王舒鈞 田秀青，2

1.山東大學齊魯醫(yī)學院，山東 濟南 250012；2.山東第一醫(yī)科大學第一附屬醫(yī)院心血管內科，山東省醫(yī)藥衛(wèi)生心律失常重點實驗室，山東 濟南 250014

鐵死亡是由Dixon等［1］在2012年發(fā)現(xiàn)的一種鐵依賴性的細胞死亡。近年來，隨著研究者對于鐵死亡關注度的逐漸提高和研究的不斷深入，發(fā)現(xiàn)至少存在四種抑制鐵死亡的機制：一是由最早的谷胱甘肽過氧化酶4（glutathione peroxidase 4，GPX4）［1］介導谷胱甘肽的消耗來發(fā)揮鐵死亡抗性；二是由三磷酸鳥苷環(huán)化水解酶1-四氫生物喋呤（GTP cyclohydrolase-1-tetrahydrobiopterin，GCH-1-BH4）通路，GCH-1表達增加導致BH4生成增多抑制脂質重構預防鐵死亡的發(fā)生［3-4］；三是由線粒體二氫乳清酸脫氫酶（dihydroorotate dehydrogenase，DHODH）［5］介導將泛醌（CoQ）還原為泛醇來抑制線粒體內膜中的鐵死亡；四是由鐵死亡抑制蛋白1（ferroptosis suppressor protein 1，F(xiàn)SP1）介導的FSP1-CoQNADPH通路。其中FSP1通過FSP1-CoQ-NADPH途徑平行于GPX4 途徑發(fā)揮鐵死亡抑制作用［6-7］，F(xiàn)SP1已經證實與多種人類疾病，如腫瘤性疾病、類風濕性關節(jié)炎、重癥胰腺炎、帕金森綜合征等相關［8］，其獨特的功能特性與心肌再灌注損傷亦有一定的相關性，可以為未來心肌再灌注損傷提供新的治療靶點，本文就FSP1 與心肌再灌注損傷關系進行論述，旨在為心肌再灌注損傷的研究提供新的思路。

1 FSP1的發(fā)現(xiàn)及定位

Susin 等［9］在研究半胱天冬酶非依賴性細胞凋亡分子的過程中，首次發(fā)現(xiàn)了凋亡誘導因子（apoptosis-inducing Factor，AIF），AIF 是56 kDa 的黃素蛋白，其N端有氨基酸線粒體的定位序列。在凋亡信號的刺激下，AIF從線粒體轉移到細胞核，導致染色體濃縮和大量DNA 斷裂。2002 年Wu 等［10］研究者通過檢索Gen Bank數據庫資料，編碼出一種新型的AIF基因同源的黃素蛋白，命名為線粒體凋亡誘導因子2（apoptosis-inducing factor mitochondrial associated 2，Aifm2）。

Aifm2是一種編碼373種氨基酸的蛋白，表達量為39～ 43 kDa，其基因位于染色體10q21.3-q22.1［11］，N 端具有肉豆蔻?；蛄?，與細菌及哺乳動物的氧化還原酶具有同源性。但與AIF不同的是，Aifm2不具有線粒體定位序列。目前對于Aifm2的定位仍不明確。在后續(xù)關于Aifm2 的研究中，Ohiro 等［11］發(fā)現(xiàn)Aifm2 基因可以被p53 轉錄激活，其表達由p53 調控，p53 與Aifm2 啟動子區(qū)域的p53 反應元件結合，參與腫瘤發(fā)生的調節(jié)。Aifm2 在心臟中表達水平最高；在肝臟和骨骼肌中觀察到中等水平的表達，在胎盤、肺、腎和胰腺中觀察到低水平的表達。在大腦中幾乎檢測不到FSP1 的mRNA 的表達［11］。2019 年美國Bersuker 等［6］和德國的Doll 等［7］發(fā)現(xiàn)Aifm2 平行于GPX4 途徑抑制鐵死亡的發(fā)生，Aifm2 的N 端肉豆蔻酰化基序列將其吸引到質膜上，同時發(fā)揮自身的氧化還原酶活性將CoQ還原為泛醇，生成親脂性過氧自由基抑制鐵死亡。Aifm2雖與AIF 同源，但其N 端缺少線粒體定位序列及不誘導凋亡，因此正式將Aifm2更名為FSP1。

2 FSP1的生物學特性

2.1 FSP1具有NAD（P）H氧化還原酶活性

Marshall 等［12］研究證明，F(xiàn)SP1 是一種具有氧化還原酶活性的黃素蛋白，其氧化還原酶活性主要依賴于NADPH 和NADH，其中與NADPH 的關系更為密切，F(xiàn)SP1 以NADPH 為輔酶，通過催化NADPH 的氧化，將電子轉移到其他電子受體發(fā)揮氧化還原酶的活性。并且這種氧化還原酶活性的高低與DNA結合有關，因為FSP1上存在DNA和NADPH共同的結合位點，當FSP1 與DNA 結合后會減少與還原酶輔酶NADPH 的結合，相應地降低FSP1 的氧化還原酶活性［12］。另有研究者發(fā)現(xiàn)將FSP1 重組到細菌及線粒體上，F(xiàn)SP1會展現(xiàn)出II型NADH泛醌氧化還原酶（type 2 NADH：ubiquinone oxidoreductas，NDH-2）的活性［13］，可以通過氧化還原反應，將泛醌還原成泛醇。Nguyen等［14］發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)SP1的NADH氧化還原酶的活性可在寒冷條件下及β受體的刺激下激活，氧化NADH 提高NAD+水平并促進線粒體內的電子傳遞，促進產熱，從而保持穩(wěn)定的糖酵解速率，最大限度的實現(xiàn)糖酵解和葡萄糖氧化，為電子傳遞鏈提供燃料。FSP1 的這種氧化還原酶活性影響細胞內NAD+水平，有利于線粒體內電子的轉移，對維持線粒體內NADH/NAD+動態(tài)平衡至關重要。

2.2 FSP1參與活性氧的調節(jié)

超氧化物和過氧化氫等活性氧（ROS）的產生與多種生物過程相關，包括細胞正常生長、誘導和維持轉化狀態(tài)、細胞凋亡、衰老和死亡有關。在兩種缺失FSP1 相關黃素蛋白基因的人癌細胞系中可以觀察到ROS 產生減少，致瘤性喪失，對于過氧化物和藥物誘導凋亡的敏感性增加，從而發(fā)現(xiàn)FSP1與細胞內ROS水平相關［15］。Gong等［16］研究者認為在胞質內無雙鏈DNA 的健康細胞中，F(xiàn)SP1 將產生足夠水平的ROS來維持生存信號，但在細菌或是病毒感染期間，F(xiàn)SP1 與DNA 結合導致FSP1 的氧化還原酶活性降低進一步減少細胞內超氧化物和過氧化物水平。Miriyala 等［17］在研究中發(fā)現(xiàn)，在超氧化物歧化酶基因敲除后的心臟組織中，F(xiàn)SP1 基因表達增加，說明FSP1 對于線粒體氧化應激環(huán)境高度敏感，但在線粒體氧化應激信號傳導中的地位仍不清楚。阿霉素（doxorubicin，DOX）會使線粒體產生ROS 導致心臟損傷，研究者使用阿霉素處理的心臟組織與空白對照組相比，F(xiàn)SP1 的mRNA 和蛋白水平均升高，表明FSP1介導線粒體內氧化應激信號傳導。

2.3 FSP1抑制鐵死亡的發(fā)生

已有大量研究數據表明，GPX4 的失活可以導致細胞內氧化平衡破壞，脂質過氧化物累積，誘發(fā)鐵死亡的發(fā)生，GPX4 的活性高低可以作為鐵死亡發(fā)生的標志［1］。Bersuker 等［6］發(fā)現(xiàn)FSP1過表達的細胞在鐵死亡誘導藥物作用下，可以表現(xiàn)出明顯的細胞保護作用，并且FSP1 抗鐵死亡的特性與GSH 水平、GPX4 活性及氧化脂肪酸含量等無關。FSP1 抑制鐵死亡的發(fā)生是通過CoQ介導的，F(xiàn)SP1的N端肉豆蔻酰化基序列將其吸引到質膜上，通過自身的氧化還原酶活性將CoQ還原為泛醇，生成親脂性過氧自由基抑制鐵死亡［18］。GPX4 和FSP1 的抗鐵死亡特性，被廣泛應用到抗腫瘤治療的研究中，研究發(fā)現(xiàn)當GPX4 失活時，F(xiàn)SP1 在體內可以繼續(xù)維持腫瘤生長，同時缺失GPX4 和FSP1 可以抑制腫瘤的生長。目前鐵死亡作為退行性疾病細胞死亡的方式，也可以誘導其他存在耐藥機制的癌細胞死亡。FSP1作為新型鐵死亡抑制因子，為抗腫瘤治療和退行性疾病的研究提供了新的方向。

3 FSP1與心肌再灌注損傷

急性心肌梗死是心肌損害和致死的常見原因，具有很高的發(fā)病率和死亡率，早期再通梗死動脈，恢復受損心肌的血流是減少梗死面積和死亡率的關鍵，但是在恢復血流的同時也會帶來新的心肌損傷即心肌缺血再灌注損傷［19］，可導致再灌注心律失常、微血管栓塞等并發(fā)癥。盡管心肌再灌注治療的方案取得了很大進展，但是針對心肌缺血再灌注損傷的有效治療方案仍然缺乏，利用內源性機制使心肌細胞損傷降到最低是目前臨床亟待解決的問題。

3.1 氧化應激

目前公認的參與心肌缺血再灌注損傷的機制大多與氧化應激、鈣超載、炎癥反應、能量代謝異常等有關［19］。氧化應激是最重要的病理生理機制之一，是指細胞內正常的抗氧化物酶系統(tǒng)（例如超氧化物歧化酶、過氧化氫酶及谷胱甘肽）與細胞內ROS的產生失衡，導致過氧化氫等中間產物累積的過程。ROS 為細胞代謝過程中氧分子還原成水的中間產物，如超氧化物、過氧化氫及羥基自由基。生理條件下，ROS 與細胞正常代謝相關，和抗氧化劑保持動態(tài)平衡，但再灌注期間ROS 大量產生，抗氧化和氧化系統(tǒng)失衡，導致心肌損傷。缺血心肌細胞內的ROS 主要來源于線粒體、黃嘌呤氧化酶、NADPH 氧化還原酶和非偶聯(lián)一氧化氮合酶［20］，目前認為是治療缺血再灌注損傷的有效靶點。線粒體內ROS 的產生主要與線粒體電子傳遞鏈（electron transport chain，ETC）和有氧氧化的氧化磷酸化相關，在氧化呼吸鏈中來自NADH和其他電子供體的電子可以直接和分子氧反應生成O2-，在超氧化物歧化酶的作用下可以直接生成H2O2。NADPH氧化還原酶通過氧化還原反應將NADPH轉化為NADP+，催化電子轉移到O2，促進O2-的生成。

盡管目前對FSP1在細胞內的定位仍不明確，但研究發(fā)現(xiàn)FSP1 的定位與線粒體相關。研究證明FSP1 在心臟組織中高水平表達，并具有NAD（P）H的氧化還原酶結構域，影響ROS 水平，表達水平與線粒體內氧化應激環(huán)境密切相關，可以結合NADPH 和NADH，催化NADH、NADPH 向NAD+及NADP+的轉化，促進線粒體內的電子傳遞。FSP1的這種影響線粒體電子傳遞和ROS 水平的功能特性與缺血再灌注損傷的發(fā)病機制相關，推測FSP1在心臟組織中介導線粒體內電子傳遞及氧化應激的過程，從而影響心肌缺血再灌注損傷中的病理生理過程。目前關于這方面的基礎研究仍然不足，可以在未來成為心肌缺血再灌注損傷的新的治療研究方向，靶向FSP1治療心肌缺血再灌注損傷。

3.2 鐵死亡

大量研究顯示鐵死亡是心肌缺血再灌注損傷進程中一種新型的細胞死亡方式。研究者結扎小鼠冠狀動脈左前降支構建的缺血再灌注損傷模型中，可以觀察到缺血再灌注損傷后鐵蛋白沿心肌瘢痕區(qū)積聚，結果表明鐵死亡是心肌細胞死亡的關鍵類型［21］。在離體灌注心臟研究中表明，鐵死亡是缺血再灌注損傷發(fā)病機制的關鍵，去鐵胺作為一種鐵螯合劑，可保護心臟免受離體缺血再灌注損傷，抑制谷氨酰胺酶分解可以減少心肌缺血再灌注損傷［22］。另有兩項研究通過構建小鼠心肌再灌注損傷模型，發(fā)現(xiàn)給予鐵死亡抑制劑處理心肌梗死小鼠均能有效減少再灌注后的心肌梗死面積、抑制心肌缺血后的心臟重構和心肌纖維化［23-24］。不同的研究證實給予鐵死亡抑制劑可以不同程度的減少心肌缺血再灌注損傷，減少心肌最終梗死面積，改善心肌梗死后心臟功能，而FSP1 作為一種新型鐵死亡抑制劑，在心肌缺血再灌注損傷模型中的研究尚未見報道，推測未來FSP1 可以成為治療心肌缺血再灌注損傷的新的靶點，為疾病的治療提供新的選擇。

4 總結和展望

對于FSP1 的認識從最初的凋亡誘導因子家族蛋白，到后來的鐵死亡抑制蛋白，隨著研究不斷的深入，逐步揭示了FSP1 背后的病理生理過程。FSP1 的氧化還原酶結構域促進線粒體能量傳遞及改善NAD+水平，F(xiàn)SP1不同的表達水平影響ROS 的調節(jié)，抑制鐵死亡的發(fā)生等生理作用，與心肌缺血再灌注損傷的發(fā)病機制密切相關，以FSP1為靶點治療心肌缺血再灌注損傷的科學問題仍待解答，相信未來更多深入而細致的科學研究，可以為靶向FSP1防治心肌缺血再灌注損傷提供更加充分的科學依據。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突