帕金森病理機(jī)制常談常新：多巴胺能神經(jīng)的氧化性死亡
——ferroptosis和oxytosis＊

段文君，李怡芳，栗原博，何蓉蓉

（1.暨南大學(xué)廣東省疾病易感性及中醫(yī)藥研發(fā)工程技術(shù)研究中心 廣州 6125052；2.暨南大學(xué)廣東省中藥藥效物質(zhì)基礎(chǔ)和創(chuàng)新藥物研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 廣州 6125052；3.暨南大學(xué)藥學(xué)院，中藥及天然藥物研究所 廣州 6125052）

帕金森?。≒arkinson's disease，PD）也稱為震顫麻痹，是一種以黑質(zhì)致密部神經(jīng)元的死亡為特征的慢性進(jìn)行性神經(jīng)退行性疾病。臨床上常用行為功能的異常作為診斷PD的指標(biāo)，主要包括動(dòng)作遲緩、僵硬、靜止性震顫、姿勢(shì)不穩(wěn)，且隨病情發(fā)展，不對(duì)稱地由一側(cè)發(fā)病發(fā)展為雙側(cè)發(fā)病。PD主要的病理特征為中腦黑質(zhì)致密部多巴胺能神經(jīng)細(xì)胞的損傷和神經(jīng)元內(nèi)路易小體的出現(xiàn)，這也是臨床診斷和治療PD患者的重要依據(jù)。

目前研究認(rèn)為凋亡（apoptosis）、程序性壞死（necroptosis）和自噬性死亡（autophagic death）等死亡方式都參與了多巴胺能神經(jīng)元的死亡[1]。但是，這些死亡方式都不足以解釋其病理進(jìn)程和機(jī)制，深入研究發(fā)現(xiàn)這些死亡方式都存在一個(gè)共同特征，即：多巴胺能神經(jīng)元細(xì)胞的脂質(zhì)過(guò)氧化損傷。最新的研究也表明，中腦黑質(zhì)致密部多巴胺能神經(jīng)元的脂質(zhì)過(guò)氧化是PD重要發(fā)病機(jī)制[2]，而真正可能反應(yīng)細(xì)胞脂質(zhì)過(guò)氧化的細(xì)胞死亡方式或許是近些年新發(fā)現(xiàn)的ferroptosis（暫譯名：鐵死亡）[3]。這種細(xì)胞死亡的形態(tài)學(xué)特征表現(xiàn)為線粒體嵴消失，線粒體變小，膜密度增加，細(xì)胞變小變圓且相互之間分離，生物化學(xué)特征表現(xiàn)為脂質(zhì)活性氧（reactive oxidative species，ROS）累積，谷胱甘肽（gluta?thione，GSH）耗竭，谷胱甘肽過(guò)氧化物酶4（glutathione peroxidase 4，GPx4）抑制，多不飽和脂肪酸釋放增加等，因其在形態(tài)學(xué)、基因?qū)W、生物化學(xué)特征上與傳統(tǒng)的死亡方式均有明顯的不同，并且依賴細(xì)胞內(nèi)的鐵，而不是其他金屬，所以命名為ferroptosis[4,5]。此外，大約30年前在神經(jīng)細(xì)胞里發(fā)現(xiàn)了一種涉及GSH減少、ROS產(chǎn)生增加、脂氧合酶活化和鈣內(nèi)流的細(xì)胞死亡途徑[6]，并最終被命名為oxytosis（暫譯名：氧化凋亡）[7]。這兩種死亡方式在特征和信號(hào)調(diào)節(jié)等方面都有著高度相似性，最新的研究指出ferroptosis和oxytosis可能是同一種細(xì)胞死亡方式[8]。在這篇綜述中，我們討論了這兩種高度相關(guān)的程序性細(xì)胞死亡途徑，并總結(jié)了目前它們與神經(jīng)元死亡相關(guān)的研究進(jìn)展。

1 多巴胺能神經(jīng)元退行性死亡是帕金森病的主要病理機(jī)制

PD患者的神經(jīng)病理學(xué)診斷需要檢測(cè)黑質(zhì)部位神經(jīng)元的損傷或死亡、路易小體和路易神經(jīng)突的出現(xiàn)[9]。路易小體是嗜酸性的包涵體，電鏡下觀察其有一個(gè)致密核，周圍環(huán)繞一圈蒼白色輻射狀的纖絲樣光暈[10]。錯(cuò)誤折疊的α-突觸核蛋白（α-synuclein，α-syn）是路易小體的輻射狀光暈的重要組成成分，存在于突觸前末端，負(fù)責(zé)維持突觸囊泡儲(chǔ)備池的正常功能，調(diào)節(jié)神經(jīng)遞質(zhì)的釋放[11-13]。正常的α-syn主要以單體構(gòu)型（14kDa）存在，并處于單體和聚合體的平衡狀態(tài)[14]。在特定應(yīng)激條件下，例如氧化應(yīng)激[15]、翻譯后修飾[16,17]、蛋白水解[18,19]、脂肪酸的濃度[20,21]、磷脂和金屬離子[22]都可能誘使它形成穩(wěn)定的多聚體和其他不同構(gòu)型。在PD患者和轉(zhuǎn)基因α-syn動(dòng)物模型的腦部中多個(gè)區(qū)域發(fā)現(xiàn)α-syn的異常分布和聚集，被認(rèn)為是多巴胺釋放異常的原因之一[23,24]。體內(nèi)和體外的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)都證明原纖維化的低聚體是α-syn毒性形式之一，它能改變生物膜的通透性引起鈣離子內(nèi)流導(dǎo)致細(xì)胞死亡，通過(guò)損傷線粒體引發(fā)溶酶體泄露，損傷微管，以及與軸突轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)蛋白相互作用，導(dǎo)致突觸功能異常[25-27]。最近的研究認(rèn)為，持續(xù)的多巴胺能神經(jīng)元損傷依賴于低聚化的α-syn向纖維化的轉(zhuǎn)變[28]。此外，過(guò)表達(dá)的α-syn抑制多巴胺合成過(guò)程的限速酶，酪氨酸羥化酶的基因表達(dá)和蛋白活性[29]。

氧化應(yīng)激一直是解釋帕金森病多巴胺能神經(jīng)元損傷的基石。從20世紀(jì)八十年代開(kāi)始，越來(lái)越多的文章報(bào)道稱，無(wú)論誘發(fā)神經(jīng)元死亡的誘因是什么，ROS的形成都是關(guān)鍵的一步，是神經(jīng)元損傷或死亡的較為本質(zhì)的原因[30,31]。在帕金森病患者的黑質(zhì)致密部甚至全身都能夠檢測(cè)到脂質(zhì)氧化、蛋白質(zhì)氧化和DNA的氧化[31-33]。黑質(zhì)部位鐵含量、鈣離子通道活性和蛋白水解功能的改變，以及α-syn的堆積和突變蛋白的出現(xiàn)，都與氧化應(yīng)激有關(guān)[34-37]。盡管通過(guò)控制氧化應(yīng)激可以緩解體內(nèi)和體外的帕金森病模型的病程發(fā)展，但是單純依靠清除ROS的治療手段在臨床研究中的應(yīng)用暫時(shí)尚未獲得成功。目前對(duì)于ROS的來(lái)源還存在爭(zhēng)議，或來(lái)自于神經(jīng)元，或來(lái)自神經(jīng)膠質(zhì)，但可以達(dá)成一致的是ROS的產(chǎn)生始于線粒體或內(nèi)質(zhì)網(wǎng)[30]?；诰€粒體的神經(jīng)細(xì)胞死亡可以解釋家族遺傳性以及零散發(fā)生的帕金森病。MPTP的活性代謝物MPP+、魚(yú)藤酮和番荔枝素都通過(guò)抑制線粒體呼吸鏈復(fù)合物I表現(xiàn)出神經(jīng)毒性作用，在帕金森病患者體內(nèi)也能檢測(cè)到這種抑制作用，同時(shí)三羧酸循環(huán)中酮戊二酸脫氫酶也有損傷，表明線粒體呼吸鏈復(fù)合物I受損是帕金森病的發(fā)病類型之一[38-40]。家族發(fā)病的遺傳學(xué)研究顯示，α-syn、parkin、PINK1、DJ-1和LRRK2的表達(dá)或活性異常都與線粒體功能障礙有關(guān)[9,34,41]。

在多巴胺神經(jīng)元細(xì)胞膜上，多巴胺神經(jīng)遞質(zhì)代謝旺盛，產(chǎn)生神經(jīng)毒性代謝物多巴胺醌和6-羥基多巴胺（6-OHDA）[42]，這極有可能是多巴胺能神經(jīng)元對(duì)氧化應(yīng)激非常敏感的主要原因[43]。多巴胺醌是主要代謝產(chǎn)物，環(huán)化形成無(wú)色多巴胺色素并緩慢氧化為神經(jīng)黑素單體。醌類化合物通過(guò)將蛋白質(zhì)巰基和胺基團(tuán)烷基化以及在ROS和GSH二硫化物的存在下促進(jìn)蛋白質(zhì)氧化來(lái)傳遞毒性[44]。這些蛋白質(zhì)的生物化學(xué)異常將導(dǎo)致功能障礙，并破壞細(xì)胞膜的完整性，最終導(dǎo)致細(xì)胞死亡。6-OHDA也是線粒體復(fù)合物I和IV的有效抑制劑，并且可能被鐵進(jìn)一步氧化成反應(yīng)性半醌[38]。此外，6-OHDA的代謝還產(chǎn)生過(guò)氧化氫，其參與與亞鐵離子的Fenton反應(yīng)，通過(guò)形成羥基自由基來(lái)誘導(dǎo)氧化應(yīng)激，導(dǎo)致DNA加合物形成、脂質(zhì)過(guò)氧化、膜完整性喪失以及細(xì)胞凋亡[45]。

2 多巴胺能神經(jīng)元ferroptosis死亡方式可能是帕金森病的新病理機(jī)制

Ferroptosis是在開(kāi)發(fā)治療腫瘤的藥物的過(guò)程中新發(fā)現(xiàn)的一種細(xì)胞死亡方式[46]。2012年Dr.Brent R.Stockwell及其團(tuán)隊(duì)首次發(fā)現(xiàn)小分子erastin能誘導(dǎo)選擇性致死原癌基因Ras的細(xì)胞發(fā)生一種明顯不同于凋亡、壞死和自噬的鐵依賴性的細(xì)胞死亡方式，主要通過(guò)誘導(dǎo)由鐵依賴的脂質(zhì)過(guò)氧化累積而殺傷細(xì)胞或損害細(xì)胞功能[3,5]，具有線粒體皺縮和膜密度增加的獨(dú)特細(xì)胞死亡形態(tài)[3,47]。Ferroptosis可以被兩類小分子化合物誘導(dǎo)：一類是谷氨酸胱氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)體xc-系統(tǒng)（一種最初由Bannai和Kitamura[48]提出的胱氨酸谷氨酸反向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白）抑制劑；另一類是GPx4抑制劑[49]。除了這些小分子物質(zhì)以外，還有許多藥物（例如：索拉菲尼、青蒿素及其衍生物）也可以誘導(dǎo)ferroptosis[49]?；罨木€粒體電壓依賴性陰離子通道、絲裂原激酶MAPK、上調(diào)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和抑制細(xì)胞膜xc-系統(tǒng)是誘導(dǎo)細(xì)胞ferroptosis的主要原因[47,50,51]，其主要機(jī)制在于誘導(dǎo)脂質(zhì)過(guò)氧化物的生成和ROS的堆積。而這種堆積很大程度上能夠被一些鐵螯合劑（去鐵胺、去鐵敏）和脂質(zhì)過(guò)氧化抑制劑（ferrostatin、lipeoxstatin、齊留通）所抑制[3,52,53]。GPx4、熱休克蛋白HspB1，核因子E2相關(guān)因子Nrf2能夠通過(guò)抑制鐵離子攝取和抑制ROS生成來(lái)負(fù)向調(diào)節(jié)ferropto?sis進(jìn)程[54,55]。另一方面，NADPH氧化酶、p53等則能夠通過(guò)促進(jìn)ROS的生成和抑制SLC7A11（胱氨酸、谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)離子通道主要配體）的表達(dá)來(lái)誘導(dǎo)ferroptosis的發(fā)生[56,57]。同時(shí)，多種代謝途徑如甲羥戊酸、轉(zhuǎn)硫以及谷氨酰胺途徑等，對(duì)ferroptosis的調(diào)控也起著至關(guān)重要的作用[58,59]。Ferroptosis已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)參與到很多人類疾病的病理和生理進(jìn)程之中，包括腫瘤、神經(jīng)毒性、神經(jīng)退行性疾病、急性腎損傷、藥物誘導(dǎo)的肝臟損傷、肝臟/心臟缺血再灌注損傷、T細(xì)胞免疫等[49]。

2.1 Ferroptosis在帕金森病中研究進(jìn)展

Ferroptosis的主要特征為依賴鐵離子的脂質(zhì)過(guò)氧化損傷誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡，同時(shí)其調(diào)節(jié)機(jī)制主要圍繞GSH的合成及GSH過(guò)氧化物酶活性來(lái)展開(kāi)。在目前已經(jīng)研究的多種PD模型中都發(fā)現(xiàn)可能有ferroptosis參與其中，ferroptosis在MPTP誘導(dǎo)的小鼠PD模型中發(fā)揮作用，給予ferrostatin-1能有效的保護(hù)MPTP和魚(yú)藤酮所帶來(lái)的多巴胺能神經(jīng)元死亡[60]。但是結(jié)合之前的科學(xué)研究和ferroptosis的調(diào)控機(jī)制，我們不難發(fā)現(xiàn)，谷氨酸鹽神經(jīng)毒性、大腦的鐵負(fù)荷以及GPx4缺失所誘導(dǎo)的脂質(zhì)過(guò)氧化可能都會(huì)以誘導(dǎo)ferroptosis的方式影響PD病理進(jìn)程?？偨Y(jié)PD研究中可能涉及ferroptosis調(diào)節(jié)機(jī)制，能夠?qū)erroptosis在PD中的作用研究形成借鑒。

在誘導(dǎo)ferroptosis的體外實(shí)驗(yàn)中，給予小分子erasin可以抑制胱氨酸/谷氨酸逆向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（xCT），進(jìn)而阻斷細(xì)胞對(duì)胱氨酸的攝取并引起細(xì)胞發(fā)生ferroptosis[3]。胱氨酸在細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)化為半胱氨酸，這是GSH合成的限速前體。當(dāng)xCT被抑制時(shí)，胱氨酸攝取減少，導(dǎo)致GSH合成水平降低；GSH過(guò)氧化物酶如GPx4消耗GSH并清除過(guò)氧化氫和磷脂氫過(guò)氧化物[4]。GSH也是LIP中亞鐵離子的天然配體[61]，LIP是神經(jīng)元內(nèi)相對(duì)游離的鐵離子的交換池。GSH在LIP中與鐵離子的結(jié)合可以防止亞鐵被氧化，一方面保持鐵離子的溶解度（三價(jià)鐵是高度不溶的），另一方面抑制亞鐵作為把潛在氧化物如羥自由基變成過(guò)氧化氫的催化劑。谷胱甘肽的耗盡釋放鐵離子從而產(chǎn)生羥自由基，由此引起ferroptosis中所觀察到的脂質(zhì)過(guò)氧化。

除了erasin外，RSL3通過(guò)結(jié)合GPx4并使其失活而觸發(fā)ferroptosis[4]。因此，給予erasin和RSL3均可引起脂質(zhì)過(guò)氧化[3,4]。此外，采用插入誘變篩選了兩個(gè)涉及脂質(zhì)代謝的基因，酰基輔酶A合成酶長(zhǎng)鏈家族成員4（ACSL4）和溶血磷脂酰膽堿?；D(zhuǎn)移酶3（LpCAT3），是依賴于GPx4失活的ferroptosis所必需基因[62]。繼而有研究證實(shí)ACSL4是前ferroptosis基因，而且是GPx4失活后脂質(zhì)過(guò)氧化發(fā)生的關(guān)鍵基因[63]。此外，敲除AC?SL4表達(dá)減少了磷脂酰乙醇胺以及花生四烯酸和腎上腺素的的量，降低了細(xì)胞對(duì)ferroptosis敏感性[63]。

Ferroptosis是鐵離子依賴的細(xì)胞死亡方式，同時(shí)PD患者或模型的大腦中也發(fā)現(xiàn)了大量鐵離子的聚集。目前的研究表明，鐵負(fù)荷能夠以多種方式誘導(dǎo)多巴胺能神經(jīng)元細(xì)胞的死亡：①通過(guò)Fenton反應(yīng)誘導(dǎo)大量的ROS生成[64]；②激活MAO-B活性，誘導(dǎo)多巴胺氧化和更多內(nèi)源性ROS的生成[65]；③多巴胺代謝產(chǎn)物可以與鐵離子和過(guò)氧化氫反應(yīng)生成神經(jīng)毒性化合物，6-OHDA[66]；④鐵離子可以增加PD的標(biāo)志物，α-syn的纖維化和聚集[67]。雖然目前還沒(méi)有研究報(bào)道α-syn涉及到多巴胺能神經(jīng)元ferroptosis的死亡進(jìn)程，但是其與鐵負(fù)荷之間的關(guān)聯(lián)已早有報(bào)道。α-Syn對(duì)鐵離子和亞鐵離子都有較強(qiáng)的親和力，而且這兩種形式的鐵離子在體外被證明能夠加速α-syn的聚集，給予鐵螯合劑后則能顯著抑制這種現(xiàn)象的發(fā)生[68,69]。同時(shí)α-syn還可以作為鐵離子的還原劑，能夠?qū)㈣F離子還原為二價(jià)鐵離子，從而加重了神經(jīng)元細(xì)胞內(nèi)的鐵負(fù)荷和ferroptosis所依賴的ROS的產(chǎn)生[68]。鐵反應(yīng)元件（IRE）是細(xì)胞能夠調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)翻譯以調(diào)節(jié)神經(jīng)元鐵負(fù)荷的關(guān)鍵位點(diǎn)，目前已經(jīng)證明了α-syn mRNA的5’端的非翻譯編碼區(qū)是一個(gè)潛在的IRE[70]。這就意味著鐵離子濃度的增加可能通過(guò)與IRE的結(jié)合進(jìn)一步誘導(dǎo)神經(jīng)元細(xì)胞內(nèi)α-syn的表達(dá)增加來(lái)?yè)p傷神經(jīng)元。在一項(xiàng)研究中這個(gè)觀點(diǎn)也得到了證實(shí)，鐵離子的耗竭能夠減少α-syn的表達(dá)[71]。α-Syn還能與維持細(xì)胞內(nèi)鐵離子穩(wěn)態(tài)的蛋白進(jìn)行病理性相互作用，在MPP+處理的神經(jīng)纖維瘤細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)，抑制了在鐵離子攝入和ferroptosis中其重要調(diào)節(jié)作用的蛋白（鐵離子轉(zhuǎn)運(yùn)受體1）TfR1后，能夠顯著的減少α-syn的表達(dá)和聚集[72]。這些研究都能表明α-syn與細(xì)胞內(nèi)鐵負(fù)荷具有直接的相互作用，預(yù)示著他們?cè)赑D的病理調(diào)節(jié)中具有共同的調(diào)節(jié)途徑，比如說(shuō)ferroptosis。

2.2 Ferroptosis信號(hào)通路蛋白在帕金森病中的調(diào)節(jié)作用

鐵螯合作用能夠逆轉(zhuǎn)erasin誘導(dǎo)的ferroptosis[3,52]，表明鐵離子是細(xì)胞死亡途徑的必要介體。容易發(fā)生ferroptosis的細(xì)胞中上轉(zhuǎn)鐵蛋白受體TfR1是上調(diào)的，TfR1與轉(zhuǎn)鐵蛋白形成鐵離子吸收的復(fù)合物，并下調(diào)參與細(xì)胞內(nèi)鐵離子儲(chǔ)存的鐵蛋白的表達(dá)[52]。抑制ferrop?tosis的藥物包括ferrostatin-1、去鐵酮、N-乙酰半胱氨酸（N-acetyl-L-cysteine，NAC）和 liproxstatin-1[60,73]。Ferrostatin-1和liproxstatin-1通過(guò)抑制脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)來(lái)防止ferroptosis[73,74]。鐵螯合劑去鐵酮通過(guò)抑制鐵離子蓄積來(lái)逆轉(zhuǎn)細(xì)胞ferroptosis死亡[60]，而NAC則通過(guò)提高細(xì)胞內(nèi)GSH水平來(lái)防止ferroptosis的發(fā)生[4]。

前人對(duì)ferroptosis信號(hào)通路中的關(guān)鍵調(diào)控因子的研究顯示其有幾種因子確實(shí)參與到了PD的病理進(jìn)程中，鐵離子在黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元中的富集是PD的主要特征[75]。作為強(qiáng)還原劑，鐵離子負(fù)荷能夠?qū)е麓罅苛u基自由基的生成并誘導(dǎo)多巴胺的氧化，這可能造成了細(xì)胞內(nèi)的氧化微環(huán)境并導(dǎo)致黑子多巴胺能神經(jīng)元的損傷和丟失[76]。而且導(dǎo)致鐵離子代謝失衡的基因突變常常會(huì)導(dǎo)致PD的發(fā)生，進(jìn)一步證明了鐵離子含量升高在PD病理進(jìn)程中發(fā)揮關(guān)鍵的作用。幾種涉及到細(xì)胞鐵攝取和轉(zhuǎn)運(yùn)的蛋白質(zhì)的突變也跟PD相關(guān)。Borie等人[77]的研究表明轉(zhuǎn)鐵蛋白的突變跟增加PD的風(fēng)險(xiǎn)有關(guān)。這些預(yù)示著鐵攝取機(jī)制在這些帕金森患者中過(guò)度活躍，并導(dǎo)致了細(xì)胞內(nèi)的鐵富集。轉(zhuǎn)鐵蛋白受體TfR2蛋白的突變?cè)赑D中起到保護(hù)作用，可能跟其能減少細(xì)胞內(nèi)鐵攝取并降低鐵的富集有關(guān)。神經(jīng)元內(nèi)的鐵離子轉(zhuǎn)運(yùn)出去都要通過(guò)膜鐵轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，淀粉樣蛋白前體蛋白（APP）能夠在膜上穩(wěn)定膜鐵轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的表達(dá)，保證細(xì)胞內(nèi)鐵離子的轉(zhuǎn)出并減少鐵累積。APP幾種罕見(jiàn)突變以及幾項(xiàng)AD家族史的研究表明APP的突變與PD有關(guān)[78]。血漿銅藍(lán)蛋白能夠?qū)⒓?xì)胞內(nèi)的二價(jià)鐵轉(zhuǎn)化成三價(jià)鐵并以轉(zhuǎn)鐵蛋白的形式儲(chǔ)存或轉(zhuǎn)運(yùn)出細(xì)胞，而其編碼基因的突變也跟PD有關(guān)[79]。鐵轉(zhuǎn)出功能缺陷對(duì)PD的影響在黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元中也得到了驗(yàn)證，APP表達(dá)降低會(huì)導(dǎo)致神經(jīng)元大量丟失，并增加細(xì)胞內(nèi)血漿銅藍(lán)蛋白的表達(dá)水平。氧化應(yīng)激對(duì)帕金森進(jìn)程的影響已經(jīng)有多種研究，脂質(zhì)過(guò)氧化在PD患者的黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元中已經(jīng)被檢測(cè)出來(lái)，而且其能夠促進(jìn)神經(jīng)元的退行性病變[80]。谷胱甘肽水平在黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元中水平顯著降低也是PD病理進(jìn)程中早期的標(biāo)志[76]。

2.3 Ferroptosis抑制劑在帕金森病中具有潛在的保護(hù)作用

多巴胺能神經(jīng)元中氧化代謝活動(dòng)頻率極高，但是其細(xì)胞內(nèi)的抗氧化酶體活力低，且富含能夠催化氧化還原反應(yīng)的鐵，因而對(duì)氧化應(yīng)激特別敏感。其內(nèi)豐富的多巴胺也能夠通過(guò)酶解代謝和非酶代謝產(chǎn)生毒性極大的活性氧[81]。目前的研究表明，鐵負(fù)荷是PD中較為容易處理的靶標(biāo)。在多巴胺能前體衍生的神經(jīng)元細(xì)胞系LUHMES細(xì)胞中施用ferroptosis抑制劑、鐵螯合劑去鐵酮和NAC，能緩解erastin誘導(dǎo)的細(xì)胞毒性，而凋亡和自噬抑制劑則不能起到保護(hù)作用[60]。此外，LUHMES細(xì)胞中的多巴胺毒性可以通過(guò)ferroptosis抑制劑所緩解，而增加多巴胺表達(dá)則加劇erastin毒性，暗示著多巴胺能神經(jīng)元可能固有地對(duì)ferroptosis敏感。這也就解釋了為什么鐵和多巴胺的富集會(huì)增加多巴胺能神經(jīng)元變性的脆弱性[42]。在離體器官培養(yǎng)種，用erastin能夠顯著的增加大腦紋狀體內(nèi)細(xì)胞的丟失，并且ferroptosis的抑制劑ferrostatin-1能夠顯著的緩解MPP+誘導(dǎo)的細(xì)胞毒性，而且在MPTP處理前24小時(shí)注射小鼠ferro?statin-1可以顯著挽救小鼠的行為障礙和神經(jīng)元損失[60]，這表明在動(dòng)物模型中常見(jiàn)的PD相關(guān)毒素引起神經(jīng)變性的機(jī)制有可能是ferroptosis。在細(xì)胞培養(yǎng)和MPTP誘導(dǎo)的小鼠PD模型中給予鐵螯合劑，如去鐵酮等處理，會(huì)減少細(xì)胞內(nèi)的ROS生成，增加多巴胺的利用率，從而改善現(xiàn)有的運(yùn)動(dòng)能力和抑制運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的功能惡化[82]。在一組PD患者的研究中，給予18個(gè)月的去鐵酮治療可以顯著的緩解早期帕金森癥狀并減緩運(yùn)動(dòng)缺陷的進(jìn)展，在三期臨床試驗(yàn)中能夠重復(fù)這一結(jié)果，證明了鐵在PD中的關(guān)鍵作用[83]。隨后的研究觀察發(fā)現(xiàn)，使用去鐵酮六個(gè)月的PD患者大腦增加了多巴胺能神經(jīng)元內(nèi)GSH含量，而GSH的合成前體NAC，已經(jīng)進(jìn)入PD治療的三期臨床試驗(yàn)[84]。另外，此前發(fā)現(xiàn)一類格列酮的化合物能夠選擇性的抑制ferroptosis信號(hào)通路中參與磷脂代謝和膜磷脂合成的酶ASCL4[85]。這類化合物能夠顯著的減少糖尿病病人中PD的發(fā)病概率，并且其已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)了能夠協(xié)同liproxstatin-1抑制細(xì)胞ferroptosis的發(fā)生[63]，暗示著其作為PD藥物開(kāi)發(fā)的前景。

3 Ferroptosis和oxytosis可能是同一種非凋亡程序性細(xì)胞死亡

1988年，來(lái)自Coyle's團(tuán)隊(duì)的Murphy及其同事報(bào)道稱，在N18-RE-105神經(jīng)母細(xì)胞瘤X視網(wǎng)膜細(xì)胞系中，谷氨酸鹽以及谷氨酸鹽類似物使君子氨酸和鵝膏蕈氨酸誘導(dǎo)一種鈣依賴的細(xì)胞延遲死亡的形式[6]。由于這種細(xì)胞的死亡類型被低胱氨酸培養(yǎng)基（一種GSH前體）加劇，因此推測(cè)其與細(xì)胞內(nèi)GSH的消耗有關(guān)，其特征在于氧化應(yīng)激的增加，并且能被親脂抗氧化劑所抑制[86]。研究證明谷氨酸介導(dǎo)的對(duì)胱氨酸攝取的抑制是谷氨酸暴露和GSH消耗之間的關(guān)聯(lián)性機(jī)制[86]。在這一點(diǎn)上，負(fù)責(zé)谷氨酸抑制性的胱氨酸攝取的轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)與胱氨酸谷氨酸反向轉(zhuǎn)運(yùn)xc-系統(tǒng)具有高度相似之處。研究表明，這種細(xì)胞死亡的類型與GSH消耗后ROS生成的顯著增加有關(guān)，隨后鈣內(nèi)流導(dǎo)致最終的細(xì)胞死亡[7]。2001年，這種新的非凋亡的程序性細(xì)胞死亡被命名為oxytosis，該名稱突出了這種類型的細(xì)胞死亡的特征為ROS堆積，并強(qiáng)調(diào)它是一種不同于細(xì)胞凋亡的程序性細(xì)胞死亡[7]。

抑制細(xì)胞對(duì)胱氨酸的攝取是大多數(shù)oxytosis的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ街械年P(guān)鍵起始步驟。胱氨酸可通過(guò)四種轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)進(jìn)入細(xì)胞：興奮性氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（EAAT）[87]、b0,+系統(tǒng)（rBAT與SLC7A9的異二聚體[88]）、介導(dǎo)天冬氨酸、谷氨酸和胱氨酸反向轉(zhuǎn)運(yùn)的rBAT與AGT1/SLC7A13異二聚體[89]，以及xc-系統(tǒng)[90]。使用底物抑制劑如氨基己二酸鹽、高半胱氨酸鹽和使君子氨酸從藥理方面抑制xc-系統(tǒng)[6,86]或從xCT敲除小鼠提取從基因方面抑制xc-系統(tǒng)的細(xì)胞[91]均可誘導(dǎo)細(xì)胞死亡，表明胱氨酸攝取抑制引起的xc-系統(tǒng)的抑制與oxytosis的發(fā)生有關(guān)。然而，除了胱氨酸饑餓或抑制胱氨酸攝取外，使用谷胱甘肽半胱氨酸連接酶（glutamate cysteine ligase，GCL，GSH生物合成中的限速酶）抑制劑丁基硫酸亞砜抑制GSH的合成，可誘導(dǎo)oxytosis的發(fā)生[90]。而在xCT的高表達(dá)的情況下，胱氨酸/半胱氨酸可以彌補(bǔ)GSH的缺失[92,93]。

Ferroptosis的誘導(dǎo)劑erastin[3]就是一個(gè)xc-系統(tǒng)抑制劑[51]，并且通過(guò)由xc-系統(tǒng)抑制而導(dǎo)致的旁路半胱氨酸耗盡可以逆轉(zhuǎn)erastin誘導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄因子的變化[51,91]。從兩種細(xì)胞死亡方式在脂氧合酶、GPx4、ROS這幾方面的變化特性可以得出一個(gè)合理的假設(shè)：ferroptosis和oxytosis代表著非常相似（或甚至相同）形式的程序性細(xì)胞死亡。許多研究表明，ferroptosis和oxytosis的發(fā)生都依賴于脂氧合酶的活性，引起ROS大量產(chǎn)生并最終導(dǎo)致細(xì)胞死亡。盡管涉及的具體的脂氧合酶種類可能取決于細(xì)胞類型，但目前的數(shù)據(jù)均表明GSH的耗盡導(dǎo)致脂氧合酶的活化，繼而與PEBP1相互作用并與膜（特別是細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞器膜）結(jié)合，傳遞脂質(zhì)ROS、氧化磷脂酰乙醇胺（包括花生四烯酸或腎上腺酸），而形成細(xì)胞死亡[5,94,95]。GPx4的失活最終導(dǎo)致的結(jié)果與脂氧合酶活化相同：生物膜內(nèi)部小葉中脂質(zhì)ROS的堆積。在體外xc-系統(tǒng)抑制時(shí)，GSH耗盡導(dǎo)致脂氧合酶的活化和GPx4的失活，兩者均參與了ferroptosis和oxytosis進(jìn)程。另外，由于脂氧合酶的活化需要將其二價(jià)鐵氧化為三價(jià)鐵，因此這兩種途徑可能是相互關(guān)聯(lián)的。磷脂過(guò)氧化氫在GPx4抑制作用下的堆積，有利于脂氧合酶的活化[5,94,96]。ROS，特別是脂質(zhì)過(guò)氧化物的產(chǎn)生，是ferroptosis和oxytosis的細(xì)胞級(jí)聯(lián)式死亡中的重要步驟。不同來(lái)源的ROS對(duì)不同細(xì)胞類型的作用可能不盡相同。線粒體來(lái)源的非脂質(zhì)ROS似乎繼發(fā)于脂質(zhì)過(guò)氧化氫的產(chǎn)生，后者極有可能因脂氧合酶的活化而產(chǎn)生[97]。目前還不清楚脂氧合酶誘導(dǎo)的線粒體外膜改變是否直接誘導(dǎo)線粒體來(lái)源的非脂質(zhì)ROS的產(chǎn)生。在GPx4基因缺失的MEFs細(xì)胞和谷氨酸誘導(dǎo)oxytosis的HT22細(xì)胞中，ferroptosis抑制劑ferrostatin-1、liprox?statin-1以及1,8-tetrahydryaphthyridinol衍生物能夠通過(guò)捕獲過(guò)氧化自由基鏈而保護(hù)細(xì)胞免于死亡[98]，這些作用表明脂質(zhì)過(guò)氧化氫是ferroptosis和oxytosis細(xì)胞死亡中重要起始因素。

有研究提到維生素E家族的生育三烯酚可通過(guò)減少oxytosis，預(yù)防包括PD在內(nèi)的一些神經(jīng)退行性疾病（阿爾茨海默病、亨廷頓病等），但并未作深入的機(jī)制探討[99]。早在2007年Xu等人[100]在小鼠海馬神經(jīng)元HT-22細(xì)胞的谷氨酸毒性模型中發(fā)現(xiàn)oxytosis的產(chǎn)生，程序性壞死抑制劑necrostatin-1能通過(guò)上調(diào)GSH水平并減少活性氧物質(zhì)的產(chǎn)生而發(fā)揮細(xì)胞保護(hù)作用。2018年同樣是在HT-22細(xì)胞中，Hirata等人[101]發(fā)現(xiàn)了一種新化合物GIF-0726-r，可以防止谷氨酸誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡，包括ferroptosis和oxytosis。盡管目前還沒(méi)有確切的有關(guān)oxytosis在PD發(fā)病機(jī)制中的研究，但基于fer?roptosis和oxytosis在信號(hào)調(diào)節(jié)等方面的高度一致性，可以認(rèn)為新近探討的ferroptosis與PD發(fā)病機(jī)制的關(guān)系與oxytosis的作用差別無(wú)二。

4 中藥抗ferroptosis在PD藥物開(kāi)發(fā)方面的應(yīng)用前景

在我國(guó)，中藥具有幾千年的應(yīng)用歷史，并且大部分是安全、有效的天然藥物，含有多種活性成分。最近的研究表明發(fā)現(xiàn)黃芩素（baicalein）可抑制胰腺癌細(xì)胞中麥角菌素誘導(dǎo)的 ferroptosis，與 ferrostatin-1、liprox?statin-1、甲磺酸去鐵胺和β-巰基乙醇等f(wàn)erroptosis抑制劑相比，黃芩素具有顯著的抗ferroptosis活性。黃芩素可以抑制麥角菌素誘導(dǎo)的二價(jià)鐵生成、谷胱甘肽的消耗和脂質(zhì)過(guò)氧化，并且抑制erastin誘導(dǎo)的GPx4的降解[102]。Probst等[103]發(fā)現(xiàn)黃芩素可作為選擇性12/15-脂氧合酶抑制劑，保護(hù)RSL3誘導(dǎo)的急性淋巴細(xì)胞白血病細(xì)胞的ferroptosis。在生理?xiàng)l件下黃芩素可能是一種很強(qiáng)的鐵螯合劑，調(diào)節(jié)鐵穩(wěn)態(tài)和抑制Fenton反應(yīng)[104]。黃芩作為清熱瀉火藥，在臨床上應(yīng)用廣泛，其中黃芩素是其發(fā)揮藥效的主要物質(zhì)基礎(chǔ)，黃芩素能降低ROS、調(diào)節(jié)鐵穩(wěn)態(tài)、保護(hù)GPx4等，可以作為天然ferroptosis抑制劑使用。盡管迄今為止還沒(méi)有研究報(bào)道黃芩素通過(guò)抗ferroptosis而發(fā)揮對(duì)PD模型的治療作用，但基于目前發(fā)現(xiàn)PD模型中ferroptosis的普遍存在性，結(jié)合黃芩素在抗ferroptosis方面的比較確定的作用和機(jī)制，可以推測(cè)黃芩素在治療PD的藥物開(kāi)發(fā)方面具有可觀的潛力。此外，臨床上已經(jīng)證明能改善心力衰竭的葛根素，也被最新的研究發(fā)現(xiàn)能夠減少erastin或異丙腎上腺素處理大鼠心肌細(xì)胞H9c2的ferroptosis，給予葛根素能夠緩解鐵負(fù)荷以及脂質(zhì)過(guò)氧化[105]。以往的研究表明葛根素可通過(guò)多種途徑緩解ROS的產(chǎn)生和細(xì)胞氧化損傷，如Hsp72[106]、JNK/p38 MAPK[107]、Ca2+內(nèi)流[108]等，可能具有多種靶點(diǎn)。

Ferroptosis作為新近的熱點(diǎn)，目前有關(guān)中藥及天然產(chǎn)物的相關(guān)文章很少，對(duì)于目前已有報(bào)道的單體在fer?roptosis的調(diào)節(jié)作用的機(jī)制（如圖1）還有待于進(jìn)一步探討，以期在此基礎(chǔ)上繼續(xù)發(fā)掘具有潛在ferroptosis調(diào)節(jié)作用的中藥及活性成分。中藥及其活性成分具有調(diào)節(jié)靶點(diǎn)多、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、安全性高、廉價(jià)易得的許多優(yōu)勢(shì)，其中不乏在抗PD方面具有樂(lè)觀前景的單體。

谷氨酸（Glu）和ferroptosis誘導(dǎo)劑erastin可以抑制與谷氨酸反向轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)的xc-系統(tǒng)（System xc-）對(duì)胱氨酸（cystine）的攝取，從而導(dǎo)致谷胱甘肽（GSH）耗盡，并隨后抑制GSH依賴性的GSH過(guò)氧化物酶4（GPx4）。GPx4也可以直接被RSL3抑制。GPx4的抑制導(dǎo)致脂氧合酶（LOX）的激活，由此導(dǎo)致脂質(zhì)過(guò)氧化氫（Lipid-OOH）可能積累在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中或非常接近內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，這是產(chǎn)生活性氧（ROS）的起始步驟。黃芩素（Bai）則能上調(diào)GSH并降低二價(jià)鐵濃度；此外，黃芩素還能通過(guò)保護(hù)GPx4來(lái)抑制ferroptosis的發(fā)生。

圖1 Ferroptosis調(diào)節(jié)機(jī)制

5 結(jié)論

多巴胺能神經(jīng)元中氧化代謝活動(dòng)頻率極高，但是其細(xì)胞內(nèi)的抗氧化酶體活力低，且富含能夠催化氧化還原反應(yīng)的鐵，因而對(duì)氧化應(yīng)激特別敏感。其內(nèi)豐富的多巴胺也能夠通過(guò)酶解代謝和非酶代謝產(chǎn)生毒性極大的活性氧。盡管PD與多巴胺能神經(jīng)元損傷的病理特征非常明顯，但是其機(jī)制仍尚不清楚。Ferroptosis作為一種新被發(fā)現(xiàn)不依賴caspase激活而依賴于細(xì)胞內(nèi)鐵的細(xì)胞死亡機(jī)制，其在PD中的作用研究才剛剛開(kāi)始。GSH的耗竭會(huì)誘導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)不穩(wěn)定游離鐵離子的增加，而游離的鐵離子則能夠通過(guò)Fenton反應(yīng)增加細(xì)胞內(nèi)的脂質(zhì)過(guò)氧化產(chǎn)物。這些ferroptosis的特征在PD的病理進(jìn)程中都有發(fā)現(xiàn)，其中包括中腦黑質(zhì)神經(jīng)元內(nèi)游離鐵的含量升高、脂質(zhì)過(guò)氧化物生成、和ROS的堆積[109]。同時(shí)，應(yīng)用能夠抑制ferroptosis的藥物也體現(xiàn)出了在PD治療中的潛能，NAC和GSH合成酶的前體物，能夠有效的抑制PD模型小鼠中的神經(jīng)退行性病變，并在PD患者的早期臨床治療中恢復(fù)和改善運(yùn)動(dòng)能力[84]。鐵螯合劑也被證明了能夠改善動(dòng)作PD模型動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)能力，并進(jìn)入了II期臨床試驗(yàn)[83]。最新的研究表明，ferroptosis特異性的抑制劑ferrostatin-1能夠有效的減少M(fèi)PTP模型小鼠中多巴胺能神經(jīng)元的缺失[60]。以上的研究都顯示了ferroptosis可能作為一個(gè)重要的機(jī)制參與到PD病理進(jìn)程中。與此同時(shí)，證據(jù)顯示ferropto?sis與三十年前在多種神經(jīng)細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)的oxytosis在信號(hào)調(diào)節(jié)等方面具有高度相似性，它們可能是同種非凋亡程序性細(xì)胞死亡的不同名稱。闡明ferroptosis/oxyto?sis死亡方式及其機(jī)制可能為抗PD藥物的研發(fā)提供重要的理論依據(jù)。