曹佳岑，張宏坤，趙文，南月敏，李冬冬*

1.233030 安徽省蚌埠市，蚌埠醫(yī)科大學第一附屬醫(yī)院感染科

2.233030 安徽省蚌埠市，國家感染性疾病臨床醫(yī)學研究中心核心合作單位

3.233030 安徽省蚌埠市，慢性疾病免疫學基礎與臨床安徽省重點實驗室

4.050000 河北省石家莊市，河北醫(yī)科大學第三醫(yī)院中西醫(yī)肝病科

非酒精性脂肪性肝?。╪onalcoholic fatty liver disease，NAFLD）是一種遺傳-環(huán)境-代謝應激相關性疾病，在我國發(fā)病率逐年上升，已成為危害人類健康的公共衛(wèi)生問題。流行病學調查顯示，全球NAFLD患者高達20億，患病率約為29.38%，相關死亡率每年約為2.39%。預計到2030年，NAFLD患病率將增加18%［1］。因此NAFLD目前是我國乃至世界疾病防治的重要課題之一。

NAFLD發(fā)病機制復雜，涉及肝內脂質過氧化、肝細胞炎癥反應、鐵死亡等多個病理生理過程。血紅素氧合酶1（heme oxygenase-1，HO-1）是血紅素代謝的關鍵酶，HO-1及其代謝產物在慢性肝病發(fā)生、發(fā)展中發(fā)揮抗脂質代謝、抗氧化應激、抗炎癥反應及抗細胞凋亡等功能［2］，提示HO-1在保護肝細胞方面可能發(fā)揮重要生物學作用。鐵死亡是一種鐵和脂毒性依賴的調節(jié)性細胞死亡，是區(qū)別于細胞凋亡、壞死和自噬的新型細胞程序性死亡方式［3］。研究表明，鐵死亡與NAFLD的發(fā)生、發(fā)展密切相關，NAFLD中鐵死亡發(fā)生導致肝細胞炎癥、纖維增生及肝損傷加劇［4］。目前有研究提示HO-1可通過調控鐵死亡影響NAFLD的發(fā)生及進展，然而HO-1對鐵死亡的具體作用機制尚不明確，探明其調控機制有助于進一步闡明NAFLD的病理過程，并為其預防、治療及延緩進展提供新的策略。

本文系統(tǒng)、全面總結了HO-1、鐵死亡在NAFLD發(fā)生、發(fā)展中的作用機制，深入探討了HO-1在NAFLD進展中調控鐵死亡、抑制氧化應激及阻止脂質過氧化的具體分子機制。本綜述有望為NAFLD的診斷提供新的分子標識，亦為該病的防治提供一條嶄新的理論線索和策略，具有重要的轉化醫(yī)學意義。

1 本文文獻檢索策略

計算機檢索PubMed、中國知網等數(shù)據(jù)庫，檢索時間設定為建庫至2023年2月，中文檢索詞包括“非酒精性脂肪性肝病”“血紅素氧合酶-1”“鐵死亡”“抗氧化應激反應”“脂質過氧化”，英文檢索詞包括“Non-alcoholic fatty liver disease”“Heme oxygenase-1”“Ferroptosis”“Antioxidative stress response”“Lipid peroxidation”。納入標準：文獻內容涉及HO-1對NAFLD發(fā)生和發(fā)展的影響、鐵死亡的發(fā)生機制和鐵死亡在NAFLD中的作用。排除標準：與本文主題無關聯(lián)、質量差、無法獲得全文的文獻。最終納入文獻51篇。

2 HO的生物學特性

HO是參與血紅素代謝的關鍵酶，廣泛分布于哺乳動物的組織和器官中。其最重要的功能是調節(jié)血紅素代謝，此外還參與鐵代謝、氧化應激和病原體反應等［5］。近年研究發(fā)現(xiàn)，HO在動物體內可表現(xiàn)出3種存在形式：HO-1、HO-2和HO-3［6］。

HO-1也稱熱休克蛋白32（heat shock proteins 32，HSP32），是一種誘導型酶，相對分子量為30～32 kD。主要分布于單核-巨噬細胞系統(tǒng)的微粒體中，在實質臟器、骨髓和網狀內皮細胞中表達量較高。研究表明HO-1是一種重要的應激蛋白，在應激狀態(tài)下表達適量增加可以通過減輕細胞損傷、蛋白質氧化及脂質過氧化來抵御應激反應。HO-2為組織型同工酶，是生理狀態(tài)下HO的主要存在形式，主要分布于大多數(shù)組織的內皮細胞和神經元細胞的線粒體內，包括腦、視網膜、血管內皮和睪丸中。HO-3為組織型同工酶，在腦、肝、腎和睪丸等器官中表達，其不具有催化血紅素分解的活性。

3 HO-1阻緩NAFLD的進展

NAFLD的病理生理機制復雜，涉及肝內脂質過氧化、離子轉運失衡、肝細胞損傷、炎癥浸潤等多個環(huán)節(jié)。已有研究發(fā)現(xiàn)，HO-1可通過抑制活性氧（reactive oxygen species，ROS）自由基依賴的內質網應激及其介導的壞死性凋亡等機制［7］，在NAFLD發(fā)生、發(fā)展過程中發(fā)揮抗氧化應激、抗脂質代謝、抗纖維化、抑制細胞凋亡等重要生物學效應［8-10］。

3.1 抗脂質代謝

HO-1可以增加脂聯(lián)素水平，提高胰島素的敏感性，增強脂肪酸氧化［11］，提高葡萄糖攝取能力，并有效降低三酰甘油水平［12］。NAFLD患者低表達的還原性谷胱甘肽（glutathione，GSH）提示HO-1的代償性表達增高是對抗脂質過氧化引起的適應性反應，一定程度上能延緩ROS持續(xù)增加造成的組織細胞氧化應激損傷，在非酒精性脂肪性肝炎（nonalcoholic steatohepatitis，NASH）發(fā)展進程中起關鍵作用。

3.2 抗氧化應激

核因子E2相關因子2（nuclear factor-erythroid 2-related factor 2，Nrf2）/HO-1信號通路在NAFLD進展過程中發(fā)揮著重要作用，參與調節(jié)氧化-抗氧化軸平衡，抑制NAFLD中的內質網應激和脂質積累［13］。Nrf2通過激活其下游HO-1的反應性表達，促進一氧化碳（CO）、Fe2+及膽綠素的生成，逆轉NAFLD的發(fā)展進程。該通路也可抑制活化的蛋白激酶C（protein kinase C，PKC）及還原型輔酶Ⅱ（nicotinamide adenine dinucleotide phosphate，NADPH）活性，清除蓄積的氧化產物，逆轉肝細胞氧化應激損傷，延緩或阻止NASH的進展［2］。任柏樾等［14］通過高脂純化飼養(yǎng)法建立NASH小鼠模型證實澤明紅山顆?？杉せ頝rf2/HO-1通路來改善NASH肝損傷。

3.3 抗炎癥反應

在許多炎癥動物模型中發(fā)現(xiàn)，HO-1的高表達能明顯下調黏附分子的表達和白細胞黏附，抑制脂多糖誘導的炎癥細胞因子的產生［15］，發(fā)揮抗炎作用。在NAFLD進展過程中，肝細胞大量脂肪蓄積引起肝細胞內ROS增加，激活核轉錄因子（NF）-κB，啟動炎癥反應。XU等［16］通過構建NAFLD小鼠模型，發(fā)現(xiàn)Nrf2/HO-1通路可抑制巨噬細胞中促炎細胞因子和NO的產生，并下調白介素（IL）-6和腫瘤壞死因子α（TNF-α）水平，對抗肝臟炎癥。

3.4 抗細胞凋亡

HO-1升高可以激活周期素依賴激酶抑制劑（p21），阻滯細胞周期，減少Caspase-8、Caspase-10的表達，抑制細胞凋亡。NAN等［17］發(fā)現(xiàn)HO-1激動劑hemin或Ad-HO-1干預可上調HO-1表達量，降低肝臟硫代巴比妥酸反應物（thiobarbituric acidreactive substance，TBARS）水平，減輕蛋氨酸、膽堿缺乏飼料（methionine-and-choline deficient diet，MCD）誘導的肝細胞凋亡損傷。另外，HO-1代謝產物CO可使肝細胞和肝竇細胞中Bcl-2表達增加或Bax表達減少，抑制肝臟缺血-再灌注介導的細胞凋亡［18］。

3.5 自噬反應

研究表明，HO-1可誘導細胞自噬減輕肝臟炎癥，改善急性肝功能衰竭以及肝臟缺血-再灌注損傷［19］。內源性HO-1通過介導p38 MAPK磷酸化、LC3和PI3K上調等途徑促進自噬信號傳導，抑制Caspase-3介導的細胞凋亡，保護肝細胞。相反，使用HO-1抑制劑降低HO-1活性則加速脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）引起的肝細胞死亡［20］。

4 鐵死亡在NAFLD中的作用

鐵死亡是一種復雜的細胞死亡方式，受到多種細胞代謝途徑的調控［21］，其機制為鐵依賴的廣泛脂質過氧化作用及ROS堆積［22］，并伴有GSH的消耗，從而影響細胞的正常功能。過度的脂質過氧化損害細胞膜的流動性、通透性和細胞完整性，最終導致細胞死亡［23］。研究顯示，肝細胞鐵死亡與NAFLD的發(fā)生、發(fā)展密切相關，當血清鐵>1.5×ULN時，肝細胞即發(fā)生炎癥反應伴星狀細胞活化，表明血清鐵水平的升高是NASH進展的獨立危險因素。此外，在NAFLD患者中可觀察到血清鐵蛋白水平顯著升高和肝組織內鐵的蓄積，即鐵過量積累導致的氧化應激損害在肝損傷的發(fā)病機制中起重要作用［24］。TSURUSAKI等［25］發(fā)現(xiàn)鐵死亡通過觸發(fā)單純肝脂肪變性（nonalcoholic fatty liver，NAFL）的炎癥反應，加快了NASH的進展。該研究通過建立NAFLD動物模型，發(fā)現(xiàn)在NAFLD早期肝細胞鐵死亡的發(fā)生顯著早于細胞凋亡，導致了嚴重的肝臟損害；鐵死亡抑制劑（包括鐵螯合劑和抗氧化劑）可以有效地對抗肝細胞死亡，減輕肝細胞炎癥反應和纖維化，從而改善肝功能。越來越多的研究表明，鐵穩(wěn)態(tài)失衡、脂質過氧化、System Xc-GSH-GPX4軸失衡、胰島素抵抗等多種途徑誘導鐵死亡參與NAFLD的發(fā)生、發(fā)展［26-28］。

4.1 鐵穩(wěn)態(tài)失衡

各種原因引起肝組織鐵代謝紊亂，導致大量游離鐵（Fe3+）生成增加，使肝內細胞對鐵死亡的敏感性顯著提升。Fe3+進入到細胞質和線粒體基質后，氧化還原成具有活性的Fe2+，過量Fe2+會導致鐵穩(wěn)態(tài)失衡，形成不穩(wěn)定鐵池，催化氧自由基產生。在電子轉移過程中，O2接受電子形成過氧化氫（H2O2），F(xiàn)e2+與H2O2通過芬頓（Fenton）反應生成對細胞有較強毒性的高反應性羥基自由基，這些自由基會與磷脂細胞膜上的多不飽和脂肪酸（polyunsaturated fatty acid，PUFA）協(xié)同啟動脂質過氧化反應，誘導細胞鐵死亡［23］。肝臟中異常的鐵蓄積可能是由于肝鐵輸出蛋白FPN1的下調和鐵輸入蛋白DMT1和Trf1的上調，從而啟動Fenton反應，加速脂質ROS的蓄積，誘導鐵死亡的發(fā)生和NAFLD的進展［29］。

4.2 脂質過氧化

脂質過氧化是鐵死亡的主要驅動因素，NAFLD發(fā)生時，肝細胞內脂質蓄積增多引起的脂質過氧化，導致ROS大量生成。脂質的過氧化是鐵和氧氣協(xié)同參與催化的鏈式反應，當細胞內ROS的蓄積量超過抗氧化物質的清除能力時，生物膜上的磷脂、酶和PUFA等大分子物質在脂氧合酶（Lipoxygenase，LOX）催化下反應形成有毒的脂質過氧化物（L-OOH），從而改變細胞膜的流動性和通透性、線粒體的結構和功能等，最終損害細胞膜穩(wěn)定性，使細胞發(fā)生鐵死亡［30］。LI等［31］在動物研究中發(fā)現(xiàn)，鐵死亡誘導劑谷胱甘肽過氧化物酶4（Recombinant Glutathione Peroxidase 4，GPX4）抑制劑（RSL3）加重了MCD誘導的NASH小鼠模型中的肝脂質積累，而Fe2+和花生四烯酸（arachidonic acid，AA）代謝水平的增加協(xié)同促進脂質過氧化，加快NASH脂肪變性、氧化應激、炎癥和肝細胞損傷；鐵螯合劑去鐵胺（DFO）使脂質蓄積和肝臟三酰甘油水平顯著降低，延緩NASH進展。

4.3 System Xc-GSH-GPX4軸失衡

System Xc系統(tǒng)是由二硫鍵構成的氨基酸反向轉運蛋白體，介導胞內外胱氨酸和谷氨酸之間的運輸，是細胞中抗氧化系統(tǒng)的重要部分之一。胱氨酸進入細胞轉化為半胱氨酸（cysteine，cys），參與GSH的合成。而GSH作為GPX4的還原劑，是GPX4降低ROS和活性氮、抑制脂質過氧化物形成、發(fā)揮抗氧化作用的必要輔助因子。在NAFLD的初期，大量沉積的脂滴在肝細胞內發(fā)生β氧化，當生成的ROS超過GPX4的清除能力時，會誘導肝內長鏈PUFA的大量消耗，降低細胞膜穩(wěn)定性，改變線粒體的結構和功能，從而誘發(fā)肝損傷和炎癥。ZHU等［32］研究發(fā)現(xiàn)GPX4缺失組肝細胞的脂滴積累和ROS水平更高，提示GPX4在細胞防御脂質過氧化中的重要性，能夠減輕肝臟的氧化應激和清除脂質過氧化物，從而進一步減少肝臟炎癥因子的募集和凋亡信號通路的激活。

4.4 胰島素抵抗

NAFLD/NASH的主要誘因多為糖尿病、肥胖等，胰島素抵抗是NAFLD進展的關鍵一步［33］。有證據(jù)顯示體內鐵水平和胰島素信號之間密切相關，鐵代謝標志物有助于誘導2型糖尿?。╰ype 2 diabetes mellitus，T2DM）發(fā)病機制早期的脂肪細胞胰島素抵抗，鐵代謝的兩個標志鐵蛋白和轉鐵蛋白也與脂聯(lián)素水平呈負相關，而胰島素抵抗及其引起的早期高胰島素血癥可以加快NAFLD進展，是NAFLD肝纖維化的危險因素之一［34］。

5 HO-1介導鐵死亡在NAFLD中的作用

脂質過氧化誘導氧化應激損傷是NAFLD發(fā)生發(fā)展的重要因素，尚不明確HO-1作為強抗氧化劑在NAFLD中能否延緩肝細胞鐵死亡發(fā)生。HO-1介導鐵死亡的途徑目前有兩種觀點，一方面血紅素代謝反應可以將血紅素蛋白和血紅素等氧化劑轉化為膽紅素、膽綠素和CO，而表現(xiàn)出抗氧化的細胞保護作用。研究證實，在Erastin誘導的肝癌細胞中高表達HO-1可以通過抗氧化應激反應減輕細胞鐵死亡［35］。GAO等［36］發(fā)現(xiàn)Nrf2-ARE信號通路促進HO-1的表達，減少脂質過氧化引起的鐵死亡，改善高脂飲食誘導的NAFLD。另一方面，HO-1的過度激活通過釋放大量Fe2+、導致不穩(wěn)定的鐵池蓄積及相應的有害循環(huán)效應加劇氧化應激［37］。研究表明，HO-1的高表達增加了肝內Fe3+含量，F(xiàn)e2+也是脂氧合酶亞基的重要組成部分，LOX可催化脂質過氧化［38］，參與鐵死亡過程，加快肝細胞損傷。這種雙面效應使HO-1成為一把雙刃劍。

此外，在NAFLD的進展過程中，肝星狀細胞（hepatic stellate cell，HSC）的活化是肝纖維化發(fā)生、發(fā)展的關鍵環(huán)節(jié)，靶向性抑制HSC的活化是有效減緩NAFLD進程的關鍵之一。ZHANG等［39］研究發(fā)現(xiàn)，索拉非尼和Erastin能靶向誘導HSC鐵死亡。異甘草酸鎂可增強HO-1表達，導致細胞內鐵積累和脂質過氧化物集聚，誘發(fā)HSC鐵死亡，抑制肝纖維化形成。因此，靶向激活HO-1促進HSC鐵死亡可能成為治療肝纖維化及延緩NAFLD進展的新途徑。

5.1 Nrf2/HO-1信號通路抗氧化應激抑制鐵死亡

現(xiàn)有證據(jù)表明Nrf2作為體內重要的轉錄因子，通過調節(jié)GSH、鐵和脂質的代謝以及線粒體功能，參與機體抗氧化應激環(huán)節(jié)，激活調節(jié)鐵死亡各種靶基因的表達［40］。體內自由基增多可誘導Nrf2-keap1復合體的解離，活化的Nrf2蛋白通過核轉位結合在HO-1基因啟動子的抗氧化反應元件（ARE）上，并啟動下游抗氧化應激基因的轉錄，包括HO-1及鐵蛋白重鏈的轉錄和表達，減少ROS引起的細胞損傷，維持機體氧化還原穩(wěn)態(tài)。LI等［41］的研究發(fā)現(xiàn)，人參環(huán)氧炔醇（Panaxydol，PX）可以通過激活Keap1-Nrf2/HO-1信號傳導抑制LPS誘導的鐵死亡和炎癥反應，間接表明Nrf2/HO-1是細胞鐵死亡的重要負調節(jié)因子。除此以外，Nrf2可以影響編碼GSH合成蛋白的基因，如SLC7A11、GCLC/GLCM和GSS［42］，抑制過氧化物生成。LIN等［43］發(fā)現(xiàn)下調SLC7A11表達可導致胱氨酸依賴性谷胱甘肽過氧化物酶活性降低、脂質過氧化上升，最終導致細胞鐵死亡。因此，激活Nrf2/HO-1通路能夠減輕氧化應激，抵抗炎癥反應，在抑制鐵死亡方面有一定的作用。

5.1.1 HO-1及其代謝產物的抗氧化作用抑制鐵死亡：HO-1作為重要的抗氧化因子，能清除蓄積的氧化產物，在氧化應激相關肝損傷中發(fā)揮重要作用。此外，HO-1的激活促進System Xc系統(tǒng)的表達，加速胱氨酸/谷氨酸的轉運，從而清除累積的LPO，降低細胞對鐵死亡的敏感性。

HO-1活性的增強可以促進血紅素降解，其產物膽紅素作為天然的抗氧化劑，可氧化成膽綠素，膽綠素又可以在膽綠素還原酶的作用下還原為膽紅素，這一氧化還原循環(huán)可使膽紅素抗氧化作用進一步放大，清除體內過量的超氧化物和過氧化氫自由基，幫助細胞逃避部分氧化應激，一定程度上還可以改變細胞內鐵的分布，減少細胞鐵的吸收。除此以外，HO-1分解代謝生成的CO可阻斷電子在細胞色素C氧化酶（COX）的傳遞，影響電子傳遞鏈氧化還原、ROS生成增加及抗氧化防御系統(tǒng)失衡。YAO等［44］發(fā)現(xiàn)CO可顯著降低胱硫醚β-合酶（CBS）蛋白的表達，從而降低GPX4的活性，提高細胞內ROS濃度，誘導細胞鐵死亡。近年來有研究表明，生理劑量CO可作為細胞內第二信使靶向促進線粒體再生，恢復線粒體膜電位，從而降低線粒體活性氧簇的產生［45］，但其與鐵死亡的關系尚不明確。

5.1.2 HO-1導致細胞內亞鐵離子蓄積促進鐵死亡：部分研究認為，Nrf2/HO-1途徑可以促進Nrf2的核轉位，上調HO-1表達，從而催化血紅素降解，促進游離鐵的釋放，誘導細胞鐵死亡。HO-1也被證實可以通過刺激轉鐵蛋白受體（TFR）升高和SLC40A1降低，導致細胞內Fe2+積累。而不穩(wěn)定的鐵蓄積也會增加HO-1的表達，在HO-1上調和鐵積累之間惡性循環(huán)，加劇鐵死亡。SLC7A11基因編碼胱氨酸/谷氨酸逆向轉運蛋白（xCT），參與調節(jié)鐵超載-鐵死亡過程，DONG等［46］發(fā)現(xiàn)SLC7A11可負性調控Nrf2/HO-1的信號傳導，HO-1由于細胞內ROS的積累而被激活，加劇HO-1與Fe2+的惡性循環(huán)效應。TANG等［47］則發(fā)現(xiàn)敲除HO-1基因或使用HO-1抑制劑鋅原卟啉ZnPP則可以抑制HO-1過度表達，促進Fe2+特異性結合，進而逃避HO-1與Fe2+積累之間的有害循環(huán)效應，進一步抑制氧化產物的產生，以減少ROS過載，阻斷脂質過氧化造成的鐵死亡。

5.2 HO-1上調鐵蛋白表達抑制鐵死亡

早在1992年，BALLA等［48］已經證實，在暴露于H2O2誘導的氧化應激下的內皮細胞中，HO-1表達增加伴隨著鐵蛋白的升高，其可能是增加血紅素降解釋放Fe2+導致的。鐵蛋白是一種螯合鐵離子的保護蛋白，其抗氧化性取決于對鐵離子的高螯合能力和H鏈的亞鐵氧化酶活性。SOARES等［49］發(fā)現(xiàn)HO-1不僅具有抗氧化作用，且能增加鐵蛋白水平、增強內質網ATP依賴性鐵轉運泵的活性，促進鐵的流出，并降低細胞中的鐵含量，對逃避細胞鐵死亡有一定的作用。

鐵蛋白自噬是細胞內的鐵蛋白被核受體輔激活因子4特異性識別后在溶酶體中發(fā)生鐵蛋白降解和鐵釋放的過程。鐵蛋白自噬過程啟動后，細胞內的鐵蛋白降解釋放游離Fe2+，導致細胞不穩(wěn)定鐵含量的增加，過多的Fe2+通過Fenton反應在短期內產生大量ROS，使細胞對鐵死亡敏感。鐵蛋白自噬驅動的不穩(wěn)定鐵池的蓄積已經成為普遍認同的鐵死亡途徑之一，但其與HO-1的關系尚不明確。

6 總結

脂質代謝紊亂和氧化應激是慢性肝臟疾病發(fā)生發(fā)展的關鍵因素之一，而目前研究已證實HO-1在抗炎、抗凋亡、抗氧化應激、抗脂質代謝等方面發(fā)揮著重要作用。大量的動物實驗和人體研究已提供有力證據(jù)支持鐵死亡在NAFLD發(fā)病機制中的關鍵作用，可能是預防NAFLD發(fā)展的一個潛在治療靶點［31，50-51］。如上文所述，筆者認為HO-1在調控鐵死亡觸發(fā)的NAFLD進展中可能具有抗氧化應激反應的正性作用，延緩并減輕肝臟氧化應激帶來的損傷，然而HO-1參與調控鐵死亡的機制仍不明確，上調HO-1導致的Fe2+蓄積是否會加速鐵死亡的發(fā)生尚未證實，鐵死亡在促進NAFLD發(fā)生發(fā)展過程中的具體生物學功能尚未得到充分驗證，通過抑制鐵死亡治療NAFLD是否具有臨床可行性仍有待進一步探究。目前亟需開展多中心、雙盲、前瞻性、大樣本的NAFLD臨床研究證明HO-1與鐵死亡的相關性。準確理解HO-1在NAFLD中的作用，鐵死亡與HO-1、NAFLD間的關系，有利于形成更有效、更精準的NAFLD治療新策略，有利于抗NAFLD藥物的研發(fā)。

作者貢獻：曹佳岑負責文章的構思與設計、論文撰寫；李冬冬負責論文修訂、文章的質量控制，對文章整體負責，監(jiān)督管理；張宏坤、趙文負責研究資料的收集與整理；南月敏負責文章指導及審校。

本文無利益沖突。