鐵死亡在心血管疾病中的研究進(jìn)展

劉力恒 王艷瀅 焦 磊 張 瑩

哈爾濱醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院藥理學(xué)教研室，黑龍江哈爾濱 150081

心血管疾病是一種包括了各種與心臟和血管等血液循環(huán)系統(tǒng)相關(guān)的疾病，以糖尿病、高血壓、高脂血癥和吸煙及不健康飲食等為其主要危險(xiǎn)因子。據(jù)流行病學(xué)統(tǒng)計(jì)我國(guó)現(xiàn)存心血管病患者3.30 億人，而且有數(shù)據(jù)表明2017 年我國(guó)心血管病死亡率仍居首位高于腫瘤等高發(fā)疾病[1]。因此心血管疾病是一類對(duì)人類健康危害日益增加的疾病。心血管疾病的發(fā)生發(fā)展過(guò)程常包括氧化應(yīng)激的炎癥反應(yīng)[2]，脂質(zhì)能量代謝紊亂，線粒體損傷和鐵（特別是二價(jià)鐵）超載導(dǎo)致細(xì)胞死亡等。其中鐵死亡相關(guān)的研究日益深入，現(xiàn)對(duì)鐵死亡在心血管疾病中的調(diào)控機(jī)制進(jìn)行綜述。

1 鐵死亡

鐵是人體必需的礦物質(zhì)，人體含有2～5 g 的總鐵，其中大部分位于細(xì)胞內(nèi)，并可以參與機(jī)體各種生理過(guò)程[3]。鐵死亡這一現(xiàn)象在2003 年首次報(bào)道，于2012 年提出這一概念，其描述了一種新的細(xì)胞死亡調(diào)節(jié)形式——鐵離子依賴型，該死亡由脂質(zhì)過(guò)氧化引起的活性氧的大量堆積導(dǎo)致[4-5]。鐵死亡在細(xì)胞形態(tài)學(xué)、分子生物學(xué)等多方面的病理學(xué)改變與壞死、凋亡和自噬不同[5]。在形態(tài)學(xué)上表現(xiàn)為線粒體縮小、胞質(zhì)和細(xì)胞器腫脹、質(zhì)膜破裂，形成雙膜囊泡等。在分子生物學(xué)方面，鐵死亡表現(xiàn)為谷胱甘肽過(guò)氧化物酶4（glutathione peroxidase，GPX4）水平顯著降低，谷氨酸-胱氨酸反向轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)（XC-）活性降低及表達(dá)抑制等[6]。鐵死亡發(fā)生機(jī)制主要包括氨基酸抗氧化系統(tǒng)的失衡與破壞[7]、膜脂質(zhì)過(guò)氧化形成脂質(zhì)氫過(guò)氧化物[8]；鐵離子代謝紊亂及正反饋調(diào)節(jié)參與鐵死亡的發(fā)生等[9]。

2 鐵死亡與心血管疾病

心血管疾病通常起病隱匿，發(fā)病后進(jìn)展過(guò)程漫長(zhǎng)，常以血管異常為起始表現(xiàn)，心力衰竭（heart failure，HF）為其最終表現(xiàn)。臨床常見(jiàn)的心血管疾病主要包括動(dòng)脈粥樣硬化、心肌梗死（myocardial infarction，MI）、HF、心律失常等。鐵死亡在心血管疾病的發(fā)生發(fā)展中起著非常重要的作用。

2.1 鐵死亡與動(dòng)脈粥樣硬化

動(dòng)脈粥樣硬化的特征為動(dòng)脈壁內(nèi)皮下區(qū)富含脂質(zhì)的巨噬細(xì)胞聚集，富含脂質(zhì)的細(xì)胞會(huì)促進(jìn)動(dòng)脈壁的炎癥反應(yīng)，并導(dǎo)致多種致命的病理后果[10-12]。鐵離子在動(dòng)脈粥樣硬化斑塊中積聚，同時(shí)斑塊內(nèi)出血（intraplaque hemorrhage，IPH）的發(fā)生可促進(jìn)動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的快速發(fā)展，并導(dǎo)致嚴(yán)重心血管事件。Li 等[13]研究發(fā)現(xiàn)鐵調(diào)素水平在出血性斑塊中顯著升高，這與巨噬細(xì)胞中鐵刺激IL-6/STAT3 通路激活相關(guān)，抑制IL-6/STAT3 通路是降低鐵調(diào)素表達(dá)并進(jìn)一步穩(wěn)定出血性斑塊的一種潛在策略。Xiao 等[14]發(fā)現(xiàn)脂多糖加劇了動(dòng)脈粥樣硬化斑塊中氧化修飾低密度脂蛋白（oxidized low-densitey lipoproteins，ox-LDL）誘導(dǎo)的鐵蓄積，而斑塊中沉積的鐵可促進(jìn)ox-LDL 觸發(fā)TLR4/NF-κB途徑激活，進(jìn)而促進(jìn)了泡沫細(xì)胞形成，這種鐵離子與膽固醇水平的變化會(huì)導(dǎo)致復(fù)雜的惡性循環(huán)。以上研究表明，鐵死亡與動(dòng)脈粥樣硬化密切相關(guān)，鐵死亡的發(fā)生會(huì)參與動(dòng)脈粥樣硬化形成的多個(gè)過(guò)程，在今后的研究中可以將鐵調(diào)素作為動(dòng)脈粥樣硬化治療的靶點(diǎn)。

2.2 鐵死亡與MI

MI 近年來(lái)發(fā)病率快速上升，急性心肌梗死表現(xiàn)出極高的死亡率，其可導(dǎo)致心肌細(xì)胞死亡，心室重構(gòu)等。GPX4 是細(xì)胞中通過(guò)去除脂質(zhì)過(guò)氧化物進(jìn)而保護(hù)細(xì)胞避免鐵死亡發(fā)生的核心酶。Park 等[15]發(fā)現(xiàn)，GPX4 的蛋白表達(dá)水平和mRNA 表達(dá)水平在MI 的早期和中期均顯著降低，而蛋白表達(dá)在晚期顯著升高，這會(huì)導(dǎo)致MI 期間心肌細(xì)胞脂質(zhì)活性氧（reactive oxygen species，ROS）的積累，并導(dǎo)致一段時(shí)間后鐵死亡的發(fā)生。Song等[16]研究發(fā)現(xiàn)來(lái)源于人臍帶血中間充質(zhì)干細(xì)胞（human umbilical cord blood mesenchymal stem cells，HUCBMSC）的外泌體可以抑制MI 模型鼠心肌細(xì)胞鐵死亡發(fā)生并減少心肌損傷，而當(dāng)miR-23a-3p 敲除后，該保護(hù)作用消失。Song 等[16]研究還發(fā)現(xiàn)二價(jià)金屬轉(zhuǎn)運(yùn)體1（divalent metal transporter1，DMT1）是miR-23a-3p 的靶基因，因此提出HUCB-MSC-外泌體可能通過(guò)miR-23a-3p 抑制DMT1 表達(dá)，抑制鐵死亡發(fā)生，減輕心肌損傷。自噬是細(xì)胞通過(guò)對(duì)自身的降解以實(shí)現(xiàn)細(xì)胞本身的代謝需要和某些細(xì)胞器的更新，與鐵死亡同為細(xì)胞內(nèi)的一種程序性死亡方式。Tang 等[17]發(fā)現(xiàn)，ATG5作為miR-30d 的一種下游靶基因，使用慢病毒AGT5（LV-shATG5）轉(zhuǎn)染H9C2 細(xì)胞使miR-30d 過(guò)表達(dá)可抑制自噬，可上調(diào)重組人鐵蛋白重鏈與GPX4 的表達(dá)水平，增加GPX4 活性，這表明MI 后自噬的抑制可能改善H9C2 細(xì)胞鐵死亡。以上研究表明，MI 發(fā)生過(guò)程中，鐵死亡發(fā)生標(biāo)志物可明顯檢測(cè)，而且鐵死亡的抑制可減少心肌損傷，暗示鐵死亡可作為MI 的治療潛在靶標(biāo)。同時(shí)發(fā)現(xiàn)鐵死亡可與自噬等其他程序性死亡相偶聯(lián)，其潛在機(jī)制有待探索。因此探究鐵死亡的發(fā)生機(jī)制有望成為緩解MI 的有效手段，可能為臨床治療帶來(lái)新的方向。

2.3 鐵死亡與缺血/再灌注損傷

外科體外循環(huán)、斷肢再植和器官移植等多種治療手段均可引起組織缺血，而在此基礎(chǔ)上的血流恢復(fù)可能使組織發(fā)生缺血/再灌注（ischemia/reperfusion，I/R）損傷。Gao 等[18]發(fā)現(xiàn)鐵死亡是I/R 損傷發(fā)病機(jī)制的關(guān)鍵，鐵離子螯合劑去鐵胺保護(hù)心臟免受離體I/R 損傷。Toll 樣受體4（toll like receptor 4，TLR4）和β 干擾素TIR 結(jié)構(gòu)域銜接蛋白（TRIF）與體內(nèi)免疫系統(tǒng)密切相關(guān)[19-20]。Li 等[21]發(fā)現(xiàn)在心臟移植和I/R 模型中，心肌細(xì)胞會(huì)發(fā)生鐵死亡，ferrostatin-1（一種鐵死亡抑制劑）可以阻止心肌細(xì)胞的死亡。在移植模型中，ferrostatin-1降低了介導(dǎo)鐵死亡發(fā)生的中介物過(guò)氧化氫-花生四烯酸-磷脂酰乙醇胺的水平進(jìn)而減少了心肌細(xì)胞和心肌成纖維細(xì)胞的死亡。同時(shí)鐵死亡的發(fā)生則可通過(guò)TLR4/TRIF/IFN-1 信號(hào)通路特異性地在冠狀動(dòng)脈內(nèi)皮細(xì)胞中促進(jìn)中性粒細(xì)胞的黏附募集，加重心臟損傷。雷帕霉素是一種哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白復(fù)合物1 抑制劑，其主要減少TfR1 的表達(dá)水平，并且降低細(xì)胞鐵水平，激活鐵調(diào)節(jié)蛋白-1/2 系統(tǒng)和補(bǔ)償性下調(diào)鐵轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白以恢復(fù)鐵平衡[22]。Baba 等[23]研究報(bào)道心臟mTOR 過(guò)表達(dá)會(huì)減弱鐵誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡和肥大癥的過(guò)度死亡，并伴有ROS 生成的減少。由上可見(jiàn)，鐵死亡可誘導(dǎo)I/R 損傷中心肌細(xì)胞的損傷同時(shí)促進(jìn)免疫以及炎癥反應(yīng)的發(fā)生，因此有效地控制鐵死亡的發(fā)生將有望提高臨床治療的成功率。同時(shí)隨著對(duì)鐵死亡與I/R 聯(lián)系的進(jìn)一步闡明，可為臨床治療提供完整的理論支持并有助于完善治療手段。

2.4 鐵死亡與HF

HF 通常由心臟結(jié)構(gòu)和/或功能異常引起，鐵死亡在HF 期間起到了關(guān)鍵作用。Liu 等[24]發(fā)現(xiàn)葛根素可通過(guò)降低ROS、NADPH 氧化酶4（NOX4）的表達(dá)水平及誘導(dǎo)重組人鐵蛋白重鏈和GPX4 的生成來(lái)抑制異丙腎上腺素處理的體外H9C2 細(xì)胞和HF 大鼠心肌中的鐵死亡過(guò)程，并改善HF 大鼠的心臟功能。Chen 等[25]研究發(fā)現(xiàn)在HF 大鼠中慢病毒遞質(zhì)siRNA 敲除心肌TLR4 或NOX4 均可顯著改善左心室重構(gòu)，減少心肌細(xì)胞死亡。二者的敲除均顯著抑制HF 大鼠激活的自噬和鐵死亡，表明TLR4-NOX4 可通過(guò)抑制自噬和鐵死亡發(fā)生改善細(xì)胞死亡，具有成為HF 的潛在治療靶點(diǎn)。Fang 等[26]發(fā)現(xiàn)阿霉素（Doxorubicin，DOX）可導(dǎo)致心臟血紅素降解并增加心臟中的游離鐵，并且研究發(fā)現(xiàn)鐵死亡可通過(guò)Nrf2/Hmox1 途徑參與DOX 誘發(fā)的心臟鐵毒性和I/R 介導(dǎo)的HF。心力衰竭對(duì)人類的危害日益可見(jiàn)，盡管已有多項(xiàng)研究證明鐵死亡在HF 中發(fā)揮重要作用，但其發(fā)生的具體機(jī)制仍不明確，因此深入了解其機(jī)制將為HF 的治療提供新的思路。

2.5 鐵死亡與糖尿病心肌?。╠iabetic cardiomyopathy，DCM）

糖尿病后期可引起多種嚴(yán)重的并發(fā)癥，其中DCM 是一個(gè)重要致死原因。其定義為，在沒(méi)有其他心臟病危險(xiǎn)因素（如糖尿病患者的冠心病、高血壓和重大瓣膜病）的情況下，存在異常的心肌結(jié)構(gòu)和功能[27]。Das 等[28]研究表明白藜蘆醇（resveratrol，RSV）治療可以逆轉(zhuǎn)鐵超載引起的心肌病小鼠心臟內(nèi)由SIRT1 水平降低引起的核內(nèi)FOXO1 乙?；皆黾?，并且RSV可以改善鐵離子過(guò)載引起的心肌細(xì)胞纖維化。研究發(fā)現(xiàn)鐵離子螯合劑可以干擾鐵死亡過(guò)程，Zou 等[29]發(fā)現(xiàn)，鐵離子螯合劑去鐵酮通過(guò)干擾炎癥信號(hào)通路降低DCM大鼠心肌細(xì)胞內(nèi)的高水平表達(dá)的NF-κB 和COX2，保護(hù)DCM。同時(shí)，去鐵酮治療對(duì)DCM 大鼠的肌腱蛋白C 和膠原Ⅳ的表達(dá)具有明顯的抑制作用，可以降低心肌纖維化的水平，這反向證明了鐵離子可能對(duì)DCM 的發(fā)生有促進(jìn)作用。以上研究表明，鐵離子抑制劑可緩解DCM 中心肌細(xì)胞的損傷，因此鐵死亡可能在一定程度上與DCM的形成有關(guān)，但確切的機(jī)制尚不清楚，在今后的研究中可以將改善心肌細(xì)胞損傷作為治療DCM 的新手段。

3 小結(jié)

鐵死亡作為一種存在于多種疾病的病理過(guò)程中新發(fā)現(xiàn)的細(xì)胞程序性死亡方式，在不同的疾病中充當(dāng)不同的角色，鐵死亡在腫瘤治療中扮演抑制其生長(zhǎng)，增加抗腫瘤藥物的活性的角色，而對(duì)于心血管疾病，鐵死亡直接參與其發(fā)生與發(fā)展?？偟膩?lái)說(shuō)，鐵死亡是一種重要的細(xì)胞調(diào)節(jié)方式，因此，深入研究鐵死亡機(jī)制將為心血管疾病的預(yù)防和治療帶來(lái)新的光明。

目前對(duì)于鐵死亡的研究尚處于初級(jí)階段，近年來(lái)鐵死亡的影響引起研究者的廣泛關(guān)注，已有大量研究被報(bào)道，但仍有許多問(wèn)題有亟待解決。首先是對(duì)于鐵死亡機(jī)制的探究，鐵死亡參與大量代謝途徑及信號(hào)通路，但總體上依舊難以明確其具體準(zhǔn)確的機(jī)制或是多種機(jī)制之間的相互協(xié)調(diào)方式，如鐵死亡與自噬的相互作用機(jī)制；其次是作用于細(xì)胞鐵死亡過(guò)程的藥物的開(kāi)發(fā)，目前在腫瘤治療方面已有了一定的研究[30-31]，但其他領(lǐng)域的研究則較少。因此，探究鐵死亡的發(fā)生機(jī)制將為臨床的診斷和預(yù)防提供更充分的依據(jù)。