鐵死亡調(diào)控機制與非酒精性脂肪性肝病

杜岑 都健

中國醫(yī)科大學附屬第四醫(yī)院第一內(nèi)分泌代謝內(nèi)科 110000

在既往認知中，細胞死亡的方式可分為兩種：凋亡和壞死。但隨著研究的不斷深入，這兩種死亡途徑已經(jīng)無法解釋所有的生命現(xiàn)象。許多其他細胞死亡方式被陸續(xù)發(fā)現(xiàn)，如細胞焦亡、自噬、鐵死亡等。其中，鐵死亡因涉及脂質(zhì)活性氧簇堆積，對腫瘤、神經(jīng)退行性病變和內(nèi)分泌疾病具有重要影響而被廣泛研究。鐵死亡與許多內(nèi)分泌疾病如非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)在發(fā)病機制上存在某些相似之處，但目前關(guān)于鐵死亡影響NAFLD的研究尚不深入，本文就鐵死亡對NAFLD的影響作一綜述，以期為后續(xù)的治療提供更多幫助。

1 鐵死亡的概念與特點

2012年，Dixon等首次提出了鐵死亡這種新的細胞死亡形式。這種死亡方式會抑制胱氨酸的輸入，導致谷胱甘肽損耗和谷胱甘肽過氧化物酶失活[1]。鐵死亡形式無論從形態(tài)、調(diào)控機制上都與既往其他細胞死亡形式截然不同。從形態(tài)學上，鐵死亡表現(xiàn)為細胞膜突起、線粒體變小、細胞核染色質(zhì)凝聚消失等特點。從調(diào)控機制上來說，鐵代謝失衡和脂質(zhì)過氧化是鐵死亡發(fā)生的核心步驟[2]。作為一種鐵依賴的死亡方式，鐵在鐵死亡的發(fā)生中起到了至關(guān)重要的作用，已有文獻表明鐵螯合劑能明顯抑制鐵死亡的發(fā)生。同時，鐵代謝失衡可能誘發(fā)脂質(zhì)過氧化和活性氧簇堆積，從另一方面觸發(fā)鐵死亡的發(fā)生。目前鐵死亡的所有機制均涉及活性氧簇，活性氧簇的積聚是由芬頓反應、煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸依賴性脂質(zhì)過氧化和谷胱甘肽耗竭共同觸發(fā)[3]。作為一種氧化型的非典型細胞死亡方式，鐵死亡可能通過活性氧簇的增多，誘發(fā)細胞死亡，從而影響疾病的發(fā)生。

2 鐵死亡的調(diào)控機制在NAFLD中的作用

2.1 脂質(zhì)過氧化對NAFLD的影響 鐵死亡最早由小分子物質(zhì)erastin刺激RAS突變細胞后發(fā)現(xiàn)。其后研究發(fā)現(xiàn)，致死性的脂質(zhì)過氧化是導致鐵死亡發(fā)生的原因之一[4]。脂質(zhì)廣泛存在于生物膜和脂蛋白中，當發(fā)生脂質(zhì)過氧化時，這些成分都會成為過氧化反應發(fā)生的靶點。過多活性氧簇的產(chǎn)生會導致氧化應激的發(fā)生。這種氧化應激造成的脂質(zhì)過氧化也在NAFLD的形成中擔任了重要角色[5]。

2.2 鐵過載對NAFLD的影響 不僅脂代謝異常參與了NAFLD的發(fā)生，鐵穩(wěn)態(tài)的失衡也能夠影響NAFLD的發(fā)生。由于鐵具有兩種不同價態(tài)，因此鐵在體內(nèi)具有參與氧化還原反應的能力，這種能力也使鐵能夠產(chǎn)生氧化自由基。鐵超載將通過產(chǎn)生活性氧簇，誘導氧化應激。肝臟是鐵重要的儲存場所之一，人體約有四分之一的鐵貯存在肝臟的鐵蛋白中。越來越多的證據(jù)表明，與正常肝臟相比，病變肝臟中的鐵與活性氧簇含量升高，提示鐵死亡可能與肝臟疾病存在一定聯(lián)系[6]。

Yang等[7]針對鐵與NAFLD的流行率進行了一項橫斷面研究，該研究納入了5 445名試驗對象，通過半定量食物頻率問卷得到試驗對象從飲食中攝入的鐵含量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，飲食中鐵的攝入量與NAFLD的發(fā)生率成正比。Pan等[8]針對中國人體內(nèi)的鐵貯存量與發(fā)生NAFLD的風險進行研究發(fā)現(xiàn)，血清鐵蛋白量的升高與NAFLD的風險升高明顯相關(guān)(校正OR=1.619, 95%CI: 1.158～2.267)。Rostoker等[9]應用核磁共振分析對68例透析患者的肝鐵濃度和肝質(zhì)子密度脂肪分數(shù)(PDFF)進行前瞻性分析。對其中17例透析患者在鐵治療期間進行了肝鐵濃度和PDFF的隨訪。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，中度或重度鐵超載患者的脂肪含量[PDFF: 7.9%(0.5%～14.8%)]高于正?；颊遊PDFF: 5%(0.27%～11%)]或輕度鐵超載患者[PDFF: 5% (0.30%～11.6%),P<0.05]。在7例接受鐵治療的患者中，肝鐵濃度和PDFF同時升高(PDFF:初始為2.5%，最終為8%，P<0.05)，表明肝鐵負荷影響透析患者的肝脂肪含量。鐵治療引起的鐵超載可能加重或觸發(fā)透析患者NAFLD的發(fā)生。

胰島素抵抗是NAFLD形成的重要機制[10]。研究發(fā)現(xiàn)，過量的鐵聚集會影響胰島素的合成與分泌，同時會干擾胰島素受體，形成胰島素抵抗。胰島β細胞因其能高表達二價鐵離子轉(zhuǎn)運體，對鐵離子有著高度敏感性，且胰島β細胞能表達鐵調(diào)素，使鐵過載得到緩解。但過多的鐵離子會通過氧化應激和損傷線粒體功能，損害胰島β細胞功能并且通過損傷肝臟細胞，導致胰島素抵抗[11-12]。鐵不僅能夠影響胰島β細胞的功能，還能通過影響脂肪因子的分泌，發(fā)生胰島素抵抗。脂聯(lián)素是脂肪組織分泌的一種脂肪因子，研究發(fā)現(xiàn)脂聯(lián)素的減少是胰島素抵抗的原因之一[13]。而鐵元素可以通過多種途徑影響脂聯(lián)素的分泌：(1)通過影響叉頭轉(zhuǎn)錄因子-1(FOXO-1)調(diào)控脂聯(lián)素。鐵通過FOXO-1負調(diào)控脂聯(lián)素，使脂聯(lián)素分泌減少。(2)鐵可以通過影響骨鈣素的表達，調(diào)控脂聯(lián)素的分泌[14]。骨鈣素是由成骨細胞合成和分泌的一種非膠原骨蛋白，可以增加脂肪組織分泌脂聯(lián)素。(3)鐵還可以通過影響腫瘤壞死因子、白細胞介素(IL)-6、IL-1β等炎性因子的分泌，抑制脂聯(lián)素的表達。

上述證據(jù)表明，鐵代謝和脂質(zhì)過氧化作為鐵死亡的核心環(huán)節(jié)均能影響NAFLD的發(fā)生、發(fā)展，而NAFLD的發(fā)病機制也與鐵死亡的關(guān)鍵步驟有所重疊，二者相互關(guān)聯(lián)。

3 鐵死亡對NAFLD的影響

NAFLD是導致慢性肝病的最常見原因，是肥胖在肝臟的表現(xiàn)形式。目前NAFLD的發(fā)病機制尚不明確,主要以“二次打擊”假說為主。“第一次打擊”為胰島素抵抗造成的肝臟脂肪堆積；“第二次打擊”為線粒體功能障礙、炎性細胞因子、脂質(zhì)過氧化和氧化應激的相互作用,導致肝細胞損傷、炎性反應和纖維化[15]。該病的疾病譜包括非酒精性脂肪性肝病、非酒精性脂肪性肝炎(NASH)、肝硬化和肝細胞癌。其中以NASH的發(fā)病率最高。

近期日本研究者Tsurusaki等[16]發(fā)現(xiàn)鐵死亡是導致單純性脂肪肝發(fā)展為NASH的誘因。對小鼠投喂添加了乙硫氨酸但缺乏膽堿的食物，短時間內(nèi)模型小鼠會發(fā)生脂肪肝并發(fā)展成肝炎，鐵死亡則是在這個過程中最早發(fā)現(xiàn)的細胞死亡方式。另外，抑制鐵死亡幾乎可以完全阻止肝炎的發(fā)生。該研究結(jié)果首次闡明了鐵死亡與NASH之間的關(guān)聯(lián)。鐵死亡作為導致脂肪性肝炎的誘因，能夠?qū)е赂螕p傷、免疫細胞滲透和炎性反應，這為治療NASH提供了新的治療靶點。

肝纖維化是一個復雜的病理生理過程，是多種慢性肝病的中間環(huán)節(jié)。肝星狀細胞的活化是肝纖維化發(fā)展進程中的關(guān)鍵一步。對于肝纖維化晚期的患者，肝移植是目前唯一有效的臨床治療方法，然而供體短缺和移植后續(xù)風險使得肝纖維化患者治療受限，因此，尋找新的治療策略迫在眉睫。鐵死亡這種新的細胞死亡，伴有谷胱甘肽過氧化物酶失活和谷胱甘肽缺失，因此可以以阻斷胱氨酸/谷氨酸反轉(zhuǎn)運系統(tǒng)、抑制谷氨酸-半胱氨酸連接酶、抑制芬頓反應、促進細胞內(nèi)鐵螯合為突破口來觸發(fā)鐵死亡，進一步影響肝纖維化的進程[17]。

鐵死亡可直接影響NASH及肝纖維化的發(fā)生，而參與鐵死亡進程的某些關(guān)鍵蛋白及酶也與NAFLD的發(fā)生、發(fā)展存在一定的聯(lián)系。胱氨酸/谷氨酸轉(zhuǎn)運蛋白(SLC7A11)是溶質(zhì)載體家族中的一種氨基酸轉(zhuǎn)運蛋白，在肝組織中廣泛表達，參與半胱氨酸、谷氨酸在質(zhì)膜上的轉(zhuǎn)運。有研究表明，SLC7A11通過參與谷胱甘肽的生物合成，防止脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物過度累積來抑制細胞鐵死亡的發(fā)生。Birerdinc等[18]發(fā)現(xiàn)SLC7A11 DNA甲基化與肝纖維化風險相關(guān)，在肝癌細胞中SLC7A11表達升高，并且與脂代謝相關(guān)基因表達相關(guān)。這項研究揭示了SLC7A11在NAFLD中的重要作用，并為NAFLD提供了鐵死亡這一潛在機制。另一種與鐵死亡相關(guān)的酶——?；o酶A合成酶長鏈家族成員4(ACSL4)，是一種細胞內(nèi)調(diào)節(jié)花生四烯酸水平的重要酶，能影響多不飽和脂肪酸的跨膜及磷脂酰乙醇胺的合成，降低其表達可減少脂質(zhì)過氧化底物積聚從而抑制鐵死亡的發(fā)生[19]。曾有研究表明，在非裔美國NAFLD或NASH患者中，ACSL4表達升高[20]。ACSL4低甲基化可能是NASH發(fā)生的危險因素[21]。

既往研究證實了NAFLD與肥胖密切相關(guān)，而鐵死亡機制可能通過影響肥胖進一步影響NAFLD的發(fā)生。研究發(fā)現(xiàn)，鐵螯合劑具有治療肥胖的潛力。根據(jù)結(jié)合鐵方式的不同，鐵螯合劑可以分為3種，其代表物質(zhì)分別為：去鐵胺、去鐵酮和地拉羅司[22]。Yan等[23]對肥胖小鼠進行去鐵胺治療后，小鼠體內(nèi)的解耦聯(lián)蛋白-1、過氧化物酶體增殖物活化受體γ、過氧化物酶體增殖物活化受體γ協(xié)同刺激因子1α含量增加，附睪脂肪組織的線粒體生物活性增加，并可通過p38絲裂原活化蛋白激酶-缺氧誘導因子1α通路使局部炎性反應減弱。去鐵胺通過減少NADPH氧化酶的活性和超氧化物的產(chǎn)生進而減少氧化應激，同時減少腫瘤壞死因子α、 IL-1β、 IL-6等炎性因子，從而抑制炎性反應。這種鐵螯合劑還能夠減少人體脂肪細胞生脂基因的表達，同時降低線粒體生物合成相關(guān)基因的表達，從而達到治療肥胖的效果[24]。Ma等[25]以多基因肥胖小鼠為實驗模型，發(fā)現(xiàn)高鐵濃度與小鼠脂肪組織重塑相關(guān)，并伴隨局部脂肪組織胰島素抵抗。通過對鐵死亡的抑制來改善肥胖和胰島素抵抗，勢必能對NAFLD的改善產(chǎn)生積極作用。

4 總結(jié)與展望

從提出鐵死亡的概念至今已有7年的時間，作為一種新發(fā)現(xiàn)的細胞死亡方式，鐵死亡在多種疾病的發(fā)病機制及過程中均有體現(xiàn)。目前就NAFLD而言，鐵死亡的核心步驟參與了NAFLD、NASH的發(fā)生。但對鐵死亡的認識仍存在許多未知領(lǐng)域，例如鐵死亡如何參與NAFLD的發(fā)生、發(fā)展，鐵死亡受到何種因素的調(diào)節(jié)以及如何抑制鐵死亡的發(fā)生都值得研究者進行更深入的探究。