國勝文，童媛媛，柏利婷，靳 雨，張沛瑤，李藝宣，段 欣，劉晉萍

鐵死亡（ferroptosis）是近年來提出的新型細(xì)胞死亡方式，鐵死亡在包括缺血再灌注（ischemia／reperfusion，I／R）損傷的多種病理生理損傷進(jìn)程中都扮演著重要作用。 I／R 損傷是體外循環(huán)術(shù)后器官功能損傷的重要機(jī)制[1］，因此探究鐵死亡在器官I／R損傷中的作用機(jī)制，可能為體外循環(huán)術(shù)后臟器保護(hù)提供新的思路。

1 鐵死亡概述

1.1 鐵死亡概念的提出 2003年，Dolma 等人[2］首次發(fā)現(xiàn)化合物愛拉斯?。╡rastin）可以殺死癌細(xì)胞，且該種細(xì)胞死亡形式并不屬于細(xì)胞凋亡。 此后，2008年，Yang 等人[3］的研究進(jìn)一步支持和延申了Dolma 等人的研究結(jié)果，他們發(fā)現(xiàn)ras 選擇性致死化合物（ras-selective-lethalcompound，RSL）3 和RSL5可以殺死含ras 基因的癌細(xì)胞，并且該過程不能被壞死、凋亡和自噬特異性抑制劑所抑制，反而可以被抗氧化劑和鐵螯合劑抑制。 2012年，Dixon SJ等人[4］才正式提出鐵死亡這一概念，并將其定義為細(xì)胞內(nèi)異常鐵代謝導(dǎo)致的脂質(zhì)過氧化物和活性氧堆積引起的調(diào)節(jié)性的細(xì)胞死亡，且這種細(xì)胞死亡可以被脂質(zhì)過氧化物抑制劑和鐵螯合劑抑制。 隨著鐵死亡概念的提出越來越多的病理生理過程被發(fā)現(xiàn)和鐵死亡相關(guān)。

1.2 鐵死亡形態(tài)特征和生化特征 2018年，細(xì)胞死亡命名委員會(huì)建議將鐵死亡定義為一種調(diào)節(jié)性細(xì)胞死亡（regulated cell death，RCD）[5］。 鐵死亡在形態(tài)學(xué)上表現(xiàn)為細(xì)胞膜不破裂但膜上起泡、線粒體變小、線粒體膜密度增加且外膜破裂、線粒體嵴減少或消失、細(xì)胞核大小正常但缺乏染色質(zhì)凝聚[6］。

鐵死亡的中心環(huán)節(jié)是以鐵超載為主的鐵代謝紊亂和脂質(zhì)過氧化[7］。 細(xì)胞內(nèi)過量鐵會(huì)導(dǎo)致氧化性脅迫，稱為Fenton 型Haber-Weiss 反應(yīng)（Fe2++H2O2→Fe3++（OH）-+OH·①；H2O2+Fe3+→Fe2++O2+2H+②；O2+Fe2+→Fe3++O2-③）[8］。 在此過程中Fe2+活化H2O2， 形成羥自由基（·OH）和過氧自由基（O2·），活化的自由基通過損傷細(xì)胞膜系統(tǒng)造成細(xì)胞死亡。

1.3 鐵死亡的調(diào)控 目前的研究認(rèn)為，鐵死亡主要受到胱氨酸／谷氨酸逆轉(zhuǎn)運(yùn)體（the cystine／glutamate antiporter system， system Xc-）和谷胱甘肽過氧化物酶4（glutathione peroxidase 4，GPX4）的嚴(yán)格調(diào)控。system Xc-將細(xì)胞外胱氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞，再轉(zhuǎn)化為半胱氨酸用于谷胱甘肽（glutathione，GSH）的合成[9］。細(xì)胞攝取半胱氨酸是GSH 合成的關(guān)鍵步驟，GSH 的巰基具有還原性，可作為體內(nèi)重要的還原劑。 當(dāng)選擇性抑制system Xc-時(shí)，會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)GSH 的合成減少，氧自由基堆積，最終引起細(xì)胞死亡[6］。

GPX4是重要的含硒抗氧化蛋白，通過氧化GSH來降低細(xì)胞內(nèi)H2O2和過氧化物的含量，并且可以增加維生素C 的抗氧化作用。 GPX4活性受到抑制引起細(xì)胞內(nèi)H2O2堆積，在鐵的參與下產(chǎn)生氧自由基，引起細(xì)胞損傷[7］。

除此之外，鐵死亡還受到其他機(jī)制調(diào)控。 目前谷氨酰胺代謝途徑被證實(shí)在鐵死亡中發(fā)揮重要作用[10］。 近期的一項(xiàng)研究還發(fā)現(xiàn)當(dāng)細(xì)胞密度高時(shí)，細(xì)胞表現(xiàn)出了對(duì)鐵死亡的抗性，相鄰的細(xì)胞通過ECAD-NF2-Hippo-YAP 信號(hào)通路軸對(duì)鐵死亡過程進(jìn)行調(diào)控[11］。

2 鐵死亡在器官I／R 損傷中作用機(jī)制

2.1 心肌I／R 損傷 冠狀動(dòng)脈粥樣硬化血管斑塊破裂可引起冠狀動(dòng)脈狹窄缺血，目前對(duì)于心肌缺血梗死最主要的治療方式是對(duì)梗死狹窄動(dòng)脈進(jìn)行再灌注，這一治療過程不可避免的引起心肌I／R 損傷。Baba 等人[12］在I／R 心肌細(xì)胞研究報(bào)道過鐵過載現(xiàn)象。 Stamenkovic 等人[13］的研究也發(fā)現(xiàn)I／R 損傷可以引起成年大鼠心臟非凋亡的細(xì)胞死亡，且這種細(xì)胞死亡可以被鐵死亡抑制劑ferrostatin-1 抑制。Fang 等人[14］也證實(shí)了在心肌I／R 損傷在體模型中存在鐵死亡，且ferrostatin-1 和鐵螯合劑可以顯著改善I／R 損傷造成的心功能衰竭。 Gao 等人[10］進(jìn)一步提出轉(zhuǎn)鐵蛋白和谷氨酰胺是心肌I／R 鐵死亡的誘導(dǎo)劑，抑制谷氨酰胺分解可以降低I／R 損傷導(dǎo)致的心肌損傷。

2.2 神經(jīng)I／R 損傷 缺血性腦卒中是一種常見的神經(jīng)系統(tǒng)疾病，Guan 等人[15］的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)卡伐羅爾可以通過增加缺血腦組織中GPx4 的表達(dá)，抑制鐵死亡從而對(duì)I／R 損傷腦組織起到保護(hù)作用。 Li等人[16］在腦出血小鼠模型中報(bào)道了鐵死亡，此外他們還發(fā)現(xiàn)在體和離體模型中應(yīng)用ferrostatin-1 可以抑制神經(jīng)元死亡和鐵沉積，減輕脂質(zhì)過氧化，并降低環(huán)氧合酶-2（cyclooxygenase-2）的轉(zhuǎn)錄和表達(dá)的增加。 并且提出環(huán)氧合酶-2 表達(dá)增加可能是鐵死亡的一個(gè)生物標(biāo)記。

2.3 腎I／R 損傷 Linkermann 等人[17］發(fā)現(xiàn)第三代ferrostatins 可以抑制I／R 造成的腎損傷。 Huang 等人[18］證實(shí)在I／R 腎上皮細(xì)胞模型中，通過shRNA抑制腎上皮細(xì)胞細(xì)胞肝再生增強(qiáng)因子（augmenter of liver regeneration， ALR）的表達(dá)可以顯著增強(qiáng)鐵死亡發(fā)生，此外該團(tuán)隊(duì)認(rèn)為ALR 抑制鐵死亡的作用可能通過system Xc-系統(tǒng)和GPX4進(jìn)行調(diào)控。

2.4 消化系統(tǒng)I／R 損傷 Friedmann 等人[19］發(fā)現(xiàn)鐵死亡的抑制劑liproxstatin-1 可以抑制I／R 引起的肝損傷。 Li 等人[20］研究證實(shí)腸道I／R 損傷過程中發(fā)生鐵死亡，ACYL-CoA 合成酶長鏈家族成員4（Acyl-CoA synthetase long-chain family member 4 ，ACSL4）是脂質(zhì)合成的關(guān)鍵酶，通過藥物或siRNA 抑制ACSL4 的表達(dá)可以降低I／R 損傷造成的鐵死亡。其進(jìn)一步研究還發(fā)現(xiàn)特殊蛋白1 （ special protein 1，Sp1）是ACSL4 關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子，可以通過與ACSL4啟動(dòng)區(qū)結(jié)合提高其表達(dá)。

3 鐵死亡的治療

去鐵胺（desferrioxamine）能清除鐵蛋白和含鐵血黃素中的鐵離子，用于治療急慢性鐵過載引起的疾病，國內(nèi)外研究都報(bào)道過其對(duì)于地中海貧血[21-23］，再生障礙性貧血、腦出血[24-25］等疾病進(jìn)程中鐵過載的治療作用。 此外也研究報(bào)道葡萄籽花青素[26］、N-乙酰-l-半胱氨酸[27］、石杉?jí)A甲[28］等對(duì)鐵過載引起的器官損傷具有保護(hù)作用。

4 結(jié) 語

鐵死亡作為一種新發(fā)現(xiàn)的細(xì)胞程序性死亡方式，具有其獨(dú)特的形態(tài)和生化特征，近年來一些研究也在不斷探索和完善鐵死亡的調(diào)控機(jī)制。 鐵死亡參與多種器官的I／R 損傷過程，抑制細(xì)胞內(nèi)鐵死亡是預(yù)防和治療I／R 器官損傷的新靶點(diǎn)和新思路。 然而，鐵死亡在體外循環(huán)過程中的作用機(jī)制以及抑制體外循環(huán)過程中鐵死亡對(duì)器官保護(hù)作用還未見研究報(bào)道，其是否也參與體外循環(huán)I／R 損傷過程仍有待進(jìn)一步的研究。