中藥通過抑制鐵死亡防治心肌缺血再灌注損傷研究進展

李 靜，陳士萍

（赤峰學院附屬醫院心內科，內蒙古 赤峰 024005）

急性心肌梗死（acute myocardial infarction，AMI）仍是人類死亡的主要原因［1］。及時恢復血液灌流至缺血心肌仍然是治療AMI最有效策略，可顯著降低發病率和死亡率。然而，在血流恢復和再灌注后，心肌損傷會加重和誘導心肌細胞的凋亡，這一過程稱為心肌缺血再灌注（myocardial ischemia/reperfusion，MI/R）損傷［2］。研究顯示，氧化應激、鐵負荷和脂質過氧化增加等多種因素參與MI/R損傷的發病機制。而最新研究表明，鐵死亡（ferroptosis）也參與了這一過程，成為了一個重要的、新發現的發病機制。鐵死亡是一種依賴鐵離子和活性氧（reactive oxygen species，ROS）誘導脂質過氧化導致的程序性細胞死亡［3］。靶向抑制鐵死亡有望成為通過抑制MI/R損傷從而治療AMI的新手段。本文重點總結中藥靶向抑制鐵死亡防治MI/R損傷的最新進展。

1 鐵死亡參與Ml/R損傷發病機制

鐵死亡是不同于細胞凋亡、壞死和自噬程序性細胞死亡方式，是在2012年提出的新概念［3-5］。鐵死亡的3個基本特征包括脂質過氧化物清除功能障礙、氧化還原活性鐵的存在和含有多不飽和脂肪酸的磷脂的氧化。生物化學上，細胞內谷胱甘肽（glutathione，GSH）的耗盡和谷胱甘肽過氧化物酶4（glutathione peroxidase 4，GPX4）失活，從而不能消除過量產生的脂質過氧化，導致細胞鐵死亡［6］。目前鐵死亡已被確定為MI/R損傷發病機制中與氧化應激密切相關的一種細胞死亡形式［7］。

多種不同的分子機制和途徑已被證明與MI/R損傷病理機制有關，包括鐵穩態失調、脂質過氧化或氧化還原穩態失衡，自2012年提出鐵依賴性脂質過氧化驅動的細胞死亡即鐵死亡概念之后，學者們重新審視鐵穩態失調、脂質過氧化或GSH代謝紊亂在MI/R損傷中的作用，從而提出了鐵死亡參與MI/R損傷發病機制。

浙江大學醫學院王福俤教授團隊2019年在全球范圍內首次闡明了鐵死亡在心臟疾病發生發展中的重要作用［8］。首次揭示抗癌藥物多柔比星誘導的心肌病和I/R誘發的心臟損傷中存在新型細胞死亡類型“鐵死亡”，闡明了其分子調控機制，并研究發掘5種預防心臟損傷的有效途徑，包括鐵死亡抑制劑鐵抑素1（ferrostatin-1，Fer-1）、鐵螯合劑右唑烷（dexrazoxane）、線粒體抗氧化劑MitoTEMPO、血紅素加氧酶1特異性抑制劑鋅原卟啉和低鐵膳食，這一里程碑式重大發現為心肌病及心肌梗死等致死性心臟疾病的防治提供了嶄新策略［8］。

1.1 鐵代謝穩態失衡

早在1981年，基于臨床觀察，學者率先提出了“鐵源性心臟病”這一重要醫學概念［9］。此后一些研究陸續證明了游離鐵、氧化應激、脂質過氧化和心肌細胞死亡之間的直接聯系。越來越多的證據表明，鐵超載與MI/R損傷的病理機制有關［10-11］。早期研究表明，長時間缺血后，高水平的鐵被動員到冠狀動脈血流中，MI/R損傷大鼠心肌細胞鐵水平增加。與野生型小鼠相比，HFE基因敲除遺傳性血友病模型小鼠MI/R損傷后，鐵沉積、心肌細胞凋亡和ROS水平增加［12］。此外，在MI/R損傷小鼠和患有缺血性心肌病的人類心臟組織樣本中觀察到線粒體鐵水平升高，藥物可降低體內線粒體鐵水平，防止發生MI/R損傷［13］。

I/R可激活低氧誘導因子1，增加轉鐵蛋白受體蛋白1（transferrin receptor-1，TfR1）表達，促進鐵攝取［14］。I/R模型大鼠心臟中TfR1表達的上調伴隨著鐵含量增加［15］，說明I/R可引起鐵過載。在一些動物模型中，鐵螯合劑可改善心收縮功能，增加細胞活力，減輕心臟重塑，并減少MI/R損傷后的梗死面積［10］。最近的研究表明，鐵死亡與I/R誘導的心肌細胞損傷有關，靶向抑制鐵死亡可防治MI/R損傷［8］。綜上所述，鐵失調在心肌MI/R損傷中起著有害作用，靶向鐵代謝途徑可能是控制MI/R損傷鐵死亡的有效方法。

1.2 氧化還原穩態失衡

氧化還原穩態維持體內氧化還原反應平衡，是機體健康生理穩定狀態的重要組成部分。GSH是主要的細胞抗氧化劑，它是谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸在谷氨酸半胱氨酸連接酶和谷胱甘肽合成酶催化下順序反應形成的一種重要的細胞內非酶抗氧化劑，是硒蛋白GPX4的主要底物。GPX4是線粒體上游一種重要的抗氧化酶，通過催化還原性GSH轉化為氧化性谷胱甘肽（glutathione oxidized，GSSG）來調節鐵死亡和氧化應激，從而調控MI/R損傷。研究表明，再灌注大鼠心肌組織中的鐵和丙二醛水平逐漸升高，心肌組織中酰基輔酶A合成酶長鏈家族成員4（acyl coenzyme A synthetase long-chain family member 4，ACSL4）蛋白水平逐漸升高，同時GPX4水平降低［16］。線粒體中特異性過度表達的GPX4可減輕MI/R損傷中的心臟功能障礙［17］。敲除GPX4導致線粒體形態破壞和線粒體ROS生成增加［18］。鐵死亡抑制劑利普羅他汀1（liproxstatin-1，Lip-1）通過增加GPX4水平，從而降低ROS水平、抑制鐵死亡，減輕MI/R損傷［19］。I/R小鼠心肌前列腺素內過氧化物合酶2（prostaglandin-endoperoxide synthase 2，PTGS2）表達水平顯著升高，鐵死亡抑制劑Fer-1或鐵螯合劑右唑烷預處理能夠減少心肌梗死面積［8］。鐵死亡抑制劑Lip-1治療減少I/R小鼠心肌梗死面積。這些研究結果都指向在MI/R損傷中，增加心肌GPX4表達可以抑制鐵死亡，并減輕MI/R損傷病理改變。

1.3 脂質過氧化途徑增強

鐵死亡是一種脂質過氧化導致的細胞死亡形式。MI/R損傷過程中，氧化應激來源主要包括線粒體、煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH）氧化酶、黃嘌呤氧化酶和一氧化氮合酶等［20］。MI/R損傷心肌組織中ROS水平顯著升高，同時伴隨GSH水平升高，脂質過氧化和鐵積累減少，表明ROS在MI/R損傷鐵死亡中起著重要作用。再灌注后產生大量ROS［21］，導致心肌進一步的損傷［22］。有研究表明，NAD依賴性蛋白脫乙酰化酶sirtuin1（NAD-dependent protein deacetylase sirtuin-1，SIRT1）/P53/溶質載體家族7成員11（solute carrier family 7 number 11，SLC7A11）通路激活抑制ROS產生，進而減弱MI/R損傷［23］。在I/R早期，鐵蛋白降解釋放鐵并促進鐵介導的芬頓反應，導致與MI/R損傷相關的氧化損傷和心功能喪失。在I/R模型中，抑制谷氨酰胺分解能夠減少I/R引起的心肌損傷［24］。鐵死亡也與糖尿病MI/R損傷有關。糖尿病心肌損傷期間出現鐵沉積和ROS過度生成，鐵死亡通過內質網應激途徑參與糖尿病MI/R損傷，而鐵死亡抑制劑Fer-1可減少糖尿病相關心肌I/R期間大鼠心肌損傷和H9c2細胞的細胞損傷，為糖尿病患者的心肌缺血提供治療策略［25］。這些研究表明，鐵死亡在心肌MI/R損傷中起關鍵作用。

綜上所述，鐵死亡參與MI/R損傷的發病機制，影響MI/R損傷的進展，因此，抑制鐵死亡可能成為防治MI/R損傷的潛在治療靶點。

2 中藥靶向抑制鐵死亡與治療Ml/R損傷

最近研究表明，阻斷鐵死亡可降低MI/R損傷的嚴重程度，并發現鐵死亡抑制劑可有效修復I/R誘導的心肌細胞損傷［24］。Fer-1和鐵螯合物也能改善小鼠急性和慢性I/R引起的心力衰竭，表明靶向抑制鐵死亡是防治MI/R損傷有效的保護策略［8］。如鐵螯

合劑干預也顯示出有效的保護作用，阻止鐵死亡過程。右唑烷作為線粒體滲透性金屬螯合劑，可以減少ROS產生，恢復離體大鼠心肌I/R后的血流動力學［26］。此外，右唑烷保護小鼠免受多柔比星誘導的鐵死亡，減少I/R導致的致死性心臟梗死面積，改善心肌功能，充分表明調控鐵死亡有望成為治療MI/R損傷的靶點［8］。而我國傳統中藥在這方面進行了系列的研究，顯示出得天獨厚的優勢。以下就靶向抑制鐵死亡的中藥在體內外I/R模型中抑制鐵死亡減弱MI/R損傷的最新進展（表1）進行綜述，以期對研究者們起到概覽和啟發的作用。

表1 靶向鐵死亡抑制心肌缺血再灌注損傷中藥單體化合物及作用機制

2.1 白藜蘆醇

白藜蘆醇（resveratrol）是一種非黃酮類多酚有機化合物，具有抗氧化、抗炎、抗癌和心血管保護等作用。在氧糖剝奪復氧（oxygen glucose deprivation/reoxygenation，OGD/R）誘導的H9c2細胞I/R模型中，白藜蘆醇可對抗氧化應激損傷，降低Fe2+含量，并通過上調鐵蛋白重鏈1（ferritin heavy chain 1，FTH1）和GPX4抑制OGD/R導致的細胞鐵死亡。在糖尿病大鼠心肌I/R模型中，I/R激活泛素特異性蛋白酶19（ubiquitin-specific protease 19，USP19）和卷曲螺旋肌球蛋白樣BCL2結合蛋白（coiled-coil myosin-like BCL2-interacting protein，Beclin1），進而介導鐵死亡發生，而白藜蘆醇能夠通過下調USP19/Beclin1、上調GPX4和FTH1，從而抑制鐵死亡，減弱心肌細胞I/R損傷［27］。表明白藜蘆醇通過減少氧化應激和減輕鐵死亡保護MI/R損傷，提示其可能是預防MI/R損傷的潛在藥物。

2.2 黃芩苷

黃芩苷（baicalin）是一種天然黃酮苷，對MI/R損傷具有保護作用，然而其機制尚未完全闡明。心肌I/R模型大鼠和OGD/R處理的H9c2細胞研究結果顯示，黃芩苷能夠改善MI/R損傷繼發引起的大鼠心電圖ST段抬高及冠狀動脈流量、左室收縮壓、梗死面積和病理的變化，并抑制OGD/R誘導的H9c2細胞存活率降低；且體內、外模型中的脂質過氧化增強、鐵顯著過載、TfR1的激活和核受體輔激活因子4介導的鐵自噬增強可通過黃芩苷的治療逆轉；此外，ACSL4的過度表達減弱黃芩苷對H9c2細胞的保護作用［28］。這些研究結果表明，黃芩苷是通過抑制ACSL4控制鐵死亡，預防MI/R損傷，為預防MI/R損傷提供了新的潛在靶點。

2.3 矢車菊素-3-O-葡萄糖苷

矢車菊素-3-O-葡萄糖苷（cyanidin-3-O-glucoside，C3G）屬花色苷類，是廣泛分布在植物中的黃酮類化學物質，主要存在于黑米、黑豆和紫薯等植物中。桑椹花青素在食品和保健品領域均有廣泛應用，C3G是桑葚花青素的主要成分之一。花色苷有諸多療效，如抗氧化、抗動脈粥樣硬化、抗胰島素抵抗和調節血脂等，其中C3G是其主要活性成分。心肌I/R大鼠模型中，C3G可減少心肌梗死面積，減輕病理改變，抑制ST段抬高，減輕氧化應激和鐵死亡相關蛋白表達；C3G還可以抑制USP19，Beclin1，核受體輔激活因子4和微管相關蛋白輕鏈3Ⅱ（microtubule-associated protein 1 light chain 3Ⅱ，LC3Ⅱ）/LC3Ⅰ的表達。此外，在OGD/R誘導的H9c2細胞中，C3G可減輕氧化應激、下調LC3Ⅱ/LC3Ⅰ、減少自噬體數量、下調TfR1表達，上調FTH1和GPX4的表達，C3G促進Beclin1的K11連接泛素化［29］。綜上所述，C3G在體內外能夠通過抑制鐵死亡從而減少MI/R損傷。

2.4 柚皮素

柚皮素（naringenin）是一種天然黃酮類化合物，具有抗菌、抗炎、清除自由基、抗氧化、抗癌抗腫瘤和抗粥樣動脈硬化等作用。研究顯示，柚皮素對MI/R損傷鐵死亡具有抑制作用。其可通過減輕I/R誘導的大鼠心肌組織病理損傷、炎癥和脂質過氧化發揮心肌保護作用；通過上調核因子紅細胞系列化相關因子2（nuclear factor erythroid 2-related factor 2，Nrf2），SLC7A11，GPX4，FTH1和鐵泵蛋白1，下調NOX1 NADPH氧化酶，激活Nrf2/SLC7A11/GPX4軸抑制鐵死亡；在細胞水平上，鐵死亡誘導劑愛拉斯汀（erastin）能抵抗柚皮素對I/R誘導的H9c2心肌細胞的保護作用［30］。

2.5 醋酸棉酚

醋酸棉酚（gossypol acetic acid，GAA）是一種從棉花種子中提取的天然產物，可以抑制氧化應激損傷。研究顯示，在OGD/R介導的H9c2細胞中GAA可通過抑制鐵死亡減弱MI/R損傷；在鐵死亡誘導劑愛拉斯汀、RSL3和Fe-SP處理H9c2細胞和大鼠心肌細胞中，GAA可通過減少丙二醛、ROS的產生和螯合鐵含量及下調Ptgs2mRNA水平，保護H9c2細胞免受鐵死亡誘導劑引起的細胞鐵死亡；GAA可預防OGD/R誘導的心肌細胞死亡和脂質過氧化；在離體大鼠心臟中，GAA可顯著減輕心肌梗死面積，減少脂質過氧化，降低鐵死亡標志物PTGS2和ACSL4mRNA水平，降低ACSL4和Nrf2蛋白水平，并上調GPX4蛋白水平［31］。綜上所述，GAA可能在鐵死亡誘導的心肌細胞死亡和MI/R損傷的鐵死亡中發揮細胞保護作用。

2.6 其他中藥

更多中藥研究結果表明，一些其他中藥也具有抑制鐵死亡，減輕MI/R損傷的作用，如厚樸酚（honokiol）［32］、梔子苷（geniposide）［33］、木犀草素（luteolin）［34］和蕓香苷（butin）［35］等均可在糖尿病心肌I/R動物和細胞模型中抑制鐵死亡，減輕MI/R損傷。阿魏酸（ferulic acid）通過下調PTGS2、上調GPX4，降低鐵死亡從而減輕MI/R損傷［36］。靶向抑制鐵死亡成為治療MI/R損傷的潛在新靶點。

3 結語

縱觀既往研究，盡管鐵死亡可通過多種機制參與MI/R損傷的發病，并發現一些中藥通過靶向抑制鐵死亡對MI/R損傷具有治療作用。但目前仍有一些局限性極待解決：①脂質過氧化調節鐵死亡參與心肌重構的信號通路的確切下游分子目前不清楚；②鐵死亡激活MI/R損傷系統炎癥反應的潛在機制需進一步深入探討；③觸發鐵死亡的詳細分子機制仍然存在一些空白，如脂質氧化的下游效應分子尚未明確，并且引發鐵死亡應達到的鐵濃度和活性氧水平仍然未知；④目前尚缺乏靶向抑制鐵死亡治療MI/R損傷的合理的臨床試驗；⑤鐵和氨基酸的代謝貫穿于鐵死亡的整個過程，但這些物質廣泛存在，需進一步探討明確其在鐵死亡過程中的詳細作用，并進行具體干預；⑥開展臨床研究，驗證實驗室研究。總之，部分中藥靶向鐵死亡在治療MI/R損傷中已經顯示出良好的效應，但其他具有抗氧化的中藥是否能夠抑制MI/R損傷仍值得深入探索研究，也是未來重要的研究方向。