滋養(yǎng)細(xì)胞鐵死亡在胎盤相關(guān)疾病中的研究進(jìn)展

董輝，陳敘

胎盤是母胎交換過程中的重要器官，在整個(gè)妊娠期負(fù)責(zé)營(yíng)養(yǎng)、代謝、交換以及內(nèi)分泌等功能。胎盤功能異?？梢l(fā)一系列胎盤相關(guān)疾病，包括子癇前期、胎兒生長(zhǎng)受限（fetal growth restriction，F(xiàn)GR）、流產(chǎn)和早產(chǎn)等。雖然這些疾病臨床表現(xiàn)各有不同，但其發(fā)病機(jī)制具有同源性，均與胎盤發(fā)育障礙密切相關(guān)[1]。母胎界面的免疫失調(diào)、絨毛外滋養(yǎng)細(xì)胞侵襲不足、子宮螺旋動(dòng)脈重塑障礙等導(dǎo)致的胎盤植入不足及滋養(yǎng)細(xì)胞的凋亡、自噬過度是這類疾病發(fā)病的根本原因[2]。鐵死亡是一種全新的細(xì)胞程序性死亡方式，具有獨(dú)特的形態(tài)結(jié)構(gòu)、代謝及遺傳學(xué)特點(diǎn)[3]。研究發(fā)現(xiàn)鐵死亡在腫瘤、神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病、器官缺血再灌注損傷、動(dòng)脈粥樣硬化、糖尿病和急慢性腎功能損傷等多種疾病中發(fā)揮重要作用[4]。近年研究發(fā)現(xiàn)胎盤滋養(yǎng)細(xì)胞是鐵死亡的易感細(xì)胞，且滋養(yǎng)細(xì)胞鐵死亡可造成胎盤功能障礙，并參與多種胎盤相關(guān)疾病的發(fā)生、發(fā)展[5]?，F(xiàn)就滋養(yǎng)細(xì)胞鐵死亡及其在胎盤相關(guān)疾病中的作用進(jìn)行綜述。

1 鐵死亡的概述

鐵是維持生命的重要微量元素，是血紅蛋白的重要組成部分，參與血液對(duì)氧氣的運(yùn)輸作用，作為輔基參與多種含鐵蛋白的構(gòu)成，對(duì)呼吸鏈電子轉(zhuǎn)運(yùn)、DNA 合成和細(xì)胞能量代謝等均具有重要的作用[6]。人體內(nèi)有完善的控制體系，可以維持鐵在內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)平衡。當(dāng)體內(nèi)鐵的分布、含量異常時(shí)，就會(huì)發(fā)生各種損傷與疾病。機(jī)體缺鐵會(huì)導(dǎo)致貧血，影響全身氧氣輸送。相反，機(jī)體內(nèi)鐵過量也會(huì)通過芬頓反應(yīng)誘導(dǎo)產(chǎn)生大量氧自由基，與細(xì)胞膜、質(zhì)膜上含量豐富的多不飽和脂肪酸發(fā)生過氧化反應(yīng)生成大量脂質(zhì)自由基，使細(xì)胞膜、質(zhì)膜變薄，形成蛋白質(zhì)孔并失去屏障作用，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)紊亂；并且脂質(zhì)過氧化物的分解產(chǎn)物能夠激活更嚴(yán)重的級(jí)聯(lián)反應(yīng)，形成鐵依賴性的脂質(zhì)過氧化死亡[7]。根據(jù)其特點(diǎn)，Dixon 等[3]于2012年將這種細(xì)胞死亡類型命名為鐵死亡。

鐵死亡與凋亡及自噬存在本質(zhì)上的區(qū)別。形態(tài)學(xué)上，發(fā)生鐵死亡的細(xì)胞膜斷裂、出泡，膜密度增高，細(xì)胞線粒體縮小、線粒體脊減少或消失、線粒體外膜斷裂，細(xì)胞核大小正常、染色質(zhì)缺乏凝聚，電鏡下表現(xiàn)為細(xì)胞內(nèi)線粒體變小及雙層膜密度增高。代謝水平上，細(xì)胞內(nèi)鐵和活性氧（reactive oxygen species，ROS）物質(zhì)聚集，谷胱甘肽過氧化物酶4（glutathione peroxidase 4，GPX4）活性下降，脂質(zhì)代謝產(chǎn)物堆積[4]。鐵死亡過程可以被鐵螯合劑、抗氧化劑等抑制，但不能被凋亡、焦亡和自噬抑制劑所阻滯[8]。影響鐵死亡的基因眾多，其細(xì)胞信號(hào)通路調(diào)節(jié)復(fù)雜，涉及脂質(zhì)、鐵和氨基酸等多種代謝途徑調(diào)控。①氨基酸和谷胱甘肽（glutathione，GSH）代謝異常：胱氨酸谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)受體（System Xc-）體系是一個(gè)膜Na+依賴的氨基酸反向轉(zhuǎn)運(yùn)體，由溶質(zhì)載體家族7 成員11（solutecarrier family 7 member 11，SLC7A11）和溶質(zhì)載體家族3 成員2（solute carrier family 3 member 2，SLC3A2）異二聚體組成，廣泛分布于細(xì)胞的磷脂雙分子層。System Xc-體系負(fù)責(zé)將GSH 的合成原料半胱氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞內(nèi)，將谷氨酸和胱氨酸以1∶1 比例交換，胱氨酸還原成半胱氨酸，參與GSH 的合成。腫瘤抑制基因P53、BRCA1 關(guān)聯(lián)蛋白1（BRCA1-associated protein 1，BAP1）和芐氯素1（Beclin 1，BECN1）等可通過下調(diào)SLC7A11 的表達(dá)，抑制System Xc-活性，抑制胱氨酸進(jìn)入細(xì)胞，減少GSH 合成，從而促進(jìn)脂質(zhì)發(fā)生過氧化，誘導(dǎo)細(xì)胞鐵死亡[9]。②GPX4 是一種硒蛋白，能催化GSH 變?yōu)檠趸訥SH，使有毒的過氧化物還原成無毒的羥基化合物，同時(shí)促進(jìn)過氧化氫（H2O2）的分解，從而保護(hù)細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)及功能不受過氧化物的干擾及損害。藥物抑制或遺傳學(xué)上GPX4 失活或低表達(dá)均可致細(xì)胞抗氧化能力下降，脂質(zhì)ROS 上升，最終引起細(xì)胞鐵死亡[10]。③鐵代謝異常：各種因素導(dǎo)致的血清轉(zhuǎn)鐵蛋白、鐵調(diào)素、膜鐵轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白、細(xì)胞膜轉(zhuǎn)鐵蛋白受體和轉(zhuǎn)鐵蛋白抗體等鐵調(diào)節(jié)因子失衡可引起細(xì)胞內(nèi)鐵離子過載，尤其是鐵離子以二價(jià)鐵的形式大量存在，二價(jià)鐵離子通過芬頓反應(yīng)啟動(dòng)脂質(zhì)過氧化，誘導(dǎo)細(xì)胞鐵死亡[11]。④脂質(zhì)代謝異常：脂質(zhì)過氧化的反應(yīng)底物是脂肪酸，與飽和脂肪酸、單一不飽和脂肪酸相比，多聚不飽和脂肪酸更易發(fā)生氧化，其數(shù)量和定位決定了細(xì)胞中發(fā)生的脂質(zhì)過氧化程度。游離的多不飽和脂肪酸在?；o酶A 合成酶長(zhǎng)鏈家族成員4（acyl-CoA synthetase long-chain family member 4，ACSL4）、溶血磷脂酰膽堿?；D(zhuǎn)移酶3（lysophosphatidylcholine acyltransferase 3，LPCAT3）和脂氧合酶（lipoxygenase，LOX）催化作用下酯化形成膜磷脂來傳遞鐵死亡信號(hào)。因此，ACSL4、LPCAT3和LOX 的上調(diào)被認(rèn)為是鐵死亡的生物標(biāo)志[12]。

2 滋養(yǎng)細(xì)胞鐵死亡的易感性

滋養(yǎng)細(xì)胞是胎盤的主要組成成分，維持滋養(yǎng)細(xì)胞的增殖、侵襲、分化和血管重塑功能正常對(duì)于確保胎盤及胎兒的發(fā)育極為重要，滋養(yǎng)細(xì)胞功能異常涉及多種妊娠疾病的發(fā)生。研究表明，由于自身結(jié)構(gòu)及代謝特點(diǎn)，滋養(yǎng)細(xì)胞是鐵死亡的易感細(xì)胞。

2.1 滋養(yǎng)細(xì)胞鐵負(fù)荷大妊娠期間母體對(duì)鐵的需求大幅增加，以滿足母體、胎兒和胎盤對(duì)紅細(xì)胞生成、生長(zhǎng)和發(fā)育的需求。整個(gè)妊娠期通過胎盤平均向胎兒轉(zhuǎn)運(yùn)270 mg 鐵，而胎盤維持自身生長(zhǎng)及功能也需約90 mg 鐵，因此滋養(yǎng)細(xì)胞鐵負(fù)荷較大[13]。研究也證實(shí)，合體滋養(yǎng)細(xì)胞轉(zhuǎn)鐵蛋白受體高表達(dá)，滋養(yǎng)細(xì)胞內(nèi)鐵含量豐富，甚至在胎兒鐵缺乏時(shí)，滋養(yǎng)細(xì)胞內(nèi)鐵含量依然處于高水平[14]。

2.2 滋養(yǎng)細(xì)胞易受氧化應(yīng)激影響胚胎植入及早期胎盤形成過程中滋養(yǎng)細(xì)胞出現(xiàn)的生理性缺血-再灌注及缺氧-復(fù)氧過程，以及在正常妊娠期間維持胚胎發(fā)育出現(xiàn)的生理性應(yīng)激過程均可導(dǎo)致孕婦血清中ROS 生成增多[15]。而在子癇前期等病理妊娠中，子宮血管重塑障礙導(dǎo)致胎盤灌注和氧合作用減低時(shí)，線粒體為適應(yīng)低氧狀態(tài)出現(xiàn)細(xì)胞電子傳遞鏈最后的電子受體氧分子供應(yīng)不足，可導(dǎo)致大量ROS 和毒性脂質(zhì)過氧化物的產(chǎn)生，氧化應(yīng)激加劇[16]，增加了滋養(yǎng)細(xì)胞鐵死亡的易感性。

2.3 滋養(yǎng)細(xì)胞鐵死亡底物含量豐富胎盤滋養(yǎng)細(xì)胞富含多不飽和脂肪酸，尤其是花生四烯酸[17]。通過對(duì)胎盤滋養(yǎng)細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞和間質(zhì)成纖維細(xì)胞進(jìn)行單細(xì)胞測(cè)序，結(jié)果顯示滋養(yǎng)細(xì)胞高表達(dá)LPCAT3、ACSL4、LOX-5 和LOX-15[18]?；ㄉ南┧崾侨梭w最重要的多不飽和脂肪酸，可經(jīng)LPCAT3 和ACSL4 催化轉(zhuǎn)化成乙酰輔酶A，吸附進(jìn)磷脂，形成易被氧化的膜磷脂，增加了滋養(yǎng)細(xì)胞鐵死亡的底物及易感性。

3 鐵死亡與胎盤相關(guān)疾病

3.1 鐵死亡與妊娠期高血壓疾病研究發(fā)現(xiàn)，與正常孕婦相比，子癇前期患者血清鐵離子及轉(zhuǎn)鐵蛋白濃度均升高，且血清鐵離子濃度與妊娠期高血壓疾病嚴(yán)重程度有關(guān)[19]。過量鐵不僅可直接參與細(xì)胞膜脂質(zhì)過氧化過程，也可使孕婦血紅蛋白濃度及血液黏稠度升高，影響胎盤微循環(huán)，甚至?xí)淖兡c道菌群，影響微量元素吸收[20-21]，間接損傷滋養(yǎng)細(xì)胞活性。

丙二醛是鐵死亡過程中膜脂質(zhì)過氧化的終產(chǎn)物，能夠影響線粒體呼吸鏈復(fù)合物及線粒體內(nèi)關(guān)鍵酶活性，加劇細(xì)胞膜的損傷，引起蛋白質(zhì)、核酸等大分子的交聯(lián)聚合，具有細(xì)胞毒性，是反映機(jī)體脂質(zhì)過氧化程度的指標(biāo)之一，也可間接反映細(xì)胞鐵死亡損傷的程度。研究顯示，與正常孕婦相比，子癇前期患者血清丙二醛和多不飽和脂肪酸含量明顯增高[22]，說明子癇前期患者發(fā)病過程中存在鐵死亡相關(guān)性氧化應(yīng)激反應(yīng)過度。

硒是GPX4 的活性中心，具有清除脂質(zhì)過氧化物和抑制鐵死亡的作用。研究顯示血漿硒水平與子癇前期發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)呈負(fù)相關(guān)，妊娠期補(bǔ)充硒可顯著降低子癇前期的發(fā)生率[23]。Peng 等[24]對(duì)1 008 例子癇前期患者和1 386 例正常孕婦進(jìn)行GPX4 等位基因分析，發(fā)現(xiàn)具有GPX4 rs713041 基因型的孕婦更易發(fā)生早發(fā)型及重度子癇前期，說明GPX4 活性及基因多態(tài)性與子癇前期發(fā)病密切相關(guān)。Zhang 等[25]通過對(duì)比子癇前期和正常產(chǎn)婦胎盤滋養(yǎng)細(xì)胞發(fā)現(xiàn)，在子癇前期胎盤滋養(yǎng)細(xì)胞中GSH 含量和GPX4 活性降低，而二價(jià)鐵離子及丙二醛含量升高，滋養(yǎng)細(xì)胞鐵死亡增加，證實(shí)了鐵死亡參與子癇前期的發(fā)生及發(fā)展過程；通過低氧環(huán)境誘導(dǎo)人絨毛膜滋養(yǎng)層細(xì)胞系HTR-8/SVneo細(xì)胞建立子癇前期體外細(xì)胞模型發(fā)現(xiàn)GSH 含量降低，System Xc-及GPX4 活性下降，二價(jià)鐵離子濃度和丙二醛含量增加，滋養(yǎng)細(xì)胞鐵死亡增加，而滋養(yǎng)細(xì)胞的活性及侵襲能力明顯降低，通過鐵死亡抑制劑（甲磺酸去鐵胺）可以逆轉(zhuǎn)低氧條件下滋養(yǎng)細(xì)胞活力的降低；動(dòng)物實(shí)驗(yàn)也證實(shí)鐵死亡抑制劑可減輕高血壓大鼠模型子癇前期癥狀，降低血清及胎盤滋養(yǎng)細(xì)胞丙二醛、ROS 等鐵死亡標(biāo)志物水平。

3.2 鐵死亡與自然流產(chǎn)及早產(chǎn)Dewey 等[26]發(fā)現(xiàn)妊娠期血紅蛋白及血漿鐵蛋白濃度升高均可能增加早產(chǎn)及新生兒低出生體質(zhì)量的風(fēng)險(xiǎn)，推測(cè)與鐵過量產(chǎn)生的氧化應(yīng)激反應(yīng)有關(guān)。妊娠早期滋養(yǎng)細(xì)胞鐵死亡可誘發(fā)自然流產(chǎn)，Bai 等[27]通過對(duì)比妊娠早期自然流產(chǎn)及人工流產(chǎn)患者胎盤滋養(yǎng)細(xì)胞發(fā)現(xiàn)，與人工流產(chǎn)患者相比，自然流產(chǎn)患者胎盤滋養(yǎng)細(xì)胞GPX4 表達(dá)水平下降，細(xì)胞鐵死亡增加；通過短發(fā)夾RNA 敲低長(zhǎng)鏈非編碼RNA H19 表達(dá)慢病毒轉(zhuǎn)染HTR-8/SVneo 細(xì)胞建立體外自然流產(chǎn)滋養(yǎng)細(xì)胞模型發(fā)現(xiàn)，GPX4 表達(dá)下降，細(xì)胞鐵死亡增加，而應(yīng)用鐵死亡抑制劑干預(yù)后，細(xì)胞增殖實(shí)驗(yàn)顯示滋養(yǎng)細(xì)胞活力增加；妊娠中晚期胎盤滋養(yǎng)細(xì)胞鐵死亡與自發(fā)性早產(chǎn)關(guān)系密切，與足月產(chǎn)孕婦相比，自發(fā)性早產(chǎn)孕婦存在氧化應(yīng)激過度，血漿丙二醛濃度升高，而GSH 濃度明顯降低，胎盤滋養(yǎng)細(xì)胞內(nèi)出現(xiàn)多不飽和脂肪酸堆積。Beharier 等[28]發(fā)現(xiàn)自發(fā)性早產(chǎn)患者胎盤滋養(yǎng)細(xì)胞GPX4 活性下降，脂質(zhì)過氧化物堆積，鐵死亡增加。應(yīng)用鐵死亡抑制劑磷脂酶A2G6（phospholipase A2 group Ⅵ，PLA2G6）干預(yù)胎盤滋養(yǎng)細(xì)胞可阻斷因GPX4 抑制引起的滋養(yǎng)細(xì)胞鐵死亡，部分恢復(fù)滋養(yǎng)細(xì)胞活性。

3.3 鐵死亡與妊娠期糖尿病胎盤滋養(yǎng)細(xì)胞通過分泌多種類固醇類激素和細(xì)胞因子等調(diào)控母體血糖穩(wěn)定。滋養(yǎng)細(xì)胞損傷導(dǎo)致的胎盤內(nèi)分泌功能障礙是妊娠期糖尿病的重要發(fā)病機(jī)制[29]。高血糖會(huì)刺激滋養(yǎng)細(xì)胞氧化應(yīng)激產(chǎn)生過量的ROS，加重滋養(yǎng)細(xì)胞損傷，抑制其增殖和侵襲能力，使得子癇前期、FGR 和胎兒窘迫等胎盤功能障礙性疾病發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)增加[30]。美國(guó)國(guó)立兒童健康與人類發(fā)育研究所的一項(xiàng)研究選取了107 例妊娠期糖尿病患者和214 例健康孕婦，發(fā)現(xiàn)在妊娠早期鐵蛋白水平高的女性罹患妊娠期糖尿病的風(fēng)險(xiǎn)升高21%，妊娠15～26 周妊娠期糖尿病患者鐵調(diào)素濃度比健康孕婦高16%（2 組平均值分別為6.4 ng/mL 和5.5 ng/mL，P=0.02），并且與妊娠期糖尿病風(fēng)險(xiǎn)呈正相關(guān)（aOR=2.61，95%CI：1.07～6.36）；鐵蛋白水平也與妊娠期糖尿病風(fēng)險(xiǎn)呈正相關(guān)（妊娠10～14 周aOR=2.43，95%CI：1.12～5.28；妊娠15～26周aOR=3.95，95%CI：1.38～11.30）[31]。體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，高糖環(huán)境可通過下調(diào)滋養(yǎng)細(xì)胞GPX4 表達(dá)，激活脂質(zhì)過氧化，導(dǎo)致ROS 和丙二醛濃度升高，誘導(dǎo)滋養(yǎng)細(xì)胞鐵死亡，而鐵死亡抑制劑可緩解高糖誘導(dǎo)的滋養(yǎng)細(xì)胞鐵死亡程度[32]?？梢?，滋養(yǎng)細(xì)胞鐵死亡參與妊娠期糖尿病的發(fā)生和發(fā)展，并有望成為該病治療的靶點(diǎn)。

4 結(jié)語與展望

滋養(yǎng)細(xì)胞是胎盤組織中重要的功能細(xì)胞，在維持正常妊娠中具有重要作用，滋養(yǎng)細(xì)胞損傷與多種不良妊娠結(jié)局有關(guān)。滋養(yǎng)細(xì)胞是鐵死亡的易感細(xì)胞，目前研究已證實(shí)滋養(yǎng)細(xì)胞鐵死亡與妊娠期高血壓疾病、早產(chǎn)、流產(chǎn)及妊娠期糖尿病之間存在密切關(guān)系，但其分子機(jī)制尚不完全明確。鐵死亡在胎盤相關(guān)疾病中的研究尚處于初期階段，因此，進(jìn)一步探索滋養(yǎng)細(xì)胞鐵死亡在胎盤相關(guān)疾病中的調(diào)節(jié)機(jī)制已成為亟需解決的問題，并有可能為預(yù)測(cè)、預(yù)防和治療胎盤相關(guān)疾病提供理論依據(jù)和臨床決策支持。