曾天星 田嬋嬋 夏偉 趙明棟

細(xì)胞鐵死亡是鐵依賴的,脂質(zhì)過氧化驅(qū)動的,一種獨特的、受調(diào)節(jié)的細(xì)胞死亡形式。鐵死亡過程產(chǎn)生大量活性氧自由基,使細(xì)胞生物膜穿孔、斷裂而死亡。不受限制的脂質(zhì)過氧化是鐵死亡的核心標(biāo)志,使其不同于凋亡、壞死等死亡形式。鐵死亡主要涉及氧化還原的穩(wěn)態(tài)、脂質(zhì)過氧化、鐵穩(wěn)態(tài)等[1]。鐵死亡與多種疾病相關(guān),如腫瘤、缺血性心腦血管疾病、多種呼吸系統(tǒng)疾病[2]。鐵死亡與哮喘密切相關(guān),本文將鐵死亡及其與哮喘的相關(guān)研究進展作一綜述。

一、鐵死亡的機制

1. 脂質(zhì)過氧化

?；o酶A合成酶長鏈家族成員4(Acyl-CoA synthetase long chain family member 4,ACSL4)是鐵死亡重要的驅(qū)動因素。ACSL4催化多不飽和脂肪酸合成為脂肪酸?；o酶A,隨后嵌入到磷脂生物膜[3]。多不飽和脂肪酸和活性氧反應(yīng)產(chǎn)生磷脂氫過氧化物[4],氧化的過程需要脂肪氧合酶(lipoxygenases,LOXs)的催化[5]。如果產(chǎn)生的磷脂氫過氧化物不能被谷胱甘肽過氧化物酶4(glutathione peroxidase 4,GPX4)還原為相應(yīng)的醇[6],鐵依賴的芬頓反應(yīng)擴增形成大量磷脂氫過氧化物,再和鐵反應(yīng)形成活性氧自由基,它和多不飽和脂肪酸反應(yīng)進一步產(chǎn)生大量磷脂氫過氧化物?；钚匝踝杂苫氰F死亡的最終執(zhí)行者,其損害生物膜的完整性,最終導(dǎo)致細(xì)胞器和細(xì)胞膜的破裂而死亡[4]。鐵在細(xì)胞鐵死亡的多個關(guān)鍵過程中具有重要作用。脂肪氧合酶需要鐵的催化[5],產(chǎn)生活性氧的一系列代謝酶必需鐵,快速擴增磷脂氫過氧化物的芬頓反應(yīng)也依賴鐵[1]。

2. 鐵死亡的調(diào)節(jié)

胱氨酸-System Xc-谷胱甘肽-GPX4軸是調(diào)節(jié)和抑制鐵死亡的主要機制[7]。System Xc是一種跨膜蛋白,包含亞單位SLC7A11和SLC3A2。抑制GPX4的活性是啟動鐵死亡的重要因素。GPX4是一種含硒蛋白酶,在谷胱甘肽參與下,將磷脂氫過氧化物還原為相應(yīng)的醇,抑制脂質(zhì)過氧化和鐵死亡[6,8]。抑制GPX4的活性和敲除GPX4基因均可導(dǎo)致脂質(zhì)過氧化和鐵死亡[7,9]。谷胱甘肽是豐富的還原劑,半胱氨酸是合成谷胱甘肽的底物,也是重要的還原劑[10]。胱氨酸通過細(xì)胞膜上的SystemXc-胱氨酸/谷氨酸轉(zhuǎn)運體轉(zhuǎn)變?yōu)榘腚装彼岵⑤斎爰?xì)胞內(nèi)。剝奪谷胱甘肽或抑制胱氨酸的輸入,減少細(xì)胞內(nèi)的半胱氨酸,均可導(dǎo)致脂質(zhì)過氧化和鐵死亡[11]。ACSL4表達(dá)上調(diào)可促進多不飽和脂肪酸的合成和鐵死亡[12,13]。抑制ACSL4可降低細(xì)胞鐵死亡敏感性[14]。藥物抑制脂肪氧合酶(如黃芩素)或敲除12/15-LOX基因均可抑制細(xì)胞鐵死亡[15,16]。

二、哮喘與鐵死亡

哮喘是一種氣道慢性炎癥性疾病,許多細(xì)胞和細(xì)胞成分參與,包括肥大細(xì)胞、嗜酸性粒細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、T淋巴細(xì)胞和上皮細(xì)胞[17]。哮喘的氣道炎癥分為T2型和非T2型[18]。T2型氣道以嗜酸性粒細(xì)胞炎癥為主 ,其炎癥標(biāo)記物有白介素4(Interleukin,IL-4)、IL-5和IL-13。非T2型氣道以中性粒細(xì)胞炎癥為主,或缺少粒細(xì)胞,其炎癥標(biāo)記物有IL-8、IL-17和IL-22等。

1. 哮喘與氧化應(yīng)激

氧化應(yīng)激指體內(nèi)氧化與抗氧化作用失衡的一種狀態(tài),傾向于氧化。氧化應(yīng)激狀態(tài)下,體內(nèi)產(chǎn)生活性氧和活性氮。增多的活性氧是有害的,引發(fā)氧化應(yīng)激反應(yīng)[19]。哮喘越嚴(yán)重,氧化應(yīng)激產(chǎn)生的活性氧和活性氮越多[20]?；钚匝鹾突钚缘獑託獾姥装Y反應(yīng),激活NF-κB等轉(zhuǎn)錄因子[21]。這些轉(zhuǎn)錄因子促進大量促炎因子表達(dá),如腫瘤壞死因子-α、IL-6和IL-8,誘發(fā)氣道炎癥細(xì)胞激活,包括巨噬細(xì)胞、嗜酸性粒細(xì)胞、中性粒細(xì)胞[22]。氣道某些神經(jīng)元細(xì)胞、上皮細(xì)胞、巨噬細(xì)胞都可合成活性氮,引起支氣管收縮、氣道炎癥、上皮細(xì)胞損傷[23]。哮喘患者的髓過氧化物酶和嗜酸性粒細(xì)胞過氧化物酶升高(血液、痰、肺泡灌洗液中)。這兩種過氧化物酶分別和增多的中性粒細(xì)胞、嗜酸性粒細(xì)胞相關(guān)[24]。通過檢測哮喘患者呼出氣乙烷含量,發(fā)現(xiàn)患者哮喘越嚴(yán)重,脂質(zhì)過氧化越嚴(yán)重[25]。哮喘患者肺功能越差,呼出氣乙烷含量越高。以上表明,哮喘氧化應(yīng)激水平與病情嚴(yán)重程度呈正相關(guān),氧化應(yīng)激參與哮喘的炎癥反應(yīng)、氣道高反應(yīng)性。

2. 氧化應(yīng)激與炎癥反應(yīng)

氧化應(yīng)激促進炎癥反應(yīng)。哮喘的氧化應(yīng)激導(dǎo)致脂質(zhì)過氧化,消耗細(xì)胞內(nèi)的谷胱甘肽。細(xì)胞內(nèi)降低的谷胱甘肽,促進15LO1(一種脂肪氧合酶)上調(diào)[26]。哮喘患者氣道上皮細(xì)胞含有豐富的15LO1。15LO1可持續(xù)上調(diào)氣道上皮細(xì)胞T2型炎癥標(biāo)記基因和蛋白的表達(dá)(如黏蛋白MUC5AC、骨膜蛋白等),促進T2型炎癥反應(yīng),同時使其易于鐵死亡[27]。

炎癥反應(yīng)也可加重氧化應(yīng)激。T2型炎癥的細(xì)胞因子IL-13可提高氣道上皮細(xì)胞15LO1的表達(dá)和活性[26],催化多不飽和脂肪酸氧化為磷脂氫過氧化物[28],促進脂質(zhì)過氧化。非T2型炎癥的細(xì)胞因子IL-6也可促進氣道上皮細(xì)胞脂質(zhì)過氧化、干擾細(xì)胞內(nèi)鐵穩(wěn)態(tài),誘發(fā)其鐵死亡[29]。

3. 炎癥反應(yīng)與鐵死亡

氧化應(yīng)激是誘發(fā)鐵死亡的重要因素,其作用在前文鐵死亡的機制中已有論述。炎癥反應(yīng)與鐵死亡也密切相關(guān),炎癥誘發(fā)鐵死亡,鐵死亡的細(xì)胞也可激活固有免疫和適應(yīng)性免疫反應(yīng)。

炎癥反應(yīng)誘發(fā)鐵死亡。炎癥反應(yīng)過程活性氧產(chǎn)生增多,誘發(fā)脂質(zhì)過氧化和鐵死亡。中性粒細(xì)胞可釋放髓過氧化物酶,引起脂質(zhì)過氧化和其他細(xì)胞的鐵死亡[30]?；罨腃D8+T淋巴細(xì)胞分泌干擾素,下調(diào)組織細(xì)胞SLC7A11和SLC3A2的表達(dá),抑制胱氨酸輸入,促進組織細(xì)胞鐵死亡[31]。

鐵死亡激活免疫炎癥反應(yīng)。鐵死亡的細(xì)胞表達(dá)或釋放具有免疫原性的分子,被模式識別受體(如Toll樣受體-4)識別,激活NF-κB等轉(zhuǎn)錄因子,產(chǎn)生炎癥因子,引起固有免疫反應(yīng)[32]。相比于凋亡,鐵死亡更易引起炎癥反應(yīng)[33]。鐵死亡的細(xì)胞表達(dá)氧化應(yīng)激產(chǎn)物于細(xì)胞膜上,被巨噬細(xì)胞的Toll樣受體-2識別,吞噬死亡的細(xì)胞[34]。這是鐵死亡引起巨噬細(xì)胞的免疫反應(yīng)。鐵死亡的細(xì)胞也可釋放干擾素、腫瘤壞死因子,使巨噬細(xì)胞極化為M1表型,誘導(dǎo)分泌IL-1、IL-12和IL-18等細(xì)胞因子,促進炎癥反應(yīng)[35]。

三、調(diào)節(jié)鐵死亡在哮喘治療中的價值

屋塵螨和卵清蛋白可誘發(fā)小鼠T2型哮喘,脂多糖等可誘發(fā)小鼠非T2型哮喘。無論哪一種氣道炎癥類型,都存在GPX4和 SLC7A11表達(dá)的下調(diào),ACSL4和15LO1表達(dá)的上調(diào),細(xì)胞內(nèi)游離鐵增多等促進細(xì)胞鐵死亡的改變[36-39]。這些證據(jù)表明,哮喘的病理機制存在細(xì)胞鐵死亡。

抑制鐵死亡可緩解哮喘氣道炎癥。鐵抑素-1(鐵死亡抑制劑)可上調(diào)氣道上皮細(xì)胞GPX4和SLC7A11的表達(dá),抑制脂質(zhì)過氧化,抑制上皮細(xì)胞鐵死亡,最終抑制T2或非T2型炎癥反應(yīng)[39,40]。針灸治療T2型哮喘小鼠,可下調(diào)ACSL4和15LO1的表達(dá),降低細(xì)胞內(nèi)游離鐵含量,顯著降低肺泡灌洗液炎性標(biāo)記物含量(IgE、血清IL-4 、IL-5和IL-13)[38,39]。利普他汀-1可上調(diào)氣道上皮細(xì)胞SLC7A11和GPX4的表達(dá),抑制上皮細(xì)胞鐵死亡,抑制IL-6和IL-8等炎癥因子表達(dá),減輕氣道粘液分泌和炎癥反應(yīng)。利普他汀-1通過抑制鐵死亡,緩解脂多糖誘發(fā)的小鼠中性粒細(xì)胞性哮喘[41]。槲皮素也能上調(diào)氣道上皮細(xì)胞SLC7A11和GPX4的表達(dá),通過抑制鐵死亡,緩解氣道中性粒細(xì)胞性炎癥[40]。乙酰半胱氨酸能部分逆轉(zhuǎn)IL-6導(dǎo)致的氣道上皮細(xì)胞脂質(zhì)過氧化和鐵死亡[42]。以上表明,抑制鐵死亡能緩解哮喘的氣道炎癥,調(diào)節(jié)鐵死亡可能成為哮喘治療的靶點。

四、總結(jié)

鐵死亡的核心標(biāo)志為不受限制的脂質(zhì)過氧化,其與體內(nèi)氧化還原穩(wěn)態(tài)、鐵穩(wěn)態(tài)、GPX4系統(tǒng)的調(diào)節(jié)等密切相關(guān)。鐵死亡參與免疫炎癥反應(yīng)、氧化應(yīng)激等多種病理機制。哮喘存在惡化的氧化應(yīng)激和免疫炎癥反應(yīng)。鐵死亡與哮喘存在密切的關(guān)聯(lián)。目前的體外和體內(nèi)試驗表明,抑制鐵死亡可緩解哮喘的氣道炎癥。針對鐵死亡環(huán)節(jié)中的關(guān)鍵點,調(diào)節(jié)鐵死亡可能是治療哮喘的新靶點。目前探索調(diào)節(jié)鐵死亡治療哮喘的試驗,主要為體外試驗(體外支氣管上皮細(xì)胞)和哮喘動物模型,研究還是初步的。這些研究主要探索了抑制鐵死亡對哮喘氣道炎癥的作用。而臨床關(guān)注的重點是,調(diào)節(jié)鐵死亡能否降低哮喘急性發(fā)作的頻率。目前這方面的研究還很少,未來需要深入探究。