鐵死亡與生殖系統(tǒng)疾病研究進(jìn)展

劉麗學(xué)，范春梅，侯石磊，武艾寧，托 婭＊

（1.內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院生殖醫(yī)學(xué)中心，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010050；2.內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué) 臨床醫(yī)學(xué)院）

1 鐵死亡相關(guān)概念

2012年，Dixon等[1]首次發(fā)現(xiàn)鐵死亡（ferroptosis），鐵死亡是一種新的自噬依賴性細(xì)胞死亡形式[2]，它被認(rèn)為是對抗廣泛脂質(zhì)過氧化的防御機(jī)制。脂質(zhì)過氧化是一個復(fù)雜的過程，可能破壞細(xì)胞膜的完整性，最終導(dǎo)致細(xì)胞毒性損傷。鐵死亡受鐵、活性氧和多不飽和脂肪酸的控制，是一種與鐵密切相關(guān)的細(xì)胞死亡形式。鐵死亡在分子、形態(tài)、發(fā)生上與既往認(rèn)為的自噬和細(xì)胞凋亡等其他細(xì)胞死亡形式不同。許多研究發(fā)現(xiàn)，鐵死亡參與多種疾病的發(fā)生發(fā)展，例如神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病、慢性心血管疾病、腫瘤、泌尿系統(tǒng)腎疾病、空腸疾病等[3～5]，最新研究熱點在于呼吸系統(tǒng)疾病[5]。但在生殖系統(tǒng)[6]的研究較少，也不全面。也有人認(rèn)為鐵死亡與炎癥有關(guān)系，鐵死亡參與了對乙酰氨基酚誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡，介導(dǎo)炎癥發(fā)生，能被淋巴系統(tǒng)免疫所抑制，從而使細(xì)胞死亡，說明鐵死亡與炎癥之間有一定關(guān)系[7，8]。與此同時，現(xiàn)已鑒定出鐵減少癥的一些小分子抑制劑，包括自由基捕獲抗氧化劑（ferrostatin-1，F(xiàn)er-1）和liproxstatin-1，可以阻斷腦、腎和其他組織中的病理性細(xì)胞死亡事件。在Li等研究中，鐵死亡抑制劑可以抑制放射引起的放射性肺炎而導(dǎo)致的肺纖維化，說明鐵死亡的發(fā)生與鐵離子有密切關(guān)系[9]。

2 鐵代謝與鐵死亡

鐵如何促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)鐵死亡尚不清楚。盡管不能正式排除鐵的氧化還原獨立作用，但鐵螯合劑阻止鐵死亡最明顯的方式是阻止鐵將電子提供給氧形成脂質(zhì)活性氧（reactive oxygen species，ROS）。不同類別的鐵螯合劑有不同的作用方式，親脂性鐵螯合劑可以穿過質(zhì)膜并螯合細(xì)胞內(nèi)游離的“氧化還原活性”鐵池[10]，這可以通過阻止鐵池催化，分別引發(fā)或傳播氧化性多不飽和脂肪酸（polyunsaturated fatty acid，PUFA）片段的可溶性或脂質(zhì)自由基的形成來阻止鐵死亡[11]。親脂性鐵螯合劑可替代地或并行地直接滅活促進(jìn)膜脂質(zhì)氧化的含鐵酶。在這方面，脂氧合酶（lipoxygenase，LOX）家族是介導(dǎo)鐵依賴性L-ROS形成的重要組成部分。鐵依賴性LOX酶催化PUFA（如AA）的位點特異性氧化，并由親脂性鐵螯合劑使其直接失活。小分子LOX抑制劑可阻止由于谷胱甘肽（glutathione，GSH）耗盡或谷胱甘肽過氧化物酶4（glutathione peroxidase4，GPX4）缺失引起的細(xì)胞死亡；其他鐵依賴性酶，包括鐵和2-氧戊二酸依賴性雙加氧酶脯氨酰4-羥化酶同工型1（prolyl hydroxylase，PHD1），也可能是鐵螯合劑作用的相關(guān)靶標(biāo)，以預(yù)防GSH耗竭誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡。

3 鐵死亡發(fā)生機(jī)制

調(diào)節(jié)性細(xì)胞死亡（regulated cell death，RCD）調(diào)節(jié)機(jī)體發(fā)育和維持體內(nèi)外平衡。RCD可以通過凋亡或幾種非凋亡之一進(jìn)行細(xì)胞死亡途徑，包括鐵離子介導(dǎo)的鐵死亡過程。鐵死亡是由GPX4失活引起的GSH依賴性抗氧化劑防御，F(xiàn)e2+濃度超載，GPX4的失活，L-ROS積累，造成細(xì)胞膜脂質(zhì)過氧化，從而造成細(xì)胞的死亡[12]。分子抗氧化劑，例如Fer-1，相關(guān)研究表明脂質(zhì)ROS介導(dǎo)的損害對于鐵死亡至關(guān)重要。因此，探討鐵死亡參與的細(xì)胞死亡機(jī)制有重要意義。

3.1 造成GPX4失活的主要原因有以下兩種

3.1.1 鐵死亡與脂質(zhì)過氧化的關(guān)系 抑制胱氨酸谷氨酸轉(zhuǎn)運受體System XC-是以Na+依賴性方式起作用的胱氨酸-谷氨酸交換轉(zhuǎn)運蛋白。它是一種二硫鍵連接的異二聚體，包含重鏈亞基（CD98hc，SLC3A2）和輕鏈亞基（xCT，SLC7A11）。System XC-導(dǎo)入細(xì)胞外的胱氨酸，然后將其轉(zhuǎn)化為用于GSH合成的半胱氨酸，而將細(xì)胞內(nèi)的谷氨酸從細(xì)胞中轉(zhuǎn)移出來。通過利用GSH作為輔助因子，GPX4作為細(xì)胞抗磷脂過氧化物的重要抗氧化劑。因此，System XC-抑制將導(dǎo)致GSH耗竭并間接滅活GPX4，導(dǎo)致有毒ROS積累并繼而引起鐵死亡。對System XC-的抑制會導(dǎo)致SLC7AI1的代償性轉(zhuǎn)錄上調(diào)[13]，而在高效的鐵死亡誘導(dǎo)劑Erastin和柳氮磺胺吡啶誘導(dǎo)的鐵死亡中，確實發(fā)現(xiàn)了SLC7A11的上調(diào)胱氨酸/谷氨酸逆轉(zhuǎn)運蛋白，會引起上述反應(yīng)。Erastin是一種鐵死亡誘導(dǎo)劑，通過抑制System XC-[14]，阻礙胱氨酸吸收的方式，降低了谷胱甘肽的含量，從而導(dǎo)致鐵死亡。通過抑制谷氨酸-半胱氨酸連接酶（glutamate-cysteine ligase，GCL）直接抑制GSH的合成也可以誘發(fā)鐵死亡。

3.1.2 鐵死亡誘導(dǎo)劑直接抑制GPX4的酶促活性除了GSH介導(dǎo)的途徑外，還有一種獨特的機(jī)制可以引發(fā)鐵死亡，其涉及鐵的氧化和FINO2對GPX4活性的抑制，從而間接導(dǎo)致GSH的消耗，其中GPX4是鐵死亡中的關(guān)鍵因素。FINO2含有內(nèi)過氧化物的1，2-二氧戊環(huán)，可以在癌細(xì)胞中選擇性地引發(fā)鐵死亡。RSL3是GPX4的抑制劑，其可以共價結(jié)合GPX4的親核活性位點“硒代半胱氨酸”，這取決于其親電子性的氯乙酰胺，并隨后損害GPX4的活性。FINO2也可以通過GPX4失活來引發(fā)鐵死亡。FINO2需要內(nèi)過氧化物和附近的親水頭來誘導(dǎo)鐵死亡。但是，GPX4和FINO2之間的確切關(guān)系不清楚。GPX4的耗盡會增加磷脂氫過氧化物，并促進(jìn)脂氧合酶介導(dǎo)的脂質(zhì)過氧化，最終導(dǎo)致鐵死亡[15]。RSL3與Erastin都是鐵死亡誘導(dǎo)劑，兩者均能引起脂質(zhì)活性氧的上升。

3.2 microRNA和lncRNA調(diào)節(jié)鐵死亡

microRNA和長非編碼RNA（lncRNA）逐漸被認(rèn)為是調(diào)節(jié)鐵死亡的關(guān)鍵介質(zhì)。此外，miR-7-5p下調(diào)線粒體鐵蛋白并降低Fe2+，從而影響鐵死亡[16]。胞質(zhì)lncRNA、P53RRA可通過抑癌基因P53的核定位信號。P53RRA與Ras基因的RNA識別結(jié)合基序（RRM）域，GTPase激活蛋白結(jié)合蛋白1（G3BP1），導(dǎo)致G3BP1與P53結(jié)合，在核中引起更多的P53保留，在細(xì)胞質(zhì)中隔離P53。P53RRA增加了細(xì)胞內(nèi)鐵和脂質(zhì)的濃度。胞漿P53RRA-G3BP1是一種誘導(dǎo)肺腺癌的鐵死亡的新機(jī)制，最終將谷氨酰胺（glutamine，Gln）轉(zhuǎn)化為α-酮戊二酸（α-Ketoglutaric acid，α-KG），它可以促進(jìn)ROS的積累，從而刺激鐵死亡。

3.3 P53基因

P53是抑癌基因，抑制機(jī)體內(nèi)的細(xì)胞癌變，有關(guān)鐵死亡可以從最近的腫瘤抑制物P53進(jìn)行研究。乙?；毕萃蛔兊腜533KR失去了誘導(dǎo)細(xì)胞衰老、凋亡、阻滯細(xì)胞周期的能力，這是P53在腫瘤抑制中的主要功能。P533KR具有抑制能力歸因于其促進(jìn)鐵死亡的作用，P53乙?；蛔兒竽軌蛞种芐ystem XC-活性，下調(diào)SLC7A11的表達(dá)，通過System XC-系統(tǒng)導(dǎo)致細(xì)胞死亡[17]。

然而，當(dāng)前亦出現(xiàn)了另一種論點，即在某些情況下，P53的表達(dá)可能促進(jìn)、限制或阻止鐵死亡的發(fā)生[18，19]。P53中的這些不同的作用，在鐵死亡過程通過不同的機(jī)制執(zhí)行，包括對代謝基因的轉(zhuǎn)錄、翻譯后調(diào)控或依靠P53-P21軸[19]。但已證實P53-P21軸對鐵死亡的發(fā)生具有延緩作用。通過P53在特定細(xì)胞中雙向調(diào)控鐵死亡。但是，目前還不清楚P53靶基因在操縱基因中的作用。

4 鐵死亡與卵巢癌

卵巢癌細(xì)胞對鐵死亡的感應(yīng)性很高，具有鐵過剩的特點，是鐵死亡易感性的特征。其腫瘤起始細(xì)胞（tumor-initiatingcell，TICs）中鐵水平過高，轉(zhuǎn)鐵蛋白受體1（transferrin receptor 1，TfR1）過度表達(dá)，鐵泵蛋白（ferroportin，F(xiàn)PN）水平過低。青蒿琥酯（artesunate，ART）是一種良好的抗瘧疾藥物，也具有抗腫瘤活性。ART可以在ROS依賴的條件下誘導(dǎo)鐵死亡是卵巢癌的治療方法之一。研究表明[20]，用ART治療的卵巢癌，細(xì)胞產(chǎn)生ROS與鐵依賴性細(xì)胞死亡，而且鐵死亡抑制劑Ferrostatin-1可以阻止這一過程。Ferrostatin-1可以逆轉(zhuǎn)ART誘導(dǎo)的細(xì)胞鐵死亡，但轉(zhuǎn)鐵蛋白預(yù)處理可通過提高細(xì)胞鐵水平增強(qiáng)卵巢癌細(xì)胞的鐵死亡[21]，在由ART誘導(dǎo)鐵死亡過程中發(fā)揮重要作用。

5 鐵死亡與子宮內(nèi)膜異位癥

鐵缺乏是許多生殖系統(tǒng)疾病的已知危險因素。矛盾的是，在鐵過量的條件下也更常見這類疾病。子宮內(nèi)膜異位癥是一種常見的婦科疾病，它是一種慢性、炎癥、激素依賴性疾病。盡管已有許多相關(guān)研究及探討，但其發(fā)病機(jī)理尚未完全闡明。目前最廣泛接受的理論是經(jīng)血逆流，認(rèn)為該病發(fā)生于子宮內(nèi)膜組織逆向通過輸卵管向盆腹腔脫落。高水平的鐵可誘發(fā)炎癥，氧化應(yīng)力和細(xì)胞膜中的脂質(zhì)過氧化作用可能導(dǎo)致廣泛的程序性細(xì)胞死亡[22]。我們認(rèn)為促鐵信號與甲羥戊酸之間的相互作用途徑可能為子宮內(nèi)膜異位細(xì)胞提供存活下來的環(huán)境，然后植入并在腹腔內(nèi)增殖。通過鐵死亡研究可以更好地了解這些分子和細(xì)胞機(jī)制，有助于我們了解子宮內(nèi)膜異位癥的發(fā)病機(jī)理并提供新穎的診斷和治療方法。

6 鐵死亡與先兆子癇

鐵死亡在妊娠相關(guān)疾病中也有研究，SW Ng等[23]認(rèn)為一些直接測量鐵狀態(tài)的研究表明，高鐵狀態(tài)與早產(chǎn)（pre-term birth，PTB）和出生低體質(zhì)量（low birth weight LBW）風(fēng)險增加之間存在顯著相關(guān)性。鐵攝入過多和/或高鐵狀態(tài)可能對懷孕有害，引發(fā)與發(fā)育有關(guān)的生殖系統(tǒng)疾病，例如先兆子癇（preeclampsia，PE）。這是由于細(xì)胞內(nèi)鐵過量導(dǎo)致鐵死亡，這種程序化細(xì)胞死亡的過程，通過鐵依賴性脂質(zhì)過氧化作用介導(dǎo)的細(xì)胞膜介導(dǎo)可引發(fā)PE。研究表明，鐵死亡在無菌炎性疾病如缺氧/再灌注損傷中起重要作用。妊娠8～10周，一些孕婦會在生理性缺氧/再灌注事件引起的氧和鐵增多的情況下引起急性反應(yīng)。氧氣和鐵的這種增多導(dǎo)致膜脂類過氧化和鐵死亡，主要發(fā)生在滋養(yǎng)層細(xì)胞中，導(dǎo)致絨毛外細(xì)胞滋養(yǎng)細(xì)胞（extra villous cytotrophoblast，EVCT）的淺血管內(nèi)侵犯和母體螺旋動脈的次佳重構(gòu)，進(jìn)而形成先兆子癇的病理特征，這使我們更好地了解鐵死亡在妊娠相關(guān)疾病中的作用。探討鐵死亡將為PE等疾病的診斷和治療干預(yù)提供新的機(jī)會。

7 小結(jié)與展望

有關(guān)調(diào)節(jié)鐵死亡的精細(xì)機(jī)制的研究發(fā)展很快，盡管許多結(jié)果似乎相互矛盾。鐵死亡是否可以增強(qiáng)細(xì)胞免疫原性，從而使宿主引發(fā)免疫反應(yīng)性壞死性細(xì)胞死亡，鐵死亡誘導(dǎo)劑是否會有效殺死細(xì)胞，正常細(xì)胞是否會受到影響。相關(guān)問題很多?？傮w而言，未解決的問題主要包括鐵死亡與細(xì)胞死亡之間的關(guān)系，以及是否可以激活或抑制鐵死亡以用于實現(xiàn)臨床治療目的。鐵死亡的研究方興未艾，在生殖系統(tǒng)有很大的待探索空間，在疾病控制及治療有巨大的實用意義，這些都等待著我們進(jìn)一步探索。