鐵死亡在心血管疾病中的作用機制研究進展

曹政

（ 重慶市巫山云鴻醫院內科，重慶 404700）

0 引言

隨著我國逐漸進入老年社會，心血管疾病相發病率和死亡率逐年上升，帶來極大的醫療負擔。因此，心血管疾病的預防、治療和預后一直是醫學研究的重點[1]。研究表明，各種形式的調節性細胞死亡(RCD)，包括凋亡、熱分解和壞死，可以破壞心臟和血管的結構，影響它們的生理功能，從而導致心血管疾病[2]。最近的研究發現，鐵死亡與多種心血管疾病的發生和發展有關，特別是在缺血再灌注損傷中[3]。了解鐵死亡的潛在作用機制及涉及的調控網絡可能為鐵死亡相關心血管疾病提供有效的治療策略。本文就鐵死亡的機制及其與心血管疾病的關系作一綜述。

1 鐵死亡分子機制概述

細胞死亡是生命活動中的一種基本現象，是維持機體內環境平衡的重要過程。鐵死亡是由Brent R等人于2012年首次提出一種不同于細胞凋亡、壞死性凋亡和自噬的獨特細胞死亡形式[4]。鐵死亡在形態學、生化、免疫學等方面有其自身的特點。在遺傳學方面，主要是調節鐵穩態和脂質過氧化代謝的基因變化[5]。鐵超載導致細胞中鐵的過度沉積，產生可逆的組織損傷和器官衰竭[6]。鐵死亡的本質是氧化損傷，是由于鐵依賴的脂質過氧化產物過度積累引起線粒體改變[7]。鐵死亡的發病機制與多種生理過程密切相關，包括鐵代謝、氨基酸代謝、脂質代謝等。

1.1 脂類代謝異常

細胞膜的脂質雙層對于維持膜功能的完整性必不可少。細胞膜主要由脂質、蛋白質和碳水化合物組成，其中多不飽和脂肪酸是重要成分[8]。不飽和脂肪酸與自由基相互作用引起的脂質過氧化是引起鐵亡的主要原因?；ㄉ南┧岷湍I上腺素酸分別由長鏈脂肪酰基-輔酶A合成酶4(ACSL4)催化合成相應的脂肪酰基輔酶，參與膜磷脂[9]的合成。這些產物由溶血磷脂?；D移酶3通過酯化反應生成磷脂酰乙醇胺PEAA和PE-Ada，然后分別被脂氧合酶和細胞色素P450氧化還原酶(POR)氧化成有害的脂質過氧化產物。正常情況下，這些有害物質會被Gpx4還原成無毒的脂醇；然而，當Gpx4水平較低時，這些過氧化產物會過度積累，導致鐵死亡[10]。

1.2 谷氨酸代謝異常

谷胱甘肽是谷胱甘肽過氧化物酶4的重要輔因子，是其抗氧化活性所必需的[11]。谷胱甘肽有兩種形式，還原型(GSH)和氧化型二硫化物型(GSSG)。在自由基和重金屬的刺激下，Gpx4將GSH轉化為GSSG，并將脂質過氧化物還原為相應的脂醇。這限制了膜中脂質過氧化的擴散[12]。當谷胱甘肽水平降低時，活性氧和過氧化脂質會積累，導致鐵死亡[13]。

1.3 鐵代謝異常

細胞內鐵的動態平衡依賴于鐵的吸收、排泄、利用和儲存之間的動態平衡。鐵水平受關鍵蛋白調節，如TFR1、DMT1和FTH1，以維持細胞內鐵穩態。當鐵離子過載時發生芬頓反應，Fe2+和H2O2反應生成具有較強氧化能力的羥基自由基和Fe3+，再被H2O2還原成Fe2+重新參與芬頓反應。這一循環被稱為Haber-Weiss反應，將會產生大量的自由基[14]，可導致一系列臨床疾病[15]。

總體而言，鐵死亡主要是由自由基和抗氧化系統之間的失衡引起的，從而導致調節性細胞死亡?，F有的研究大多從脂質過氧化的來源和降解兩個方面描述了鐵死亡的發生機制。調節上述代謝分子可以明顯影響鐵死亡，但目前仍有許多問題需要進一步解決。

2 鐵死亡與心血管疾病

2.1 鐵死亡與動脈粥樣硬化

動脈粥樣硬化是以脂質代謝紊亂為特征的病理過程。內皮損傷、氧化應激、炎癥和免疫功能障礙均可促進AS的發生和發展[16]。臨床上，冠心病是AS最常見的器官損害類型。研究表明，與健康動脈相比，AS患者組織中的鐵含量顯著增加，這種鐵超載會促進氧化應激和炎癥反應[17]。提示鐵死亡可能參與AS的發生發展。研究發現，在體內，鐵死亡抑制劑Fer-1可以減輕高脂飲食誘導的小鼠動脈粥樣硬化損傷和脂質過氧化。體外研究表明，Fer-1可以改善氧化低密度脂蛋白(ox-LDL)誘導的鐵死亡和內皮功能障礙，并可以延緩AS的進展[18]。因此，抑制鐵死亡可能成為冠心病治療的新策略。

2.2 鐵死亡與心肌梗死

在心肌梗死小鼠中，梗死區FTH1水平降低，游離鐵水平升高[19]。研究還發現，與正常組織相比，心肌梗死組織中Gpx4蛋白的數量減少，使用Gpx4抑制劑RSL3可誘導H9c2細胞鐵死亡[20]。這表明，增加鐵或減少Gpx4可促進心肌細胞鐵死亡并導致心肌梗死。目前，對心肌梗死首選的治療方法是盡快進行血管再通[21]。雖然及時恢復血流可以部分挽救受損的心肌，但即使血流恢復，延長缺血時間也會導致損傷，這種缺血再灌注損傷會增加MI患者的死亡率[22]。研究發現，在大鼠心肌缺血再灌注損傷模型中，鐵死亡主要發生在再灌注階段，進一步的研究表明DFO的使用可以減輕心肌再灌注損傷[23]。造成缺血和再灌注時的差異原因可能是在再灌注過程中產生了大量的自由基，從而導致鐵死亡。此外，鐵死亡抑制劑Lip1和Fer-1通過減少ROS的產生來減輕缺血再灌注損傷[24]。自噬也被發現在心肌缺血再灌注損傷時促進鐵死亡，導致心肌損傷[25]。

2.3 鐵死亡與心肌病

心肌中鐵的蓄積可導致鐵超負荷心肌病，通常在早期表現為舒張功能障礙。隨著病情的發展，可能會出現心臟增大和收縮受限。鐵死亡與多種類型的心肌病有關。雖然發病機制不同，但最終是由于自由基的產生和清除失衡導致脂質過氧化物增加。研究發現，化療藥物DOX可誘導心肌細胞DNA雙鏈斷裂，并使線粒體中Fe2+和Ca2+水平升高，由此導致的ROS和鐵的增加可能是DOX引起的鐵死亡導致心肌病的主要原因[26]。由于線粒體是DOX所致心肌損傷的主要細胞器，線粒體抗氧化劑MitoTEMPO可用于消除DOX所致的脂質過氧化和鐵死亡[27]。以Fe2+為靶點的鐵絡合劑也可能是治療DOX[28]引起的心肌損傷的理想方法。研究還表明，高鐵喂養的小鼠敲除心肌細胞鐵蛋白重鏈(FTH)基因容易誘發肥厚性心肌病[29]。這進一步表明，SLC7A11下調導致的谷胱甘肽缺乏是引起心肌細胞鐵死亡的主要機制。

2.4 鐵死亡與心力衰竭

心力衰竭是腦血管病的終末期，但及時預防心肌肥大可以維持心功能，延緩病情進展。在心力衰竭的小鼠中觀察到了鐵死亡[30]。Toll樣受體4（TLR4)與NADPH氧化酶4(NOX4)結合，促進超氧陰離子和H2O2的產生，誘導心肌細胞鐵死亡。因此，阻斷TLR4-NOX4信號通路可能成為通過抑制鐵死亡來治療HF患者的潛在治療策略[31]。鐵被認為是參與心肌細胞能量代謝的輔因子，補充鐵劑可以改善一些缺鐵的慢性心力衰竭患者的心功能[32]。因此，明確鐵死亡的發病機制也將有利于心力衰竭患者的治療。

2.5 心臟移植后的炎癥反應

心臟移植是治療終末期心臟病最有效的方法。然而，移植后冠狀動脈血流的恢復可能會導致無菌性炎癥，并降低移植的成功率[33]。心臟移植后，損傷組織釋放的損傷相關分子模式(DAMP)通過TLR4/TRIF信號通路促進中性粒細胞募集和浸潤。FER-1可減少中性粒細胞粘附在血管上的數量，并抑制炎癥。這些發現表明，通過減少炎癥和濕氣的釋放，抑制鐵死亡可能是治療心臟移植受者的一種可行的治療策略[33]。

3 調節鐵死亡治療心血管病

3.1 適當的低鐵飲食

體內正常的鐵含量為3-5克，不足鐵的供應可能會損害鐵蛋白的合成水平正常細胞生理所必需的，導致一系列不良后果[34]。相反，鐵過載可能導致產生大量 ROS 并誘導脂質過氧化和鐵死亡[29]。因此，適當考慮最低要求的低鐵飲食可能有助于預防由鐵死亡引起的心血管疾病。

3.2 臨床藥物

DFO是一種高親和力的鐵螯合劑，可減少細胞內的鐵，已被FDA批準用于治療鐵超載。在缺血再灌注損傷的大鼠中，DFO可以降低心肌組織中的過氧化脂質，減輕心肌損傷[23]。研究表明，地塞米松預處理可通過TLR4MyD88-NF-βB信號通路抑制炎癥因子IL-1β、IL-6和TNF-α的釋放，從而減輕心肌缺血再灌注損傷。地塞米松可通過激活PI3K/Akt信號通路抑制細胞凋亡和氧化應激，從而保護糖尿病大鼠免受缺血再灌注損傷[35]。對缺血再灌注器官也有抗炎、抗氧化和保護作用。最近發現，地塞米松可以降低HO-1的表達，減少鐵超載和炎癥因子，增強Gpx4的表達，從而抑制鐵死亡，減輕膿毒癥引起的心肌細胞損傷[36]。

3.3 ROS抑制劑

FER-1是通過對小分子文庫[37]的高通量篩選而鑒定的鐵死亡的特異性抑制劑，可抑制Erastin或RSL3誘導的脂質ROS積聚，減輕細胞鐵死亡。研究發現，Fer-1能抑制糖尿病大鼠的鐵死亡，改善DOX所致的心肌損傷，減輕心肌缺血/再灌注損傷[27]。LIP-1的作用機制與Fer-1相似。在不影響Ca2+誘導的線粒體通透性轉換孔開放的情況下，Lip-1通過下調VDAC1水平來減少線粒體ROS的產生，恢復Gpx4水平，減輕鐵死亡，從而保護心肌線粒體免受缺血/再灌注損傷[38]。Mito-Tempo是一種針對線粒體的細胞滲透性抗氧化劑，可以減少超氧化物的積累[39]。近年來，Mito-Tempo被證明通過消除線粒體脂質過氧化而有效地抑制DOX誘導的心肌細胞鐵死亡，這是一種與Fer-1[27]相似的心臟保護作用。

3.4 抑制死亡的關鍵靶點

SLC7A11，也稱為XCT，是一種多通道跨膜蛋白，是胱氨酸/谷氨酸反向轉運蛋白系統XC-的組成部分。XC-是一個反向轉運蛋白，由SLC7A11作為輕鏈亞基和SLC3A2作為重鏈亞基組成。XC-將細胞內的谷氨酸轉移到細胞外，將細胞外的胱氨酸轉移到細胞內。進入細胞的半胱氨酸通過還原反應轉化為半胱氨酸，然后用于合成谷胱甘肽，谷胱甘肽保護細胞免受氧化應激損傷。當胞外谷氨酸濃度較高時，XC-系統對胱氨酸的攝取受到抑制，導致細胞內谷胱甘肽合成減少，細胞抗氧化能力降低，最終導致脂質ROS積累，誘導鐵死亡[11,29]。核因子E2相關因子2(NRF2)是一種轉錄激活因子，通過p62-Keap1-NRF2信號通路[40]在抗氧化反應中發揮重要作用，調節鐵死亡。P62的結構包括可與Keap1的Kelch結構域結合的STGE序列，這降低了Keap1/NRF2復合物的穩定性，導致NRF2從復合物中解離并被激活[41]。這進一步激活了NQO1、HO-1和FTH1的轉錄，或者增加了SLC7A11的表達，從而抑制了鐵死亡[42-43]。

3.5 非編碼RNA

根據長度不同，ncRNA可分為長非編碼RNA(LncRNA)、微RNA(MiRNA)和小干擾RNA(SiRNA)。最近的研究表明，ncRNAs在心血管疾病中有不同的表達，并且在心血管疾病的發生發展中起著重要作用[44]。先前的一項研究發現，人臍帶間充質干細胞來源的外切體可以通過傳遞miR-23a-3p來抑制DMT1的表達，從而抑制鐵死亡和減輕心肌損傷，DMT1通過轉運Fe2+促進鐵代謝，DMT1基因敲除可顯著抑制鐵死亡[34]。這表明ncRNAs可能是干預鐵死亡的一個重要因素，外切體可能是運送ncRNAs的運輸載體[45]。

在心血管領域，現有的研究表明可以通過多種機制抑制鐵死亡的發生，防止疾病的發展。然而，大多數實驗仍停留在動物或細胞水平，因此將這些發現應用于臨床治療需要額外的詳細分析和適當的臨床試驗。

4 總結與展望

自從鐵死亡作為一種新型的程序性細胞死亡（RCD）被發現以來，越來越多的研究為探索其發生機制和在多種疾病中的作用提供了新的途徑。脂質過氧化引起的鐵死亡是腦血管病發生的重要發病機制。目前的研究揭示鐵死亡在各種疾病中作用機制，也提出了許多值得研究人員思考的問題。首先，需進一步研究鐵死亡與其他類型的RCD之間的相互作用。關鍵的鐵死亡蛋p53、Gpx4和SLC7A11也與其他死亡方式有關。當這些蛋白質發生變化時，我們需要能夠通過實驗手段區分不同類型的RCD之間的相互作用。第二，需要對鐵死亡的表現有進一步的了解。第三，確定過氧化反應的閾值是必要的。氧自由基在人類和其他物種中是新陳代謝所必需的，也可以誘發鐵死亡。隨著科學的進步，對鐵死亡的研究將為心血管病的發生發展提供堅實的理論基礎，針對鐵死亡的特異性靶向治療將成為治療心血管病的重要手段。