鐵死亡在子宮內(nèi)膜異位癥中的研究進展

彭佩軒，王莉

子宮內(nèi)膜異位癥（endometriosis，EMs）是一種雌激素依賴性的常見婦科疾病，常引起盆腔疼痛、痛經(jīng)和不孕[1]。EMs 雖為良性疾病，卻有著惡性疾病的行為學特征，如侵襲、血管生成和遠處轉移。EMs 的發(fā)病機制尚無明確定論，從1927 年Sampson 提出的“經(jīng)血逆流”學說，到血行、淋巴轉移與體腔上皮化生學說，再到我國學者提出的“在位內(nèi)膜決定論”，解釋和補充了不同類型EMs 的發(fā)病機制[2]；而隨著免疫學、分子生物學的發(fā)展，EMs 的發(fā)病機制研究也逐漸拓展到更深的層次，如炎癥反應、免疫應答和細胞代謝等。這些多層次的研究與假說更加證明了EMs 發(fā)病機制的多元性。

在對EMs 患者異位、在位內(nèi)膜與非EMs 女性在位內(nèi)膜的比較中發(fā)現(xiàn)，EMs 患者的在位與異位內(nèi)膜在基因表達、代謝水平及對不同信號分子的反應方面都有所差異，鐵代謝異常也成為近年來發(fā)現(xiàn)的異位內(nèi)膜的一個特征性表現(xiàn)。細胞內(nèi)鐵過載誘發(fā)氧化應激、激活巨噬細胞的清除作用，在正常細胞中誘導程序性細胞死亡，即鐵死亡（ferroptosis）。EMs 患者的內(nèi)膜組織可表現(xiàn)為對鐵死亡的抵抗，這種異常代謝可能與內(nèi)膜組織中某些鐵死亡通路上的基因異常表達有關[3]。而盆腔中鐵過載又可損傷間皮細胞，促進異位內(nèi)膜細胞的遷移和血管生成，從而參與EMs 的發(fā)生、發(fā)展。

1 鐵過載與鐵死亡

鐵是維持人體穩(wěn)態(tài)的重要金屬元素，參與多種重要的生理過程，如血紅蛋白合成、氧運輸、核酸的復制和修復等。2012 年Dixon 等提出了“鐵死亡”概念，定義為一種鐵依賴的細胞程序性死亡，在形態(tài)學、生物化學以及遺傳學上區(qū)別于已知的細胞程序性死亡，如凋亡、壞死和自噬等，其以活性氧（reactive oxygen species，ROS）積聚以及脂質(zhì)過氧化導致細胞死亡為特征，并受到細胞內(nèi)鐵代謝、脂質(zhì)代謝和氧化還原水平的調(diào)控。

鐵死亡的發(fā)生依賴于細胞內(nèi)鐵代謝紊亂，細胞內(nèi)游離二價鐵（Fe2+）增多，與過氧化氫發(fā)生芬頓反應（Fenton reaction），使氧合血紅蛋白（Fe2+）變?yōu)楦哞F血紅蛋白（Fe3+）產(chǎn)生ROS（如超氧自由基和羥基自由基），間接促進一系列自由基成分生成，導致膜脂質(zhì)的過氧化。膜脂質(zhì)中多聚不飽和脂肪酸和磷脂酰乙醇胺是過氧化的重要靶點。膜磷脂的過氧化破壞膜的流動性和穩(wěn)定性，膜通透性增加，細胞容易裂解死亡；脂質(zhì)過氧化的衍生物亦可引發(fā)蛋白質(zhì)-核酸交聯(lián)，干擾細胞內(nèi)蛋白質(zhì)功能，引發(fā)細胞死亡。鐵死亡在電子顯微鏡下可表現(xiàn)為線粒體密度增高、嵴減少、線粒體膜損傷，細胞因能量代謝失衡而死亡。作為細胞內(nèi)重要的抗氧化系統(tǒng)，谷胱甘肽代謝與鐵死亡調(diào)控密切相關；硒蛋白谷胱甘肽過氧化物酶4（glutathione peroxidase，GPX4）是細胞內(nèi)最關鍵的抗脂質(zhì)過氧化酶，亦是鐵死亡調(diào)控的核心。GPX4 通過催化還原型谷胱甘肽將過氧化氫還原為水，清除自由基，并參與過氧化脂質(zhì)的還原反應，修復生物膜中的過氧化脂質(zhì)，防止鐵死亡的發(fā)生。Xc-系統(tǒng)是調(diào)節(jié)谷胱甘肽代謝的重要轉運通道，主要由催化亞基溶質(zhì)載體家族7 成員11（solute carrier family 7 member 11，SLC7A11）及伴侶亞基SLC3A2 組成，將胱氨酸轉入細胞內(nèi)或利用轉硫途徑直接生成半胱氨酸，為還原型谷胱甘肽的合成提供原料。輔酶Q10 作為內(nèi)源性親脂性抗氧化劑，是甲羥戊酸代謝過程中的衍生物之一，阻止脂質(zhì)過氧化保護細胞免受鐵死亡；甲羥戊酸途徑中的另一中間產(chǎn)物異戊烯焦磷酸則可將硒元素整合到硒蛋白（如GPX4），從而發(fā)揮抗氧化、抑制鐵死亡的作用。鐵死亡在許多疾?。ㄈ缒[瘤，神經(jīng)退行性疾病，心臟、腎臟及生殖系統(tǒng)的缺血再灌注損傷）中均發(fā)揮一定作用，研究鐵死亡在不同疾病中的作用機制、實現(xiàn)鐵死亡的調(diào)控，為上述疾病的診治提供了前景[4]。關于鐵死亡在EMs 中的研究雖尚不多見，但有研究提示鐵死亡在EMs 的發(fā)生、發(fā)展及其導致的不孕、惡變等過程中有重要作用。如何通過調(diào)節(jié)鐵死亡來控制疾病的預防和發(fā)展、如何通過鐵死亡相關的基因或分子標志實現(xiàn)疾病的早期診斷仍亟待解決。

2 EMs 與鐵死亡

2.1 EMs盆腹腔環(huán)境鐵過載1927 年Sampson 提出的“經(jīng)血逆流”學說直到現(xiàn)在仍被認為是EMs 病因的經(jīng)典學說，異位種植的內(nèi)膜在激素刺激下周期性出血，吸引巨噬細胞吞噬紅細胞并釋放大量血紅蛋白，鐵的大量輸送超出巨噬細胞內(nèi)鐵蛋白儲存和螯合金屬的能力，導致盆腔血紅蛋白及鐵含量升高；EMs 患者子宮內(nèi)膜存在二價金屬離子轉運蛋白1（divalent metal-ion transporter 1，DMT1）的過度表達，DMT1 通過將Fe2+轉運至細胞內(nèi)導致病灶中鐵過載[5]。EMs 患者的腹腔液、異位內(nèi)膜病灶、腹膜及巨噬細胞中都有鐵過載現(xiàn)象[6]，其中鐵離子、轉鐵蛋白、鐵蛋白、血紅蛋白、炎癥因子及促血管生成因子等含量均高于非EMs 患者[7]。EMs 患者盆腔高鐵的微環(huán)境可直接誘導氧化應激反應及ROS 的產(chǎn)生，其水平與EMs 的嚴重程度呈正相關[8]。ROS 磷酸化核因子κB（nuclear factor-κB，NF-κB）抑制蛋白（IκB），激活ROS-NF-κB 通路，提高基質(zhì)金屬蛋白酶表達，促進異位內(nèi)膜播散[9]，破壞局部腹膜間皮細胞，為異位的內(nèi)膜細胞提供黏附位點，并參與異位內(nèi)膜的惡變[10]。過量鐵離子亦可募集巨噬細胞，誘導巨噬細胞將異位內(nèi)膜作為待修復的損傷組織，促進異位細胞存活和組織內(nèi)血管生成[11]。近年越來越多的證據(jù)也表明，以鐵過載及脂質(zhì)過氧化為特征的鐵死亡在EMs 的發(fā)生及發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。

2.2 鐵死亡與EMs

2.2.1 異位內(nèi)膜對鐵死亡抵抗 研究者通過比較EMs 患者和正常女性在位與異位內(nèi)膜的基因表達差異，發(fā)現(xiàn)EMs 患者無論在位還是異位內(nèi)膜，與鐵死亡抵抗相關的基因都發(fā)生上調(diào)，從而影響異位內(nèi)膜的清除[3]；近期也有研究證實鐵死亡抵抗參與了子宮內(nèi)膜基質(zhì)細胞（endometrial stromal cells，ESC）的增殖與遷移[12]，機制之一可能與ESC 伴隨的細胞外糖蛋白纖維蛋白1（fibulin 1）表達上調(diào)有關[13]。其中，轉鐵蛋白表達上調(diào)、鐵自噬體相關基因核受體共激活因子4（nuclear receptor coactivator 4，NCOA4）表達下調(diào)、鐵蛋白表達下調(diào)，通過降低胞內(nèi)游離Fe2+濃度增強異位內(nèi)膜細胞對鐵死亡的承受能力。電壓依賴性陰離子通道2（voltage dependent anion channel 2，VDAC2）是線粒體外膜轉運代謝物質(zhì)的重要通路[14]，作為參與細胞內(nèi)還原反應的重要基因調(diào)節(jié)ROS 代謝，促進鐵死亡，其表達在異位內(nèi)膜組織中顯著下調(diào)。SLC3A2 是胱氨酸轉運通道Xc-系統(tǒng)的伴侶亞基，其在異位內(nèi)膜組織中表達上調(diào)，使細胞內(nèi)合成還原型谷胱甘肽的原料——胱氨酸水平升高；因此，SLC3A2 過表達導致GPX4 的底物還原型谷胱甘肽合成增加，減少鐵死亡的發(fā)生。與脂質(zhì)過氧化有關的花生四烯酸15-脂氧合酶（arachidonic acid 15-lipoxygenase，ALOX15）、精脒/精胺N1-乙?；D移酶（spermidine/spermine N1-acetyltransferase 1，SAT1）、長鏈脂酰輔酶A 合成酶5（long-chain acyl-CoA synthetase 5，ACSL5）和溶血卵磷脂酰膽堿（lysophosphatidylcholine，LPC）基因在異位內(nèi)膜細胞中的表達均下調(diào)，通過抑制脂質(zhì)過氧化逃避鐵死亡。長鏈非編碼RNA（long noncoding RNA，lncRNA）對鐵死亡的表觀調(diào)控與EMs 也有關，異位內(nèi)膜中l(wèi)ncRNA ADAMTS9-AS1 顯著上調(diào)，通過微小RNA（microRNA，miRNA）-6516-5（miR-6516-5）/GPX4通路抑制鐵死亡，加速ESC 增殖與遷移[12]；lncRNA肺腺癌轉移相關轉錄物1（metastasis-associated lung adenocarcinoma transcript 1，MALAT1）在異位內(nèi)膜細胞中的表達也上調(diào)，敲低MALAT1 則可在ESC 中通過miR-145-5p/MUC1 信號通路促進抑酯酶素（erastin）誘導鐵死亡[15]。EMs 這一特征提示鐵死亡可能是正常人體內(nèi)異位內(nèi)膜的清除機制，這一過程的失衡導致了EMs 的發(fā)生，并促進其蔓延；這些差異性表達的基因及產(chǎn)物也為EMs 的診治提供了新的分子標志及治療靶點。

2.2.2 鐵死亡與脂質(zhì)代謝失調(diào) EMs 患者中患有高脂血癥者占有一定的比例，且遠期動脈粥樣硬化及高血壓的患病率高于非EMs 患者[16]。異位內(nèi)膜細胞中脂質(zhì)代謝活性強、低密度脂蛋白及膽固醇水平增加，提示EMs 患者參與膽固醇生成的甲羥戊酸途徑可能有較高的活性。在膽固醇的生成途徑中，羥甲基戊二酸單酰輔酶A（HMG-CoA）經(jīng)HMG-CoA 還原酶還原并脫去輔酶A 生成甲羥戊酸，其代謝衍生物輔酶Q10 及中間產(chǎn)物異戊烯焦磷酸又可通過不同機制清除細胞內(nèi)脂質(zhì)過氧化物，抑制鐵死亡。他汀類藥物可通過抑制HMG-CoA 還原酶活性抑制EMs 患者ESC 的生長和侵襲[17]，可能與間接導致輔酶Q10及異戊烯焦磷酸減少，細胞內(nèi)脂質(zhì)過氧化誘發(fā)鐵死亡有關。他汀類藥物治療EMs 的臨床試驗很少，有臨床試驗提示服用辛伐他汀與注射促性腺激素釋放激素激動劑相比，對EMs 術后患者疼痛的控制率相似[18]，但該試驗樣本量較小，且缺乏僅手術治療與術后接受藥物治療病例的對比。如何通過改變脂質(zhì)代謝狀態(tài)抑制EMs 的發(fā)生、發(fā)展仍需進一步研究。

2.2.3 鐵死亡與血管生成 Mori 等[19]研究顯示，在卵巢內(nèi)膜樣囊腫中ESC 通過上調(diào)轉鐵蛋白受體1和下調(diào)轉鐵蛋白增加對過量鐵離子的攝取，保護內(nèi)膜上皮細胞免受鐵過載引發(fā)的氧化應激，ESC 又可通過多腺苷二磷酸核糖聚合酶1[poly(ADP-ribose)polymerase 1，PARP1]/去乙?；?（sirtuin-1，SIRT1）信號通路激活細胞自噬，減輕因自身鐵過載導致的生長抑制[20]。卵巢型EMs 囊腫內(nèi)側囊壁因與囊液直接接觸，囊液中陳舊性血液富含的高濃度鐵離子、脂質(zhì)過氧化物及ROS 誘發(fā)內(nèi)側囊壁ESC 發(fā)生鐵死亡，進而激活p38 絲裂原激活的蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）/信號轉導與轉錄活化因子6（signal transducers and activators of transcription 6，STAT6）信號通路引起血管內(nèi)皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）及白細胞介素8（interleukin-8，IL-8）旁分泌，從而促進周圍EMs 病灶生長，而在外側囊壁卻未觀察到這一現(xiàn)象；鐵死亡抑制劑N-乙酰半胱氨酸能通過其抗氧化作用使EMs 病灶消退[21]。但鐵死亡誘導劑抑酯酶素也表現(xiàn)出對EMs 病灶的清除作用，并伴隨鐵外排蛋白（ferroportin）表達下調(diào)[22]，提示鐵死亡在EMs 病理過程中有兩面性。ESC 增加鐵離子攝取保護上皮細胞免受鐵過載導致的氧化應激及鐵死亡等傷害，內(nèi)層ESC 鐵死亡又可旁分泌VEGF、參與調(diào)節(jié)免疫機制，從而促進病灶的生長與遷移；兩者相輔相成，共同參與EMs 的病理過程。鐵死亡激活和抵抗在EMs 病灶中共存，提示鐵死亡或許是治療EMs 的一把雙刃劍，如何把握鐵死亡這一機制在EMs 中的平衡仍需進一步探討與研究。

3 鐵死亡與EMs 相關性不孕

腹腔液和卵泡液是配子發(fā)育和胚胎受精、著床過程中的重要微環(huán)境，EMs 患者腹腔液及卵泡液均表現(xiàn)出鐵過載及與ROS 有關的代謝產(chǎn)物增多[6]，誘發(fā)鐵死亡，損傷精子、卵細胞及早期胚胎，減少受精及胚胎植入成功的概率。早在20 世紀90 年代就有研究發(fā)現(xiàn)，EMs 患者腹腔液的鐵離子濃度較高，EMs 患者腹腔液處理過的精子頂體反應發(fā)生率降低，且與鐵離子濃度成反比，提示EMs 患者腹腔液對精子體外頂體反應的發(fā)生可能有決定性作用[23]；暴露在鐵離子環(huán)境中的巨噬細胞亦表現(xiàn)出對精子吞噬作用的增強，并產(chǎn)生對生殖細胞的殺傷作用[24]。卵細胞質(zhì)量在一定程度上取決于線粒體功能及細胞內(nèi)平衡氧化應激水平的酶活性[25]，EMs 患者的成熟卵細胞中線粒體特征性損傷及氧化應激增加，導致其在發(fā)育及受精過程中停止發(fā)育并退化[26]，證實鐵死亡參與了卵細胞損傷；重度EMs 患者的卵泡液中轉鐵蛋白不足及鐵過載亦可誘發(fā)小鼠卵細胞成熟障礙[27]。EMs 患者盆腔內(nèi)氧化與抗氧化系統(tǒng)失衡所致的持續(xù)炎癥反應對生殖細胞及胚胎均有毒性作用，盆腔內(nèi)促炎狀態(tài)又可改變子宮內(nèi)膜的容受性，從而影響精卵識別；或通過增加始基卵泡的募集及竇前卵泡的閉鎖減少卵巢儲備[28]。EMs 患者的腹腔液因鐵過載對其處理過的體外培養(yǎng)小鼠胚胎產(chǎn)生一定的胚胎毒性，其毒性可被鐵死亡抑制劑ferrostatin-1（fer-1）中和，提示鐵死亡與EMs 相關性不孕聯(lián)系密切。EMs 患者腹腔液處理過的小鼠胚胎表現(xiàn)為GPX4 表達降低、脂質(zhì)過氧化增加，從而引發(fā)鐵死亡干擾囊胚的形成；小鼠胚胎鐵死亡伴隨著促炎基因血紅素加氧酶1（heme oxygenase 1，HMOX1）過表達，增加鐵聚集誘導鐵死亡[29]。線粒體損傷在EMs 導致的不孕機制中也占有關鍵地位，小鼠胚胎體外實驗中鐵死亡過程引發(fā)的線粒體損傷表現(xiàn)為腺苷三磷酸（adenosine triphosphate，ATP）水平降低、ROS 升高及線粒體膜電位超極化，抑制植入前小鼠胚胎發(fā)育[30-31]?，F(xiàn)有結論提示，不同類型鐵死亡抑制劑或許能通過降低細胞內(nèi)鐵離子、氧化應激水平及避免線粒體損傷導致的能量障礙，維持精子、卵細胞和早期胚胎的正常代謝過程，降低不孕的概率。鐵死亡通路可以作為未來治療不孕的潛在藥物抑制靶點。

4 結語與展望

鐵死亡作為近年研究的熱點，在EMs 的發(fā)生和發(fā)展中不可或缺。近年研究顯示，異位子宮內(nèi)膜通過基因異常表達與對脂質(zhì)代謝的調(diào)控逃避鐵死亡的清除作用，病灶中的ESC 又通過鐵死亡釋放炎癥介質(zhì)和促血管生成物質(zhì)誘發(fā)局部血管生成及盆腹腔內(nèi)免疫、炎癥反應和間皮損傷，促進EMs 病灶的遷移及侵襲。由此可見，雖然鐵死亡在EMs 發(fā)生中已有確定作用，但鐵死亡的發(fā)生和抑制在EMs 中存在著一定的動態(tài)平衡，如何把握鐵死亡的調(diào)控方向仍需進一步研究，并可通過觀察不同程度地抑制或激活鐵死亡對EMs 病灶的影響實現(xiàn)。最新研究多集中于ESC中鐵死亡抵抗的調(diào)節(jié)通路及抑制鐵死亡對EMs 病灶的影響，多種miRNA、自噬通路等均參與這一過程，提示miRNA 及自噬通路潛在的調(diào)節(jié)作用，而miRNA作為潛在的血清學標志物，提示鐵死亡通路相關miRNA 在EMs 早期診斷中的價值。他汀類藥物調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝通路對EMs 的治療價值仍缺乏足夠的臨床研究證據(jù)；通過抑制鐵死亡是否可以逆轉EMs 患者盆腔高鐵環(huán)境產(chǎn)生的胚胎毒性仍需進一步體外及體內(nèi)研究。鐵死亡通路相關的基因及表達產(chǎn)物亦為EMs 的診斷提供了潛在的生物標志及治療靶點，并為EMs 及其相關性不孕的治療提供了新思路。