劉迎博，茹美華，李建強(qiáng)

(1.山西醫(yī)科大學(xué)，山西 太原 030000；2.山西醫(yī)科大學(xué)第二醫(yī)院呼吸與危重癥醫(yī)學(xué)科，山西 太原 030000)

細(xì)胞程序性死亡是由特定的細(xì)胞信號(hào)通路調(diào)控的細(xì)胞自主死亡方式，對(duì)機(jī)體的正常發(fā)育有著重要意義。鐵死亡是一種鐵依賴的細(xì)胞程序性死亡方式，近年來(lái)的研究發(fā)現(xiàn),鐵死亡相關(guān)機(jī)制如鐵代謝紊亂、氧化還原失衡等與包括肺纖維化在內(nèi)的多種呼吸系統(tǒng)疾病的發(fā)生密切相關(guān)[1]。目前，肺纖維化的病因及發(fā)病機(jī)制尚不十分明確，且缺乏有效的治療手段，預(yù)后不容樂觀，而鐵死亡的發(fā)現(xiàn)及其可能在肺纖維化中的作用為肺纖維化的治療提供了新的思路?；诖耍疚木丸F死亡的調(diào)控機(jī)制及鐵死亡在肺纖維化中的作用最新研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 鐵死亡概述

鐵死亡是DIXON等[2]發(fā)現(xiàn)的一種特殊類型的細(xì)胞死亡方式，具有脂質(zhì)過氧化物聚集和鐵離子依賴性的特點(diǎn)。鐵死亡與以往發(fā)現(xiàn)的經(jīng)典細(xì)胞死亡方式不同，主要表現(xiàn)在：(1)在細(xì)胞形態(tài)上表現(xiàn)為線粒體的萎縮，線粒體嵴減少甚至消失，而細(xì)胞核形態(tài)并沒有明顯的變化，不存在染色質(zhì)凝集和核碎裂現(xiàn)象[3]；(2)發(fā)生過程中需要鐵離子的參與，并受多基因途徑調(diào)節(jié)，而無(wú)炎癥介質(zhì)的釋放；(3)鐵死亡過程中細(xì)胞膜的破損是由于脂質(zhì)過氧化引起膜通透性改變?cè)斐傻模灰蕾囉谀ご┛椎鞍自诩?xì)胞膜上打孔[4]。目前，肺纖維化發(fā)病機(jī)制仍不十分明確，且患者大都預(yù)后不佳。鐵死亡可能參與了肺纖維化早期的細(xì)胞氧化應(yīng)激損傷，因此，需要更好地了解鐵死亡機(jī)制，探索有效的抗肺纖維化治療的潛在途徑。

2 鐵死亡的調(diào)控機(jī)制

2.1 鐵代謝紊亂鐵是維持人體細(xì)胞正常生理活動(dòng)的重要微量元素，參與機(jī)體能量代謝及細(xì)胞色素和各種酶的合成。鐵離子由十二指腸及空腸上皮以Fe2+形式吸收入血，經(jīng)銅藍(lán)蛋白氧化為Fe3+，并與血漿中的轉(zhuǎn)鐵蛋白結(jié)合，將其輸送到其他組織細(xì)胞內(nèi)，經(jīng)鐵還原酶轉(zhuǎn)化為Fe2+后被加以利用，在鐵儲(chǔ)備充足的情況下，細(xì)胞內(nèi)未被利用的鐵以鐵蛋白和含鐵血黃素的形式貯存。

鐵的代謝穩(wěn)態(tài)對(duì)機(jī)體來(lái)說至關(guān)重要，與鐵代謝相關(guān)的因子包括轉(zhuǎn)鐵蛋白受體、二價(jià)金屬轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白1、轉(zhuǎn)鐵蛋白和鐵蛋白等，受鐵反應(yīng)元件-鐵調(diào)節(jié)蛋白系統(tǒng)的調(diào)控，可以根據(jù)體內(nèi)游離Fe2+的濃度，維持細(xì)胞內(nèi)源性鐵穩(wěn)態(tài)[5]。鐵死亡是鐵依賴的過程，上述蛋白的異常表達(dá)或功能障礙均會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)鐵離子代謝紊亂，對(duì)鐵死亡起到調(diào)控作用，導(dǎo)致鐵穩(wěn)態(tài)失衡[6]。過量的Fe2+可以與過氧化氫(hydrogen peroxide，H2O2)發(fā)生Fenton反應(yīng)生成活性氧和羥基自由基[7]，其產(chǎn)物具有很強(qiáng)的氧化活性，可以引起一系列的細(xì)胞氧化損傷。因?yàn)橹挥杏坞x的Fe2+才會(huì)通過Fenton反應(yīng)引起細(xì)胞鐵死亡，所以細(xì)胞內(nèi)游離鐵的代謝對(duì)調(diào)控鐵死亡的發(fā)生具有重要作用。

2.2 氧化和抗氧化失衡過量的氧化物可以導(dǎo)致機(jī)體氧化和抗氧化作用失衡，肺部的氧化物主要是活性氧、H2O2和超氧陰離子，而抗氧化系統(tǒng)由超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)、血紅素加氧酶-1(heme oxygenase-1，HO-1)、谷胱甘肽過氧化物酶(glutathione peroxidase，GPX)等抗氧化酶和谷胱甘肽、維生素C、維生素E等小分子抗氧化物構(gòu)成。線粒體是細(xì)胞內(nèi)活性氧產(chǎn)生的重要細(xì)胞器，且鐵含量豐富，被認(rèn)為是鐵死亡發(fā)生的重要場(chǎng)所?；钚匝蹙哂休^強(qiáng)的氧化能力[8]，在正常生理水平時(shí)可發(fā)揮細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)作用，調(diào)控細(xì)胞的凋亡和增殖[9]，但活性氧可導(dǎo)致脂質(zhì)過氧化物累積，蓄積到一定程度后會(huì)造成線粒體膜的損傷，導(dǎo)致細(xì)胞能量代謝障礙，這也是鐵死亡在細(xì)胞形態(tài)上主要表現(xiàn)為線粒體體積減小和膜的皺縮，最終導(dǎo)致細(xì)胞死亡的原因。

谷胱甘肽是細(xì)胞內(nèi)一種重要的抗氧化劑，主要維持細(xì)胞氧化還原狀態(tài)平衡[10]，其合成異常會(huì)造成脂質(zhì)過氧化物的大量蓄積，從而導(dǎo)致細(xì)胞鐵死亡的發(fā)生。此外，在細(xì)胞中GPX4能以谷胱甘肽為底物發(fā)揮抗氧化作用，將細(xì)胞中過多的脂質(zhì)過氧化物還原成無(wú)氧化活性的脂質(zhì)醇[11]，通過限制脂質(zhì)過氧化物對(duì)細(xì)胞的氧化損傷來(lái)抑制鐵死亡的發(fā)生[12]。

最新研究發(fā)現(xiàn)，鐵死亡抑制蛋白1是一種獨(dú)立于GPX4的鐵死亡抑制因子，其可以不依賴谷胱甘肽的還原活性，通過還原輔酶Q10來(lái)阻止脂質(zhì)過氧化和細(xì)胞的鐵死亡[13-14]。

2.3 脂質(zhì)過氧化脂質(zhì)過氧化物的大量積累是鐵死亡的標(biāo)志，鐵死亡過程中的膜破損是由脂質(zhì)過氧化物導(dǎo)致的。脂質(zhì)過氧化不僅破壞生物膜的功能與穩(wěn)定性，其降解產(chǎn)物丙二醛還可干擾蛋白質(zhì)、糖和核酸的代謝，影響細(xì)胞正常功能。多不飽和脂肪酸是脂質(zhì)代謝調(diào)控鐵死亡的關(guān)鍵分子，在鐵死亡過程中，多不飽和脂肪酸特別是花生四烯酸和腎上腺素因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)的相對(duì)不穩(wěn)定性而容易發(fā)生過氧化。

長(zhǎng)鏈酯酰輔酶A合成酶4與溶血卵磷脂?；D(zhuǎn)移酶3是鐵死亡過程中脂質(zhì)過氧化物合成的關(guān)鍵酶，可催化活性氧誘導(dǎo)多不飽和脂肪酸產(chǎn)生脂質(zhì)過氧化物[15]。研究發(fā)現(xiàn)，多不飽和脂肪酸是細(xì)胞膜和細(xì)胞器膜結(jié)構(gòu)的重要組成部分，也是細(xì)胞鐵死亡過程中脂質(zhì)過氧化的重要靶點(diǎn)[16]。此外，由鐵介導(dǎo)的脂氧合酶也參與多不飽和脂肪酸的過氧化過程而產(chǎn)生脂質(zhì)過氧化物[17]。大量的脂質(zhì)過氧化物可破壞細(xì)胞膜單位上許多酶、受體和離子通道的空間構(gòu)象，使膜的完整性和選擇通透性被破壞[18]，最終引發(fā)細(xì)胞死亡。

3 鐵死亡與肺纖維化發(fā)生的相關(guān)性

肺纖維化是許多急、慢性肺損傷最常見的臨床結(jié)局，其主要病理特征是成纖維細(xì)胞增殖和細(xì)胞外基質(zhì)的廣泛沉積，最終導(dǎo)致肺泡結(jié)構(gòu)被破壞，造成肺功能下降甚至導(dǎo)致患者死亡等不良預(yù)后[19]。

氧化/抗氧化失衡引起的氧化應(yīng)激是早期肺纖維化發(fā)生、發(fā)展的重要因素，機(jī)體存在許多抗氧化系統(tǒng)，其中p62-Kelch樣相關(guān)蛋白1(Kelch-1ike ECH-associated protein 1，Keapl)-核紅細(xì)胞2相關(guān)因子2(nuclear factor erythroid 2-related factor 2，Nrf2)-抗氧化反應(yīng)元件(antioxidant response element，ARE)信號(hào)通路與鐵死亡密切相關(guān)[20]。p62-Keapl-Nrf2-ARE信號(hào)通路可通過上調(diào)HO-1的表達(dá)，降低細(xì)胞內(nèi)游離Fe2+及α-平滑肌肌動(dòng)蛋白的表達(dá)[21]，減少膠原的合成，在抑制鐵死亡的同時(shí)起到抗肺纖維化作用。此外，Nrf2可通過抑制煙酰胺腺嘌呤二核苷酸氧化酶的轉(zhuǎn)錄，抑制活性氧的產(chǎn)生，增加谷胱甘肽的合成，發(fā)揮抗纖維化的作用。

Ⅱ型肺泡上皮細(xì)胞(type II alveolar epithelial cells，ATⅡ)是維持肺泡結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)鍵細(xì)胞，ATⅡ的持續(xù)損傷和異常修復(fù)最終導(dǎo)致肺纖維化的發(fā)生[22]。ATⅡ具有高度的代謝活性，其中細(xì)胞膜上含有大量的多不飽和脂肪酸，線粒體含量也很豐富，這意味著ATⅡ具有更高的鐵死亡易感性。有研究發(fā)現(xiàn)，博來(lái)霉素誘導(dǎo)的肺纖維化小鼠ATⅡ中鐵離子水平升高，并伴有膠原沉積等纖維化的病理改變，提示ATⅡ中過多的鐵積累誘導(dǎo)的鐵死亡促進(jìn)了肺纖維化的發(fā)展；此外，該研究還發(fā)現(xiàn)，在中度缺鐵的小鼠中，博來(lái)霉素誘導(dǎo)的肺纖維化可得到緩解[23]。以上研究均表明，鐵死亡促進(jìn)了肺纖維化的發(fā)生發(fā)展。

放射性肺纖維化的發(fā)病機(jī)制是在腫瘤放射治療中，電離輻照直接導(dǎo)致細(xì)胞DNA損傷和活性氧產(chǎn)生，從而導(dǎo)致肺泡上皮細(xì)胞損傷，最終進(jìn)展至肺纖維化。鐵死亡在輻射誘導(dǎo)的放射性肺纖維化中起關(guān)鍵作用[24]。有研究報(bào)道，電離輻射誘導(dǎo)的過量活性氧促使肺組織的氧化應(yīng)激顯著增加，而SOD和GPX4活性降低，且輻照后肺上皮細(xì)胞線粒體形態(tài)也發(fā)生明顯變化[25]，進(jìn)一步證實(shí)了鐵死亡與放射性肺纖維化相關(guān)。LIU等[26]研究發(fā)現(xiàn)，一種新構(gòu)建的生物工程納米反應(yīng)器SOD@ARA290-HBc可顯著降低肺泡上皮細(xì)胞中活性氧，改善線粒體膜電位，通過抑制氧化應(yīng)激，防止輻射誘導(dǎo)的肺泡上皮細(xì)胞鐵死亡，可有效減輕放射性肺纖維化。

百草枯具有很強(qiáng)的毒性作用，可導(dǎo)致快速的進(jìn)行性彌漫性肺纖維化，其抵制可能是百草枯刺激活性氧的合成，通過脂質(zhì)過氧化、核因子-κB激活和線粒體損傷，最終導(dǎo)致細(xì)胞損傷，而去鐵胺、Fer-1等鐵死亡抑制劑可以在百草枯引起的纖維化治療中發(fā)揮一定的作用[27]。特發(fā)性肺纖維化的主要病理特征是肌成纖維細(xì)胞和細(xì)胞外基質(zhì)組成的纖維化灶的形成，說明成纖維細(xì)胞向肌成纖維細(xì)胞的轉(zhuǎn)化參與了特發(fā)性肺纖維化的發(fā)病[28]。鐵死亡激活劑Erastin可增加轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β1(transforming growth factor-β1，TGF-β1)介導(dǎo)的活性氧的表達(dá)和脂質(zhì)過氧化，抑制GPX4的表達(dá)，促進(jìn)成纖維細(xì)胞向肌成纖維細(xì)胞的分化，誘導(dǎo)膠原沉積和肺泡結(jié)構(gòu)的破壞，參與纖維化過程，而鐵死亡抑制劑Fer-1可抑制上述作用，減輕肺纖維化[29]。TGF-β1誘導(dǎo)的上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial-mesenchymal transition，EMT)被認(rèn)為參與了肺纖維化的發(fā)病機(jī)制，在EMT過程中，TGF-β1促進(jìn)了A549細(xì)胞線粒體形態(tài)發(fā)生鐵死亡典型的超微結(jié)構(gòu)改變，增加了活性氧、丙二醛和亞鐵離子的水平，同時(shí)降低了E-鈣黏蛋白、α-SMA和SLC7A11的表達(dá)水平[30]。

以上研究表明，鐵死亡參與了肺纖維化的發(fā)生過程，但具體分子機(jī)制尚未明確，鐵死亡是怎樣引起成纖維細(xì)胞增殖活化和細(xì)胞外基質(zhì)釋放等需進(jìn)一步研究。

4 小結(jié)

綜上所述，鐵死亡在肺纖維化的發(fā)生發(fā)展過程中發(fā)揮重要作用，鐵代謝紊亂及氧化還原失衡等相關(guān)機(jī)制參與了肺纖維化的進(jìn)展。但目前仍有以下問題需要繼續(xù)探討：(1)鐵死亡在肺纖維化中的具體激活機(jī)制，鐵死亡與其他的細(xì)胞死亡方式是否存在競(jìng)爭(zhēng)，是否受其他因子調(diào)控，可以通過細(xì)胞實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證鐵死亡的上游及下游相關(guān)因子；(2)氧化應(yīng)激是肺纖維化的重要發(fā)病機(jī)制之一，因此減輕氧化應(yīng)激，改善機(jī)體存在的氧化/抗氧化失衡有可能延緩肺纖維化的發(fā)生發(fā)展，但目前還未發(fā)現(xiàn)鐵死亡抑制劑能直接發(fā)揮抗纖維化的作用，也需要更多的藥物模型去篩選和驗(yàn)證。總之，鐵死亡在肺纖維化中具有重要的研究?jī)r(jià)值，進(jìn)一步深入探討鐵死亡的機(jī)制可為肺纖維化的治療提供新的方向。