謝甜甜

（江蘇醫(yī)藥職業(yè)學院，江蘇 鹽城 224005）

心肌疾病是指由不同病因引起心肌病變，從而導致心肌和心電功能障礙，并以心肌病變?nèi)缧氖曳屎窕驍U張為主要表現(xiàn)的一組疾病。該病可局限于心臟本身，也可為系統(tǒng)性疾病的部分表現(xiàn)，發(fā)展到終末期可導致猝死或心力衰竭（heart failure，HF）。在心肌疾病發(fā)生發(fā)展的過程中，終末分化心肌細胞死亡是心肌損傷的重要致病因素，不同類型的細胞死亡所引起的病理性失代償性心肌細胞死亡均會促進心肌疾病的病理發(fā)展和心功能的惡化，但目前心肌細胞死亡的機制尚未明確。鐵死亡作為一種新型的鐵和脂質(zhì)過氧化依賴性細胞死亡，與心肌疾病有著千絲萬縷的聯(lián)系，鐵死亡在心肌細胞損傷的過程中起著重要作用。本文將從中醫(yī)和西醫(yī)的角度對鐵死亡的發(fā)生機制及其在心肌疾病中的研究進展進行綜述，以期為心肌疾病提供新的研究思路和治療靶點，為中藥的進一步研發(fā)提供參考，內(nèi)容如下。

1 鐵死亡

細胞生命活動結束就意味著細胞死亡，細胞死亡和細胞增殖對生物體具有同樣重要的意義，對于維持人體自穩(wěn)態(tài)、保證正常發(fā)育、形成免疫耐受以及監(jiān)控腫瘤等過程均具有重要作用。2012 年，Dixon 等[1]人首次提出鐵死亡（Ferroptosis），認為鐵死亡是一類以細胞中脂質(zhì)氫過氧化物的鐵依賴性積累和細胞內(nèi)氧化還原不平衡為特征的細胞死亡[2]。鐵死亡過程中會伴隨出現(xiàn)大量的鐵離子累積，膜脂修復酶——谷胱甘肽過氧化物酶4（Glutathione Peroxidase 4，GPX4）失效，造成脂質(zhì)過氧化和膜脂上活性氧自由基（reactive oxygen species，ROS）積累，并伴隨一些調(diào)控鐵穩(wěn)態(tài)和脂質(zhì)過氧化代謝等方面的基因變化，同時細胞具有膜破裂、起泡以及線粒體形態(tài)異常等特征[3]。

2 鐵死亡的機制

鐵死亡是一種復雜的生化代謝過程，谷胱甘肽（glutathione，GSH）、氨基酸、磷脂、還原型輔酶Ⅱ（reduced form of nicotinamide-adenine dinucleotide phosphate，NADPH）、輔 酶Q、多 不 飽 和 脂 肪 酸（polyunsaturated fatty acids，PUFAs）及多種離子均有參與[4]（見圖1）。多種物質(zhì)和外界條件均可誘發(fā)鐵死亡：谷氨酸、鐵、PUFAs 和磷脂的積累、NADPH 氧化酶的激活、GSH、維生素E 耗盡、GPX4 失效、胱氨酸谷氨酸轉運受體下調(diào)等引起的ROS 增加，均會誘導鐵死亡[4]。同時，鐵介導也會引發(fā)鐵死亡，除ROS 外，活性氮物種（RNS）也可以導致鐵死亡[5]。一氧化氮和過氧亞硝酸鹽可與PUFAs 反應生成硝化氧化產(chǎn)物。

圖1 鐵死亡的調(diào)節(jié)途徑[6]

2.1 SystemXc-

System Xc-是一種在細胞質(zhì)膜上表達的氨基酸轉運體，它介導對胱氨酸的攝取，以交換細胞內(nèi)的谷氨酸，隨后細胞內(nèi)的胱氨酸被還原為半胱氨酸，而半胱氨酸是GSH 合成的限速前體。GSH 是GPX4 的輔助因子，GPX4 可以將脂質(zhì)過氧化物（L-OOH）還原為脂質(zhì)醇（L-OH）[7]，這是細胞解毒脂質(zhì)過氧化物的重要防御機制之一。GPX4 活性正常對于維持膜脂穩(wěn)態(tài)至關重要，可以防止有毒脂質(zhì)過氧化物的過度積累和自由基的形成，從而抑制鐵死亡[1]。此外，作為System Xc- 阻斷劑的Erastin 和作為GPX4 抑制劑的RAS 選擇性致死因子3（RAS-selective lethal 3，RSL3）均可誘導鐵死亡，并且都在脂質(zhì)過氧化過程中發(fā)揮著重要作用[8]。因此，通過抑制System Xc-、降低GSH 水平，或通過藥理學（如RSL3）、遺傳方法使GPX4 失活，都會導致脂質(zhì)ROS 的積累和鐵死亡[9]的發(fā)生。

2.2 鐵、芬頓反應和脂質(zhì)ROS

鐵是維持正常細胞穩(wěn)態(tài)的一個重要生物元素，在人體生理過程中發(fā)揮著廣泛且重要的作用，包括紅細胞產(chǎn)生、氧運輸、電子傳遞、DNA 合成和脂質(zhì)代謝等[10]。鐵死亡的命名正是因為該過程需要依賴鐵并可以通過鐵螯合劑來抑制而得名，可見，鐵在鐵死亡過程中發(fā)揮著至關重要的作用。然而，如果人體內(nèi)的鐵含量過高，就會變成毒性，即在鐵超載的情況下，它可能會導致包括心臟在內(nèi)的多個器官的功能障礙。鐵超載誘導的心肌細胞死亡被歸因于鐵死亡[11]。在鐵死亡的過程中，脂質(zhì)過氧化以鐵依賴的方式發(fā)生。雖然鐵依賴的確切機制尚存在爭議，但通過芬頓（Fenton）反應激活脂肪氧合酶和產(chǎn)生ROS（包括脂質(zhì)自由基的形成）可為以后的研究提供一些啟示。

2.3 細胞色素P450 氧化還原酶（cytochromeP450 oxidoreductase，POR）和細胞色素b5 還原酶（cytoch romeb5reductase，CYB5R1）

NADPH 氧化酶可誘導可溶性和脂質(zhì)ROS 的生成以及多種細胞類型的鐵死亡，包括心臟的鐵死亡[1]。最近的研究發(fā)現(xiàn)，NADPH 氧化酶中的POR 和CYB5R1 可在多種細胞中促進鐵死亡的啟動[12]。同時，POR/CYB5R1 的基因缺失已被證明可以阻斷脂質(zhì)過氧化和細胞死亡[13]。POR 是一種內(nèi)質(zhì)網(wǎng)狀的氧化還原酶，可促進過氧化氫的生成。過氧化氫衍生的羥基自由基（HO）可通過Fenton 反應促進脂質(zhì)過氧化的啟動，誘導鐵死亡[14]。

2.4 轉錄調(diào)控

抗氧化防御過程受到核轉錄因子的調(diào)控，特別是核因子紅細胞相關因子2（nuclear factor erythroid 2-like 2，Nrf2）的激活在抑制鐵死亡方面起著重要作用[15]。Nrf2 是一種應激誘導的轉錄因子，可以通過增加參與鐵和ROS 代謝的靶基因包括抗氧化劑（如過氧化氫酶、超氧化物歧化酶）、鐵代謝（如Fth-1）及GSH 的合成來抑制鐵死亡。因此，Nrf2 是抗鐵死亡基因的重要轉錄調(diào)控因子，與游離鐵和脂質(zhì)過氧化的積累均有關。

總之，鐵死亡不僅具有復雜的信號通路，同時伴有代謝過程的異常。此外，鐵死亡的特異性抑制劑不影響其他形式的細胞死亡，但其他類型的細胞死亡抑制劑是否對鐵死亡具有調(diào)節(jié)能力目前尚無定論。而隨著越來越多的藥物或化合物被報道可引起鐵死亡，這種類型的調(diào)節(jié)性細胞死亡正在被探索作為多種疾病抗凋亡的替代療法。

3 鐵死亡與心肌疾病

鐵死亡在多種心血管疾病的發(fā)生發(fā)展中均起著至關重要的作用，如血色素沉著癥相關的心肌病、阿霉素（doxorubicin，DOX）誘導的心臟毒性、心肌缺血/ 再灌注（Ischemia/Reperfusion Injury，I/R）損傷、HF、動脈粥樣硬化和COVID-19 相關的心律失常等。心肌疾病和嚴重心功能障礙的發(fā)展與心肌細胞中的鐵超載密切相關，心肌鐵是心肌梗死后左心室重構的危險因素，鐵超載誘導鐵死亡，從而導致心肌細胞死亡[11]。心肌細胞鐵蛋白缺乏會導致小鼠出現(xiàn)輕度心臟損傷，給小鼠喂食高鐵飲食后發(fā)展為肥厚型心肌病，而增加SLC7A11 的表達[16]可逆轉這些心臟損傷。心肌細胞中缺乏鐵轉運蛋白的小鼠在心肌鐵水平升高時其擴張型心肌病會加重，而低鐵飲食可以[17]改善該變化。同時，鐵死亡也是導致心肌梗死區(qū)心肌細胞死亡的重要原因，而哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）可通過調(diào)節(jié)ROS 和鐵的代謝來抑制成年小鼠的心肌細胞鐵死亡[18]。研究發(fā)現(xiàn)，DOX 處理的大鼠心肌細胞表現(xiàn)出典型的鐵死亡細胞特征，該過程中血紅素氧合酶1（HO-1）被Nrf2 的核轉運上調(diào)，催化血紅素降解并促進游離鐵的釋放，從而導致鐵死亡和最終的HF[19]。同時，鐵死亡也是糖尿病心肌病的重要致病因素，晚期糖基化終末產(chǎn)物（advanced glycation end products，AGEs）作為該病的重要致病因子[20]，可誘導3D-ECT 模型中心肌細胞鐵死亡的發(fā)生及環(huán)氧合酶2（COX2）表達的上調(diào)[21]，同時鐵介導的Fenton 反應引起氧化應激增加又會導致AGEs 的生成和蓄積，促進疾病的進展。鐵死亡同樣參與了高糖誘導的H9c2 糖尿病心肌病，該模型中心肌細胞鐵死亡表現(xiàn)明顯，可見二價鐵離子（Fe2+）含量顯著增加，ACSL4 蛋白表達顯著增加，SLC7A11、GPX4 蛋白表達顯著降低等[22]。綜上所述，鐵死亡在各種心血管疾病的發(fā)病機制中均起著至關重要的作用，而鐵螯合劑、抗氧化劑、鐵死亡抑制劑和基因調(diào)控可能通過阻斷鐵死亡途徑來緩解上述心血管疾病，抑制心臟鐵死亡有望成為一種潛在的治療選擇。

4 鐵死亡與中醫(yī)藥

4.1 “氣-線粒體-鐵死亡”軸

線粒體與中醫(yī)藥理論中的“氣”密不可分，而鐵死亡與線粒體密切相關。在鐵死亡過程中，鐵死亡細胞會呈現(xiàn)出明顯的生物能量特征，而形態(tài)學特征方面則具有異常的線粒體形態(tài)：線粒體濃縮、膜密度減弱、嵴減少或消失以及外膜破裂等。同時，線粒體是細胞的“能量動力工廠”，線粒體通過不斷產(chǎn)生三磷酸腺苷（ATP）而為人體細胞持續(xù)提供能量，以維持人體的正常生理活動。研究表明，線粒體在鐵死亡過程中發(fā)揮了不可替代的作用，表現(xiàn)在線粒體既可以促進ROS 的形成從而促進鐵死亡，又可以通過抑制ROS的形成及Fenton 反應抑制鐵死亡[23]。現(xiàn)代研究認為，線粒體與中醫(yī)藥理論中“氣”的關系非常密切，中醫(yī)學認為，氣是構成宇宙和天地萬物的最基本元素，是人體活動的能量，這與線粒體具有諸多相通的特點：（1）都是構成生命體的精微物質(zhì)，負載著生命現(xiàn)象，是人類生命活動的物質(zhì)基礎[24]；（2）生理作用上，中醫(yī)的氣具有溫煦、推動、固攝、防御等作用，而現(xiàn)代醫(yī)學的線粒體是人體能量的來源，為人體的生長發(fā)育、生理活動、細胞功能等提供能量；（3）與人體的存亡密切相關，線粒體是人體的能量工廠，它通過生物氧化反應將物質(zhì)分解代謝，為人體提供可利用的能量形式，一旦這種物質(zhì)代謝過程停止，能量供應就會停止，人的生命也即刻停止。而氣是構成自然界和人體的基本元素之一，動而不息，氣的運動變化是天地萬物衍生、發(fā)展、變化和凋亡的根本。氣生形，形化氣，氣聚則形生，氣散則形亡[25]，人體隨即消亡；（4）在病理改變方面也有諸多相似之處，線粒體病變和氣機失調(diào)均表現(xiàn)出生命體多系統(tǒng)、多器官和多組織的病理反應，出現(xiàn)多種臨床癥狀。

4.2 鐵死亡的中醫(yī)藥治療研究

目前，中醫(yī)藥對鐵死亡的干預作用逐漸被研究及發(fā)現(xiàn)，相較于鐵死亡誘導劑，中醫(yī)藥對細胞鐵死亡的干預具有多元性、多通路、多靶點等特點。但因開展的相關有針對性的研究較少，故中醫(yī)藥對鐵死亡的影響及具體干預機制尚不清晰，還有待進一步發(fā)掘，以期更好地指導臨床疾病的診療。

4.2.1 中藥復方 心陽片是臨床上用于治療氣陽虧虛挾痰瘀型心力衰竭的中藥制劑，其含藥血清能夠抑制心肌細胞中的鐵死亡，改善心肌損傷，該藥可能通過調(diào)控MLK3 來發(fā)揮作用[26]。此外，心陽片還能通過抑制心肌纖維化來有效改善慢性心力衰竭小鼠的心功能，其機制可能是通過抑制MLK3/JNK/p53 介導的心肌細胞鐵死亡發(fā)揮作用[27]。另一項對瘀血痹膠囊的研究發(fā)現(xiàn)，其含藥血清可抑制心肌細胞鐵死亡，改善心肌肥大，可能通過激活DJ-1/GPX4 信號通路發(fā)揮作用[28]。

4.2.2 中藥單體 目前，關于中藥單體對鐵死亡的抑制作用也有一定的研究。白藜蘆醇可通過降低氧化應激和衰減性硬化來減輕心肌缺血再灌注損傷，體內(nèi)和體外實驗均表明，白藜蘆醇能夠降低心肌氧化應激和Fe2+的含量[29]，白藜蘆醇可以成為預防心肌缺血再灌注損傷的潛在治療方法。此外，白藜蘆醇還可通過下調(diào)ACSL4 蛋白的表達及上調(diào)GPX4 和SLC7A11蛋白的表達從而抑制細胞鐵死亡，對糖尿病心肌病起到保護作用[22]。另有研究表明，蘿卜硫素可通過AMPK 依賴的Nrf2 激活抑制鐵死亡，從而對糖尿病心肌病起到防治作用[21]。此外，葛根素可通過誘導鐵蛋白FTH1 和GPX4 的生成以及降低ROS NOX4的產(chǎn)生來抑制心力衰竭大鼠模型心肌細胞的鐵死亡過程，改善心臟功能[30]。矢車菊素葡萄糖苷（C3G）是合歡花的一種成分，研究顯示，在氧葡萄糖剝奪/ 復氧的H9c2 細胞中，C3G 可降低細胞氧化應激，下調(diào)LC3II/LC3I，減少自噬小體數(shù)量，下調(diào)TfR1 的表達，上調(diào)FTH1 和GPX4 的表達，且C3G 可通過抑制鐵死亡誘導劑RSL3 來抑制鐵死亡，改善心肌I/R 損傷[31]。葛根素可改善HF，并具有抗細胞死亡的特性。研究顯示，葛根素可顯著降低在HF 或異丙腎上腺素孵育的H9c2 細胞中觀察到的鐵過載和脂質(zhì)過氧化水平，表明葛根素在抑制HF 心肌細胞死亡過程中可能部分通過抑制鐵死亡發(fā)揮作用[32]。黃芪甲苷Ⅳ（As Ⅳ）是從中藥黃芪中分離出來的一種活性成分，有利于心血管健康。研究發(fā)現(xiàn)，As Ⅳ可以保護大鼠免受DOX誘導的以心肌纖維化和心功能障礙為特征的心肌病，DOX 可促進心臟鐵死亡，而As Ⅳ可通過激活Nrf2 信號通路和隨后的GPX4 表達增加來減弱這一過程。這些結果表明，As Ⅳ可能對DOX 誘導的心肌病發(fā)揮保護作用[33]。

4.2.3 其他療法 一項針對急性心肌缺血大鼠的研究顯示，對大鼠的神門- 通里段進行電針，可能通過提高細胞內(nèi)GSH 水平、激活GPX4 系統(tǒng)、抑制鐵死亡脂質(zhì)代謝通路中的ROS 水平以及ACSL4、LPCAT3 的活性發(fā)揮保護心肌細胞的作用[34]。

5 討論

綜上所述，鐵死亡是一種新型的可調(diào)控的細胞死亡方式，目前對其研究尚有許多未解之處。雖然現(xiàn)階段對鐵死亡的分子機制已有一定研究結果，但仍需進一步探討其潛在的分子機制，而鐵死亡與人體疾病的關系及其在多種疾病發(fā)生發(fā)展過程中所起的作用及具體作用機制等也需進一步明確，尤其是在心臟疾病中的缺血再灌注及心肌疾病方面，鐵死亡有望成為新的治療靶點。鐵死亡在心臟疾病中發(fā)揮著重要作用，隨著鐵死亡與心臟疾病之間關系和作用機制研究的逐步深入，臨床上可能出現(xiàn)與鐵死亡相關的治療新靶點及新途徑。而“氣- 線粒體- 鐵死亡”的研究為中醫(yī)藥治療擴張型心肌病提供了新的方向，中醫(yī)藥在改善心臟疾病和鐵死亡方面具有廣闊的應用前景，需要進一步深入探索和完善相關研究。