相似；由“論文依據三”可知，SARS-CoV-2  Spike蛋白的尾部片斷Covidin有鐵調素模仿能力，計算機模擬研究表明，Covidin能以高於鐵調素的結合親和力緊密結合鐵轉運蛋白（FPN）。目前，沒有細胞-病毒感染實驗驗證或否定上述模擬研究結論，也沒有相關實驗確定Covidin是否可進而導致鐵轉運蛋白（FPN）降解，是否能夠以鐵調素的方式干預宿主鐵代謝，但“鐵調素”章節的多個論文依據（“論文依據四”~“論文依據七”）表明，SARS-CoV-2 Spike-Covidin很可能具備這樣的能力。

SARS-CoV-2可能是已論文報告的，唯一一種可結合鐵轉運蛋白（FPN）的病毒，唯一一種可同時結合鐵轉運蛋白（FPN）和鐵調素的病毒；SARS-CoV-2的Spike蛋白可能是唯一一種可結合鐵轉運蛋白（FPN）的病毒蛋白，唯一一種可同時結合鐵轉運蛋白（FPN）和鐵調素的病毒蛋白。由上一篇文章可知，SARS-CoV-2的Spike還能結合另一種關鍵鐵代謝因子--轉鐵蛋白受體（TfR）。我們還將看到SARS-CoV-2更多的鐵代謝干預能力。

鐵調素與鐵轉運蛋白（FPN）的結合具有特異性，鐵調素可能是已知的唯一一類能夠結合鐵轉運蛋白的天然蛋白或多肽。分子生物學界、醫學界對鐵調素結合、降解鐵轉運蛋白的分子機製作過深入研究，設計、合成、優化了多種可結合、降解鐵轉運蛋白的人工鐵調素模擬物。

相關論文一

Minihepcidins are rationally designed small peptides that mimic hepcidin activity in mice and may be useful for the treatment of iron overload
小鐵調素是合理設計的小肽，可模擬小鼠鐵調素的活性，可能有助於治療鐵過載
https://www.jci.org/articles/view/57693

Published November 1, 2011

論文研究、鑑定了對結合、降解鐵轉運蛋白（ferroportin，FPN）起關鍵作用的鐵調素中的疏水/芳香殘基（hydrophobic/aromatic residues）、半胱氨酸（cysteines）殘基和二硫鍵（disulfide bond），設計、優化、合成了多種長度為7-9個氨基酸的能模擬鐵調素，結合、降解鐵轉運蛋白，降低血清鐵的“迷你鐵調素”（Minihepcidins）多肽，部分Minihepcidins優於天然hepcidin。

論文指出，鐵調素的7-9個N端氨基酸，包括一個硫醇半胱氨酸（thiol cysteine）構成了保持鐵調素活性的最小結構。

Guided by this model, we showed that 7–9 N-terminal amino acids of hepcidin, including a single thiol cysteine, comprised the minimal structure that retained hepcidin activity, as shown by the induction of ferroportin degradation in reporter cells.

通過進一步的（基因）修改以提高對蛋白水解的抵抗力、口服生物利用度等等問題後，產生了（多種人為設計、優化的，長度為7-9個氨基酸的）小鐵調素（minihepcidins），在對小鼠進行胃腸外或口服給藥後，小鐵調素的血清鐵水平降低效果優於天然鐵調素。此外，長期用小鐵調素治療的小鼠的肝鐵濃度低於僅用溶劑治療的小鼠。小鐵調素可能有助於治療鐵超載疾病。

Further modifications to increase resistance to proteolysis and oral bioavailability yielded minihepcidins that, after parenteral or oral administration to mice, lowered serum iron levels comparably to those after parenteral native hepcidin. Moreover, liver iron concentrations were lower in mice chronically treated with minihepcidins than those in mice treated with solvent alone. Minihepcidins may be useful for the treatment of iron overload disorders.

筆者沒有考察SARS-CoV-2 Spike尾部區域/Covidin片斷與某個minihepcidins 氨基酸序列的相似性或關聯。

相關論文二

Does Hepcidin Tuning Have a Role among Emerging Treatments for Thalassemia
鐵調素調節在地中海貧血的新興療法中是否發揮作用？
https://www.mdpi.com/2077-0383/11/17/5119

Published: 30 August 2022

這篇論文的“Hepcidin Mimetics”（鐵調素模擬物）小節提到了四類鐵調素人工模擬物或人工合成物：LJPC-401、PTG-300，Mini-hepcidins、Cyclic N-Methylated Mini-Hepcidins，前三類人工鐵調素設計、開發於疫情前，包括上一論文中的“迷你鐵調素”（Mini-hepcidins）。

相關論文三

Hepcidin agonists as therapeutic tools
鐵調素激動劑作為治療工具
https://ashpublications.org/blood/article/131/16/1790/36820/Hepcidin-agonists-as-therapeutic-tools

BLOOD SPOTLIGHT| April 19, 2018

這篇論文設計的小鐵調素與前面的minihepcidins 很相似。

論文“Utilizing hepcidin pathway to treat iron overload disorders”（利用鐵調素途徑治療鐵過載疾病）小節中說：

。。。這些遺傳研究促使人們探索其他方法來增加鐵調素缺乏的鐵超載患者的循環鐵調素。 全長鐵調素的合成效率相對較低，而且由於腎臟清除速度快，鐵調素在循環中的半衰期很短。為了克服這些限制，（其它研究已經）設計了幾種分子來模擬鐵調素活性或刺激內源性鐵調素產生。我們開發了小鐵調素，這是一種基於鐵調素7-9 N端氨基酸片段的短肽。我們首先表明，hepcidin的這個N末端片段足以在體外誘導FPN-1（ferroportin-1，鐵轉運蛋白-1）內化和降解。然後，我們對這些肽進行了改造以延長其半衰期和效力，實驗證明，給小鼠施用的這些（改造後的）小鐵調素肽模擬了內源性鐵調素對鐵（釋放）的限製作用。

These genetic studies prompted the exploration of other approaches to increasing circulating hepcidin in iron-overloaded patients with hepcidin deficiency. Synthesis of full-length hepcidin is relatively inefficient, and the half-life of hepcidin in circulation is short because of rapid renal clearance.36  To overcome these limitations, several molecules have been designed to mimic hepcidin activity or stimulate endogenous hepcidin production.2,37  We developed minihepcidins (MHs), short peptides based on the 7-9 N-terminal amino acid segment of hepcidin. We first showed that this N-terminal segment of hepcidin is sufficient to induce FPN-1 internalization and degradation in vitro.38  We then engineered these peptides to increase their half-life and potency, and demonstrated that administration of MHs to mice mimics the iron-restrictive effect of endogenous hepcidin.

論文“Utilizing hepcidin agonists to treat siderophilic infections”（利用鐵調素激動劑治療嗜鐵菌感染）小節還提到：

已經開發了多種其他策略來模擬鐵調素活性或增加內源性鐵調素的產量。其中包括合成全長人鐵調素、另一種基於肽的鐵調素模擬物、小分子FPN-1抑製劑、或通過體內靶向和降解Tmprss6信使RNA來對Tmprss6進行藥理學抑制，在鐵調素缺乏症的臨床前模型中（上述方法）均顯示出相似的有益效果。。。

Multiple other strategies have been developed to mimic hepcidin activity or increase production of endogenous hepcidin. These include synthetic full-length human hepcidin,45  another peptide-based hepcidin mimetic,46  small molecule FPN-1 inhibitors,47  or pharmacologic inhibition of Tmprss6 by in vivo targeting and degradation of Tmprss6 messenger RNA,48,49  all displaying similar beneficial effects in preclinical models of hepcidin deficiency.

筆者也未考察SARS-CoV-2 Spike尾部區域/Covidin片斷與該論文開發的小鐵調素肽氨基酸序列的相似、關聯性。

（未完待續）