肝移植圍術(shù)期誘發(fā)腸損傷鐵死亡的研究新進(jìn)展

吳威 譚永星 王永旺

1桂林醫(yī)學(xué)院，桂林 541000；2桂林醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院麻醉科，桂林 541000

鐵死亡是一種新的調(diào)節(jié)性細(xì)胞程序性死亡形式，其發(fā)生與脂質(zhì)活性氧過(guò)量累積相關(guān)。鐵死亡在細(xì)胞形態(tài)、基因調(diào)控、代謝等方面明顯不同于壞死、凋亡及其他細(xì)胞死亡形式。這種由鐵依賴(lài)性脂質(zhì)過(guò)氧化引起的獨(dú)特的細(xì)胞死亡方式受多種代謝途徑的調(diào)節(jié)，包括鐵離子水平，氨基酸、脂質(zhì)和糖的代謝，線(xiàn)粒體活性，氧化還原穩(wěn)態(tài)以及與疾病相關(guān)的各種信號(hào)通路［1-2］。諸多退行性病變及器官損傷均是由鐵死亡引起的。自鐵死亡概念被提出以后，研究者們發(fā)現(xiàn)在諸多疾病的發(fā)生發(fā)展的關(guān)鍵過(guò)程中都有鐵死亡的參與。缺血再灌注（ischemia reperfusion，I∕R）損傷是肝移植（liver transplantation，LT）的主要問(wèn)題。LT 時(shí)I∕R 損傷會(huì)造成肝本身的損傷，也可能導(dǎo)致機(jī)體的遠(yuǎn)隔器官損傷。鐵死亡可能參與了LT 圍術(shù)期I∕R 損傷和機(jī)體遠(yuǎn)隔器官損傷的發(fā)病機(jī)制。

鐵死亡概念、形態(tài)生化特征

鐵離子穩(wěn)態(tài)對(duì)維持細(xì)胞平衡有十分重要的作用［3］。細(xì)胞內(nèi)鐵離子穩(wěn)態(tài)取決于鐵離子的細(xì)胞外載體［轉(zhuǎn)鐵蛋白（transferrin，TF）］的表達(dá)情況，轉(zhuǎn)鐵蛋白受體（transferrin receptor，TFR）與其一起內(nèi)化TF、Fe 及鐵蛋白，以無(wú)毒形式儲(chǔ)存細(xì)胞內(nèi)Fe。鐵死亡不會(huì)引起細(xì)胞形態(tài)的變化，主要表現(xiàn)為線(xiàn)粒體皺縮、線(xiàn)粒體嵴減少或消失、線(xiàn)粒體膜密度增加［3］，但細(xì)胞核形態(tài)未出現(xiàn)明顯改變。在生化層面上，主要體現(xiàn)為細(xì)胞內(nèi)Fe 及致死性活性氧（reactive oxygen species，ROS）的大量聚集，還原型谷胱甘肽、谷胱甘肽過(guò)氧化酶4（glutathione per-oxidase 4，GPX4）等的耗竭［4-5］。

鐵死亡過(guò)程的相關(guān)調(diào)節(jié)及分子機(jī)制

1、鐵離子代謝途徑

鐵離子是一種具有活性的氧化還原金屬離子，其可參與鐵死亡過(guò)程中ROS 的形成與累積，故鐵離子的大量累積會(huì)增加鐵死亡的發(fā)生概率。相關(guān)研究證實(shí)鐵離子代謝調(diào)節(jié)相關(guān)因子包括TF、核受體輔激活蛋白4（nuclear receptor coactivator 4，NCOA4）、TFR 等。TF 是一種與鐵離子相結(jié)合的血清蛋白，在TF 與TFR1 融合后，將細(xì)胞外的鐵離子轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，鐵離子的大量累積從而導(dǎo)致鐵死亡的產(chǎn)生。相反，有實(shí)驗(yàn)證實(shí)TF 的免疫缺失會(huì)抑制鐵死亡的發(fā)生，并且TFR1 的表達(dá)量下降也會(huì)使鐵死亡激活劑Erastin 的敏感度降低［6-7］。另外，現(xiàn)有研究顯示TFR 還是一種具有特異性的鐵死亡標(biāo)記蛋白［8］。NCOA4 是將Fe 相關(guān)蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞溶酶體所必需的調(diào)節(jié)因子，細(xì)胞內(nèi)缺少NCOA4 會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞無(wú)法降解鐵離子相關(guān)蛋白，這會(huì)使細(xì)胞內(nèi)的鐵離子含量減少，從而減少鐵死亡的發(fā)生概率［9］?？傊?，鐵離子代謝調(diào)節(jié)因子功能缺失或者表達(dá)出現(xiàn)異常都可能導(dǎo)致胞內(nèi)Fe 含量上升，引起Fe 相關(guān)的ROS 積累，繼而誘導(dǎo)細(xì)胞發(fā)生鐵死亡。相關(guān)研究證實(shí)，熱休克蛋白β-1（heat shock protein β-1，HSPB1）也可經(jīng)過(guò)鐵離子代謝途徑調(diào)控鐵死亡發(fā)生。熱休克預(yù)處理和HSPB1 的過(guò)表達(dá)可使Erastin 誘導(dǎo)的細(xì)胞鐵死亡受到抑制，而敲除HSPB1 基因則可使Erastin 誘導(dǎo)的細(xì)胞鐵死亡增加。另外，磷酸化的HSPB1 可導(dǎo)致細(xì)胞鐵離子攝取量減少和脂質(zhì)ROS 的產(chǎn)生減少，同時(shí)對(duì)細(xì)胞鐵死亡產(chǎn)生負(fù)性調(diào)節(jié)作用［10］?？傊赡苓€有其他的鐵離子代謝調(diào)節(jié)因子也對(duì)鐵死亡的進(jìn)程產(chǎn)生影響，這需要以后更加深入的研究和探索。

2、氨基酸及谷胱甘肽代謝途徑

GPX4 是由sulfasalazine（SAS）誘導(dǎo)的細(xì)胞鐵死亡發(fā)生的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子。同時(shí)GPX4 也是還原型谷胱甘肽依賴(lài)性的過(guò)氧化物酶，它可以將脂質(zhì)過(guò)氧化物（lipid peroxide，LOOH）還原成為脂質(zhì)醇（lipid alcohol，L-OH）。當(dāng)SAS 間接或直接抑制GPX4 的活性時(shí)，LOOH 轉(zhuǎn)化為L(zhǎng)-OH 則會(huì)呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，進(jìn)而引發(fā)細(xì)胞脂質(zhì)過(guò)氧化增強(qiáng)，并誘導(dǎo)細(xì)胞發(fā)生鐵死亡。胱氨酸∕谷氨酸逆向轉(zhuǎn)運(yùn)體（System Xc-）主要功能是將谷氨酸從細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)至細(xì)胞外，并將胱氨酸從細(xì)胞外轉(zhuǎn)移至細(xì)胞內(nèi)。研究發(fā)現(xiàn)SAS會(huì)抑制System Xc-，從而減少細(xì)胞內(nèi)胱氨酸含量，最終導(dǎo)致還原型谷胱甘肽耗竭而誘導(dǎo)產(chǎn)生鐵死亡。谷胱甘肽（glutathione，GSH）在γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶和谷胱甘肽合成酶的催化下，經(jīng)過(guò)兩個(gè)步驟合成，并可由氧自由基、活性氧氧化成為GSH 二硫化物（glutathione disulfide，GSSG）。GSH∕GSSG 偶聯(lián)則是評(píng)價(jià)細(xì)胞抗氧化能力十分關(guān)鍵的分子偶聯(lián)［11］，GSH 的合成能力減少或氧化能力增強(qiáng)均可導(dǎo)致細(xì)胞的氧化還原失衡。半胱氨酸主要由System Xc-攝取胞外的胱氨酸，并將其還原而生成［12-13］，是胞內(nèi)GSH 合成過(guò)程中的關(guān)鍵性因素。System Xc-是由調(diào)節(jié)亞基溶質(zhì)載體家族3成員2（SLC3A2）和具有特異性功能結(jié)構(gòu)的催化亞基溶質(zhì)載體家族7 成員11（SLC7A 11）形成的二硫鍵異二聚體。在一些研究中發(fā)現(xiàn)，Erastin、SAS 可通過(guò)抑制System Xc-的功能，誘導(dǎo)鐵死亡在細(xì)胞內(nèi)發(fā)生［14］。

3、脂質(zhì)相關(guān)代謝途徑

脂質(zhì)組學(xué)相關(guān)研究中發(fā)現(xiàn)：多不飽和脂肪酸（polyunsaturated fatty acid，PUFAs）在鐵死亡過(guò)程中也起關(guān)鍵作用，在磷酸化酶激酶G2（phos-phorylase kinase G2，PHKG2）催化下PUFAs 被徹底氧化，當(dāng)GSH 大量耗竭時(shí)，PUFAs 有更強(qiáng)的氧化效果［15-16］。研究證實(shí)，鐵死亡的脂質(zhì)化包括兩種脂肪?；ㄉ南┧幔╝rachidonic acid，AA）和腎上腺素（adrenaline，AdA）［17］。在2017年Kagan等［18］通過(guò)在單倍體細(xì)胞中大量植入突變基因的方法，發(fā)現(xiàn)參與合成PUFAs 的?；鵆oA 合成酶長(zhǎng)鏈家族成員4（Acyl-CoA synthetase long-chain family member 4，ACSL4）和溶血磷脂酰膽堿?；D(zhuǎn)移酶3（lysophosphatidylcholine acyltransferase 3，LPCAT3）在鐵死亡信號(hào)通路中起主要作用。有研究顯示，ACSL4 有利于鐵死亡途徑中脂質(zhì)中間產(chǎn)物的累積，所以敲除ACSL4 基因可減輕鐵死亡發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)［19］。除PUFAs之外，脂氧合酶（lipoxygenase，LOX）也可誘導(dǎo)鐵死亡發(fā)生，同時(shí)VE 可通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合位點(diǎn)來(lái)抑制LOX，從而預(yù)防鐵死亡［17］。

鐵死亡與肝移植腸損傷

1、腸-肝循環(huán)

機(jī)體在胚胎發(fā)育期，于胚胎分化過(guò)程中腸與肝出現(xiàn)共同起源。人體腸和肝之間的相互密切的聯(lián)系形成腸-肝軸，肝機(jī)能紊亂是導(dǎo)致肝相關(guān)疾病產(chǎn)生的十分重要的因素，同時(shí)維持機(jī)體內(nèi)部環(huán)境的相對(duì)穩(wěn)定也需要健全的腸穩(wěn)態(tài)和良好的肝保護(hù)機(jī)制。膽汁酸（膽鹽）不僅參與了機(jī)體對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化過(guò)程，還作為一種信號(hào)分子和代謝調(diào)節(jié)因子參與腸-肝循環(huán)，其能通過(guò)激活核受體和G 蛋白偶聯(lián)受體（GPCR）的相關(guān)信號(hào)通路，而參與調(diào)節(jié)肝脂質(zhì)、葡萄糖和能量代謝的平衡，而維持機(jī)體穩(wěn)定。法尼脂X 受體（FXR）主要存在于腸、肝臟、腎和腎上腺等器官，是參與腸-肝循環(huán)的最主要的受體之一［20］。腸上皮細(xì)胞存在的FXR被膽汁酸激活，進(jìn)而促進(jìn)成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子19（FGF19）的表達(dá)，其從回腸末端通過(guò)肝門(mén)靜脈及腸系膜靜脈輸送到肝，并作用于肝的成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子受體4（FGFR4）及β-klotho（即KLB）受體，F(xiàn)GFR4 和KLB 受體被激活后，可共同抑制肝臟CYP7A1和CYP8B1的蛋白活性［21-23］。高劑量的膽汁酸會(huì)對(duì)機(jī)體細(xì)胞造成損害，而且會(huì)通過(guò)負(fù)反饋的形式抑制FXR 激活膽汁酸的合成。FXR 會(huì)調(diào)節(jié)膽汁酸的結(jié)合、生成、回收和攝取過(guò)程，通過(guò)多種途徑影響膽汁酸產(chǎn)生。在一項(xiàng)小鼠實(shí)驗(yàn)中，研究顯示FXR 介導(dǎo)的膽汁酸信號(hào)分子通路對(duì)膽汁酸產(chǎn)生和代謝穩(wěn)態(tài)有關(guān)鍵作用，其不足與諸多疾病的病理生理過(guò)程有密切聯(lián)系［24-26］。另外，腸道與外界環(huán)境相通，微生物群寄居于此，可以產(chǎn)生無(wú)數(shù)的代謝物質(zhì)，如抗原∕細(xì)菌相關(guān)模式分子（P∕MAMPs）、激素∕肽類(lèi)、細(xì)菌產(chǎn)物∕毒素。研究表明，腸道微生態(tài)與I∕R 損傷、免疫因素和膽汁酸均有一定的聯(lián)系。膽汁酸與腸道微生態(tài)之間存在腸-肝循環(huán)，主要表現(xiàn)在兩方面：首先，膽汁酸對(duì)腸道微生態(tài)構(gòu)成結(jié)構(gòu)有影響；其次，腸道微生態(tài)也可以調(diào)節(jié)膽汁酸的代謝穩(wěn)態(tài)。初級(jí)膽汁酸進(jìn)入腸道后，腸道內(nèi)多種細(xì)菌分泌的酶對(duì)進(jìn)入腸道的初級(jí)膽汁酸進(jìn)行解離、脫羥基、異構(gòu)化、氧化一系列的過(guò)程使膽汁酸的親水性增加，防止其通過(guò)疏水的腸上皮丟失。另外，腸道細(xì)菌可分泌產(chǎn)生7α-脫羥基酶，初級(jí)膽汁酸向次級(jí)膽汁酸轉(zhuǎn)化的過(guò)程需要此酶的參與［27-28］。綜上所述，腸道微生態(tài)與膽汁酸之間存在重要聯(lián)系，腸道菌群失調(diào)可影響膽汁酸代謝穩(wěn)態(tài)，膽汁酸代謝失衡同樣也會(huì)導(dǎo)致腸道微生態(tài)紊亂。

2、腸I∕R損傷中的鐵死亡

腸道發(fā)生缺血缺氧性損傷后，由于血液再灌注常引起腸I∕R 損傷，腸I∕R 損傷往往是某些嚴(yán)重疾病的主要致死致殘?jiān)?，如重癥感染、嚴(yán)重創(chuàng)傷導(dǎo)致的休克等。在I∕R 過(guò)程中，大量氧自由基隨血液再灌注而造成的毒理?yè)p害，其可直接致使細(xì)胞凋亡、壞死或鐵死亡的發(fā)生［29］。在腸I∕R損傷小鼠實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭校种艫CSL4 的功能可阻止腸缺血期上皮細(xì)胞發(fā)生鐵死亡，繼而減輕機(jī)體原位器官或遠(yuǎn)隔相關(guān)臟器的損傷［3］。在腸相關(guān)缺血缺氧性疾病的診療過(guò)程中，我們可以通過(guò)抑制鐵死亡以減輕腸組織細(xì)胞I∕R損傷的發(fā)生。

SAS與鐵死亡

SAS 是潰瘍性結(jié)腸炎治療的重要藥物，也是臨床上常用的抗炎藥物之一。SAS 在關(guān)節(jié)炎和視網(wǎng)膜炎性病變的治療過(guò)程中也起重要作用。有研究顯示，在人纖維肉瘤的治療中，SAS 能抑制其細(xì)胞膜上System Xc-的表達(dá)，提示SAS可在一定程度上抑制腫瘤的發(fā)生與發(fā)展，其誘導(dǎo)鐵死亡的可能原因是通過(guò)中斷胱氨酸攝取信號(hào)通路而引起的［3］。System Xc-的功能性亞基xCT 是由SLC7A11 基因編碼組成的System Xc-輕鏈蛋白，xCT 可調(diào)控胞內(nèi)谷氨酸與胞外胱氨酸的交換，因此通過(guò)檢測(cè)xCT 的表達(dá)水平可反映System Xc-的表達(dá)量［30］。SAS 在LT 圍術(shù)期腸損傷中的作用與機(jī)制目前還未見(jiàn)相關(guān)報(bào)道。

總結(jié)與展望

鐵死亡與L-ROS過(guò)量累積密切相關(guān)，其主要由氨基酸、脂質(zhì)或鐵代謝異常而引起，同時(shí)這一過(guò)程與肝移植圍術(shù)期I∕R的發(fā)生發(fā)展也緊密聯(lián)系。目前對(duì)鐵死亡在LT圍術(shù)期I∕R誘發(fā)的腸損傷的研究還處于初步階段，仍有許多問(wèn)題待解決。首先，鐵死亡分子調(diào)控機(jī)制較復(fù)雜，現(xiàn)已初步揭開(kāi)鐵死亡分子機(jī)制，但關(guān)于鐵死亡與線(xiàn)粒體的關(guān)系，目前還存在一些爭(zhēng)議，仍需進(jìn)一步探索。其次，對(duì)于鐵死亡與在LT 圍術(shù)期I∕R 誘發(fā)的腸損傷之間的關(guān)系有待進(jìn)一步明確，對(duì)于鐵死亡在肝移植圍術(shù)期I∕R 誘發(fā)的腸損傷中的具體機(jī)制、發(fā)生階段及特定靶點(diǎn)有待進(jìn)一步探究，能否通過(guò)鐵死亡實(shí)現(xiàn)對(duì)LT圍術(shù)期I∕R 誘發(fā)的腸損傷的臨床靶向治療尚未闡明。另外，在LT 圍術(shù)期，長(zhǎng)期服用SAS 會(huì)不會(huì)比同類(lèi)型未服用SAS 的患者有更高的腸損傷風(fēng)險(xiǎn)？這些都是我們需要思考的問(wèn)題，總之，鐵死亡可能在LT 圍術(shù)期I∕R 誘發(fā)的腸損傷中發(fā)揮重要作用，但其具體機(jī)制還需深入挖掘，隨著對(duì)鐵死亡研究的不斷深入，靶向鐵死亡途徑將在LT 圍術(shù)期I∕R 誘發(fā)的腸損傷的防治中發(fā)揮重要作用。

作者貢獻(xiàn)聲明吳威負(fù)責(zé)文獻(xiàn)檢索及論文撰寫(xiě)；王永旺負(fù)責(zé)論文語(yǔ)句修改；譚永星指導(dǎo)論文選題、設(shè)計(jì)及質(zhì)量把控。