林萬鵬 楊驕霞 鄭麗婷 馮 莉 游紫陽

(1. 牡丹江醫(yī)學(xué)院 研究生處， 黑龍江 牡丹江 157011； 2. 牡丹江醫(yī)學(xué)院 附屬紅旗醫(yī)院 心血管內(nèi)科， 黑龍江 牡丹江 157011)

及時(shí)恢復(fù)心肌灌注可有效提高急性心肌梗死患者生存率，溶栓或經(jīng)皮冠狀動脈介入治療(percutaneous coronary intervention, PCI)是臨床上開通罪犯血管的有效治療手段，但隨之帶來的心肌缺血再灌注損傷(myocardial ischemia-reperfusion injury, MIRI)嚴(yán)重影響了血運(yùn)重建的臨床獲益。針對MIRI的防治，目前臨床上尚無行之有效的治療手段。2012年Dixon[1]首次提出了鐵死亡的概念，其以鐵超載和脂質(zhì)過氧化為特征，氧化物在細(xì)胞膜的積累最終導(dǎo)致細(xì)胞損傷或死亡。Shan等[2]構(gòu)建了心肌缺血再灌注損傷大鼠模型，觀察到心肌細(xì)胞發(fā)生了鐵死亡，并使用花青素-3-葡萄糖苷降低細(xì)胞氧化應(yīng)激水平和Fe2+含量，有效減小了心肌梗死面積，明確了鐵死亡在MIRI中的作用。本文就鐵死亡與MIRI之間的最新研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，探討鐵死亡在MIRI調(diào)控中的重要作用。

1 鐵死亡概述

鐵是人體必須微量元素，正常含量的鐵對維持心臟功能至關(guān)重要，但有研究發(fā)現(xiàn)，線粒體中過量的鐵會導(dǎo)致細(xì)胞發(fā)生脂質(zhì)過氧化反應(yīng)，影響細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)和功能，直接誘發(fā)鐵死亡[3]。鐵死亡受親脂性抗氧化劑和鐵螯合劑抑制而不受細(xì)胞凋亡或壞死性凋亡抑制劑的影響，說明鐵死亡是區(qū)別于細(xì)胞凋亡和壞死的一種新型細(xì)胞死亡模式[4]?；钚匝?reactive oxygen species, ROS)產(chǎn)生是鐵死亡的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，鐵死亡是鐵依賴性、過氧化驅(qū)動和非凋亡形式的細(xì)胞死亡。

2 鐵死亡調(diào)控機(jī)制

2.1 鐵代謝

鐵穩(wěn)態(tài)是由鐵的攝取、轉(zhuǎn)移、儲存和消耗等來維持的。二價(jià)金屬轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白-1是轉(zhuǎn)運(yùn)鐵的關(guān)鍵蛋白，其能將細(xì)胞外Fe3+通過轉(zhuǎn)鐵蛋白受體1轉(zhuǎn)入細(xì)胞后形成內(nèi)體，細(xì)胞色素b還原酶1將不溶性Fe3+轉(zhuǎn)化為可吸收性Fe2+，F(xiàn)e2+從內(nèi)體轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞質(zhì)的不穩(wěn)定鐵池中[5]。額外的鐵可儲存在鐵蛋白中或通過鐵轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白輸出至骨髓或其他組織。若血漿中的轉(zhuǎn)鐵蛋白減少，則鐵將與白蛋白和陰離子結(jié)合形成非轉(zhuǎn)鐵蛋白結(jié)合鐵，被組織細(xì)胞吸收，導(dǎo)致鐵超載。鐵超載會誘發(fā)多不飽和脂肪酸發(fā)生氧化反應(yīng)，導(dǎo)致細(xì)胞死亡[6]。

2.2 脂質(zhì)代謝

脂質(zhì)過氧化反應(yīng)是指脂質(zhì)在自由基或脂質(zhì)過氧化酶的作用下失去氫原子，生成脂質(zhì)氫過氧化物、丙二醛和4-羥基壬烯醛等物質(zhì)，其產(chǎn)物中的磷脂氫過氧化物(phosphol lipid hydroperoxide, PLOOH)被認(rèn)為是鐵死亡的執(zhí)行者[7]。多不飽和脂肪酸(polyunsaturated fatty acids, PUFA)是細(xì)胞膜磷脂的主要成分，作為PLOOH的前體物質(zhì)之一，PUFA能夠形成脂質(zhì)ROS，而ROS是鐵死亡的主要特征。PUFA是鐵死亡過程中最容易發(fā)生過氧化的脂質(zhì)，脂質(zhì)過氧化能改變PUFA的分子構(gòu)型，破壞細(xì)胞膜的流動性和穩(wěn)定性，導(dǎo)致細(xì)胞發(fā)生鐵死亡[8]。干預(yù)PUFA合成和分解的關(guān)鍵酶，能夠調(diào)控細(xì)胞對鐵死亡的敏感性。

2.3 谷胱甘肽代謝

谷胱甘肽(glutathione, GSH)和谷胱甘肽過氧化酶4(glutathione peroxidase 4, GPX4)是細(xì)胞內(nèi)的抗氧化劑，其主要作用是清除過多的脂質(zhì)自由基，使細(xì)胞免受氧化損傷。GSH為GPX4降解脂質(zhì)過氧化物提供電子，GPX4可防止脂質(zhì)ROS積累，從而保護(hù)細(xì)胞免受鐵死亡[9]。鐵死亡激活劑RSL3能直接抑制GPX4活性，通過硒代半胱氨酸途徑引起細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)過氧化物的積累，導(dǎo)致細(xì)胞死亡。FINO2是最近發(fā)現(xiàn)的新型鐵死亡激活劑，F(xiàn)INO2可在氧化PUFA的同時(shí)抑制GPX4，是干預(yù)鐵死亡的新靶點(diǎn)[10]。有研究指出，Liproxstatin-1(鐵死亡抑制劑)能夠減少線粒體ROS的產(chǎn)生，從而保護(hù)線粒體結(jié)構(gòu)完整，拮抗再灌注引起的抗氧化劑GPX4減少，恢復(fù)GPX4水平，從而減輕MIRI[11]?？梢姡珿PX-4的間接或直接失活是鐵死亡的典型誘導(dǎo)機(jī)制。

3 鐵死亡與心肌缺血再灌注損傷

心肌細(xì)胞非正常死亡主要由缺血損傷和再灌注損傷兩方面構(gòu)成。動物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在再灌注開始30 min后靜脈輸注抗氧化劑，可將心肌梗死面積減少50%[12]。這提示再灌注損傷可能比缺血性心肌損傷更易造成心肌細(xì)胞死亡。目前，鐵死亡在MIRI中的作用主要集中在鐵超載、自噬性鐵死亡、脂質(zhì)ROS和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激等方面。

3.1 鐵超載與心肌缺血再灌注損傷

鐵超載與MIRI密切相關(guān)。生理?xiàng)l件下，大部分鐵與轉(zhuǎn)鐵蛋白或鐵蛋白緊密結(jié)合。在缺血期間，大量鐵從鐵蛋白中釋放出來，導(dǎo)致鐵超載[13]。抑制鐵超載可減輕MIRI，去鐵胺(一種鐵螯合劑)能與血漿或組織中的鐵離子結(jié)合從而降低體內(nèi)鐵含量。臨床實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，對冠狀動脈旁路移植術(shù)的患者輸注去鐵胺，可有效控制鐵超載，減輕MIRI[14]。

誘導(dǎo)鐵超載可觸發(fā)MIRI。HFE基因敲除的小鼠心臟鐵、ROS含量更高，從而更容易出現(xiàn)再灌注損傷和心肌細(xì)胞凋亡[15]。哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin, mTOR)能夠提高鐵轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白在細(xì)胞中的表達(dá)，降低細(xì)胞內(nèi)鐵含量以保護(hù)心臟免受再灌注損傷的影響。在mTOR高表達(dá)的轉(zhuǎn)基因小鼠中觀察到，再灌注后心肌細(xì)胞ROS的產(chǎn)生明顯減少，即mTOR能通過調(diào)控鐵超載抑制心肌細(xì)胞的鐵死亡，mTOR是預(yù)防MIRI的新靶點(diǎn)[16]。

3.2 自噬性鐵死亡與心肌缺血再灌注損傷

自噬主要用來描述溶酶體去除和降解功能障礙的細(xì)胞器或蛋白質(zhì)。鐵死亡與自噬存在共同的基因及信號傳導(dǎo)通路，這表明自噬與鐵死亡密切相關(guān)。在MIRI過程中，適度自噬對心肌細(xì)胞的存活具有保護(hù)意義，但過度自噬可能會加速缺血性心臟病的發(fā)展，并且會導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)氧化應(yīng)激水平升高，從而發(fā)生自噬性鐵死亡。

心肌缺血期間自噬對心肌細(xì)胞具有保護(hù)作用。首先自噬可以通過自噬溶酶體途徑提供能量來源以增加ATP的產(chǎn)生來補(bǔ)償細(xì)胞能量損失；其次自噬可去除過多的受損蛋白質(zhì)，這對細(xì)胞來說具有一定的保護(hù)作用；最后，自噬可減少ROS含量并去除受損的細(xì)胞器，從而阻止這些細(xì)胞器釋放細(xì)胞色素c等促凋亡因子[17]。而在再灌注期間，ROS的積累會抑制Atg4的半胱氨酸蛋白酶活性，導(dǎo)致LC3脂化和自噬，并且增加Beclin1表達(dá)。在缺血早期Beclin1的激活是啟動自噬所必需的，但在再灌注階段Beclin1持續(xù)活動會導(dǎo)致分解代謝過度和細(xì)胞死亡[18]。此外，再灌注期間自噬體清除障礙與心肌細(xì)胞死亡有關(guān)。下調(diào)ELAV樣蛋白1(recombinant ELAV like protein 1，ELAVL1)可減少鐵死亡并改善再灌注損傷，抑制ELAVL1也可抑制自噬，自噬的激活能逆轉(zhuǎn)ELAVL1敲除對鐵死亡和MIRI的保護(hù)作用[19]。這表明ELAVL1敲除后可能通過抑制自噬來拮抗鐵死亡并改善MIRI。自噬是鐵死亡的誘因之一，自噬在很大程度上參與并促成MIRI[20]。

3.3 脂質(zhì)ROS與心肌缺血再灌注損傷

鐵死亡已被確定與MIRI發(fā)病機(jī)制中的氧化應(yīng)激密切相關(guān)，ROS過量是導(dǎo)致細(xì)胞發(fā)生氧化應(yīng)激的原因。線粒體的主要功能是為脂質(zhì)ROS生成提供三羧酸循環(huán)和電子傳遞。在缺血期間，線粒體結(jié)構(gòu)改變和功能障礙會產(chǎn)生過量的ROS，再灌注也會破壞ROS的清除機(jī)制，使細(xì)胞無法清除過量的ROS。ROS會破壞細(xì)胞膜的屏障功能進(jìn)而導(dǎo)致細(xì)胞死亡[21]。抑制ROS水平可減輕MIRI，急性心肌梗死患者在接受再灌注前立即給予ROS清除劑，可顯著減少梗死面積和再灌注損傷。類胡蘿卜素具有抗氧化、抗炎和抗增殖的特性，可通過抑制ROS產(chǎn)生、降低內(nèi)皮型一氧化氮合酶(endothelial nitric oxide synthase，eNOS)表達(dá)來減輕MIRI[22]。

抗氧化劑可保護(hù)組織免受氧化應(yīng)激損傷，并在心肌再灌注后產(chǎn)生心臟保護(hù)作用。?；o酶A合成酶長鏈家族成員4(acyl coenzyme A synthetase long chain member 4，ACSL4)是脂質(zhì)過氧化的核心因素。在缺血再灌注動物模型中觀察到ACSL4蛋白表達(dá)增加，應(yīng)用黃芩苷可通過抑制ACSL4控制的鐵死亡來減輕MIRI[23]。ROS還參與再灌注后的炎癥反應(yīng)，刺激白細(xì)胞聚集，后者可釋放更多的ROS。氧化與抗氧化系統(tǒng)失衡是導(dǎo)致細(xì)胞發(fā)生鐵死亡的直接原因，通過干預(yù)ROS的產(chǎn)生及作用過程，可減少M(fèi)IRI。

3.4 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激與心肌缺血再灌注損傷

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激是指在低氧、鈣穩(wěn)態(tài)失衡、氧化應(yīng)激和炎癥等因素刺激下，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(endoplasmic reticulum, ER)中未折疊或錯(cuò)誤折疊的蛋白質(zhì)過度積累，導(dǎo)致內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激反應(yīng)[24]。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激具有保護(hù)作用，但持續(xù)應(yīng)激會引起細(xì)胞死亡。再灌注期間，鈉、鈣通道功能因缺血缺氧而受損，ER應(yīng)激使得肌漿網(wǎng)向細(xì)胞中釋放過多的鈣離子。這會導(dǎo)致線粒體鈣超載和ROS產(chǎn)生升高，通過級聯(lián)放大反應(yīng)激活下游caspase蛋白，從而啟動MIRI過程。再灌注期間應(yīng)用ER應(yīng)激抑制劑牛磺熊去氧膽酸后，葡萄糖調(diào)節(jié)蛋白78(ER穩(wěn)態(tài)標(biāo)志物)表達(dá)顯著降低，這說明抑制ER應(yīng)激可減輕MIRI[25]。

ER應(yīng)激不但能啟動細(xì)胞凋亡、自噬，而且能引起鐵死亡。研究表明，ER應(yīng)激誘導(dǎo)劑能通過自噬過程促進(jìn)ROS產(chǎn)生，并誘導(dǎo)脂質(zhì)過氧化反應(yīng)，導(dǎo)致細(xì)胞發(fā)生鐵死亡[26]。反之，鐵死亡也可以通過抑制System Xc介導(dǎo)的細(xì)胞外胱氨酸與細(xì)胞內(nèi)谷氨酸的交換來誘發(fā)ER應(yīng)激反應(yīng)[27]。ER應(yīng)激反應(yīng)構(gòu)建起了鐵死亡和其他類型的細(xì)胞死亡之間的橋梁。綜上，鐵死亡與ER應(yīng)激相互促進(jìn)、相互誘導(dǎo)，故鐵死亡誘導(dǎo)的ER應(yīng)激是MIRI的重要凋亡機(jī)制。

4 小結(jié)和展望

已有大量研究發(fā)現(xiàn)鐵死亡在MIRI中起到關(guān)鍵作用，鐵超載、自噬性鐵死亡、ROS產(chǎn)生、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激等多途徑參與MIRI過程。靶向鐵死亡治療可減輕MIRI，但相關(guān)研究多集中在動物和細(xì)胞水平，如何將動物基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)化為臨床效益，仍需進(jìn)一步探索。