鐵死亡及其與新生兒缺氧缺血性腦病的關(guān)系

雙麗燕，張麗梅，黃志華，江麗霞

（1.贛南醫(yī)學(xué)院2020級(jí)碩士研究生；2.贛南醫(yī)學(xué)院心腦血管疾病防治教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；3.贛南醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院；4.贛南醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院，江西 贛州 341000）

細(xì)胞死亡對(duì)維持機(jī)體動(dòng)態(tài)平衡及發(fā)育是不可或缺的，也與各種疾病的發(fā)生、發(fā)展和預(yù)后密切相關(guān)。在哺乳動(dòng)物中發(fā)現(xiàn)多種細(xì)胞死亡方式如壞死、凋亡、自噬及焦亡等，但這些都不能夠充分解釋細(xì)胞的死亡［1］。鐵死亡是近些年來(lái)確認(rèn)的不同于壞死、凋亡、自噬、焦亡的細(xì)胞死亡方式，有獨(dú)特的形態(tài)、生化和遺傳特性［2］，其主要特征包括：活性氧水平的提升、細(xì)胞內(nèi)谷胱甘肽過(guò)氧化物酶4的減少、脂質(zhì)過(guò)氧化物的積累和鐵代謝異常等［3］。研究表明，鐵死亡不僅在腫瘤中起重要作用，還與缺血/再灌注損傷及神經(jīng)系統(tǒng)疾病有密切聯(lián)系［4］。鐵死亡也發(fā)生在缺氧缺血性腦?。╤ypoxic ischemic encephalopathy，HIE）實(shí)驗(yàn)動(dòng)物模型的海馬組織中［5］，但研究仍處于初步階段。因此，探究鐵死亡的特點(diǎn)和機(jī)制是推進(jìn)相關(guān)研究的助力。

1 鐵死亡的概念和特點(diǎn)

鐵死亡是一種鐵依賴的、區(qū)別于其他細(xì)胞死亡方式的新型調(diào)節(jié)性細(xì)胞死亡［6］，其受到包括谷胱甘肽、谷胱甘肽過(guò)氧化物酶4等在內(nèi)的抗氧化系統(tǒng)的嚴(yán)密調(diào)控［7］。當(dāng)抗氧化系統(tǒng)發(fā)生障礙時(shí)，可致脂質(zhì)過(guò)氧化物的異常積累，引起鐵死亡。Erastin是鐵死亡的重要誘導(dǎo)劑，最早是在篩選抗腫瘤藥物中發(fā)現(xiàn)的，對(duì)鐵死亡的發(fā)現(xiàn)具有極其重要的意義，它可以選擇性地作用于表達(dá)致癌基因Ras的腫瘤細(xì)胞，并使之死亡，而Erastin誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡在形態(tài)、生化和遺傳水平上與其他細(xì)胞死亡方式顯著不同，并且使用鐵螯合劑可抑制這種細(xì)胞死亡，因此，將這種細(xì)胞死亡方式確定為鐵死亡［8］。鐵死亡與其他細(xì)胞死亡方式的顯著區(qū)別在于線粒體變小、膜密度濃縮、嵴減少或消失［8］，并且針對(duì)其他細(xì)胞死亡的小分子抑制劑對(duì)鐵死亡誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡不發(fā)揮作用，而抗氧化劑和鐵螯合劑卻能阻止這種細(xì)胞死亡［1］。

2 鐵死亡的發(fā)生機(jī)制

鐵死亡是近幾年新發(fā)現(xiàn)的細(xì)胞死亡方式，相關(guān)機(jī)制研究還不完全清楚，目前研究認(rèn)為，主要與谷胱甘肽過(guò)氧化物酶4（glutathione peroxidase 4，GPX4）、胱氨酸-谷氨酸逆向轉(zhuǎn)運(yùn)體（System Xc-）、p53、線粒體電壓依賴性陰離子通道、自噬、鐵代謝等有關(guān)。

2.1 GPX4與鐵死亡GPX4是哺乳動(dòng)物中8種谷胱甘肽過(guò)氧化物酶之一，也是唯一能夠減少酯化的氧化脂肪酸和膽固醇?xì)溥^(guò)氧化物的酶［9］，谷胱甘肽是其主要的底物。在生理?xiàng)l件下，GPX4可將脂質(zhì)過(guò)氧化物還原為脂醇，以保護(hù)細(xì)胞免受氧化應(yīng)激的損害［10］，當(dāng)使用小干擾RNAs對(duì)HT-1080細(xì)胞的GPX4基因敲減后，可導(dǎo)致脂質(zhì)代謝產(chǎn)物的累積及細(xì)胞死亡［11］，因此，GPX4在鐵死亡中起關(guān)鍵作用。通過(guò)影響GPX4合成或活性可以介導(dǎo)鐵死亡。

一方面，通過(guò)抑制System Xc-活性，間接降低GPX4活性，從而介導(dǎo)鐵死亡。由于System Xc-是介導(dǎo)細(xì)胞表面胱氨酸和谷氨酸交換的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白［12］，因此Erastin、sorafenib等作為System Xc-的抑制劑，可通過(guò)直接抑制System Xc-的活性，降低谷胱甘肽的合成，從而降低GPX4活性，增加活性氧（reactive oxygen species，ROS）水平，引起鐵死亡［13］。另一方面，也可通過(guò)直接抑制GPX4的活性而介導(dǎo)鐵死亡。例如，研究篩選鑒定的一種新型Ras選擇性致死小分子（ras-selective-lethal compound，RSL），已知其至少有兩種表型，即RSL3和RSL5，與Erastin誘導(dǎo)的鐵死亡具有一些共同特征，都能夠引起ROS水平升高。其中RSL3不需要通過(guò)System Xc-，而是直接作用于GPX4使其失活，導(dǎo)致ROS水平升高，引起鐵死亡［14］。RSL5則不作用于GPX4，而是通過(guò)其他途徑誘導(dǎo)鐵死亡［15］。除RSL家族小分子能誘導(dǎo)鐵死亡外，研究還發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)IN（ferroptosis inducing）化合物如DPI7、DPI10、DPI12等也可誘導(dǎo)鐵死亡，且大部分FIN化合物都是直接通過(guò)調(diào)節(jié)GPX4的活性誘導(dǎo)鐵死亡［15］。

此外，通過(guò)影響GPX4的合成也可介導(dǎo)鐵死亡。GPX4是一種硒蛋白，甲羥戊酸（mevalonic acid，MVA）途徑是合成硒蛋白的重要途徑［14］，經(jīng)MVA途徑合成GPX4需要硒代半胱氨酸t(yī)RNA轉(zhuǎn)錄子，當(dāng)硒代半胱氨酸t(yī)RNA的成熟受阻時(shí)，將抑制硒蛋白GPX4的合成。因此，抑制MVA途徑可使硒代半胱氨酸t(yī)RNA成熟受阻，影響GPX4的合成［11，16］，從而影響鐵死亡。

綜上所述，GPX4是影響鐵死亡的關(guān)鍵物質(zhì)，直接或間接地抑制GPX4的合成或活性，引起活性氧的積累，最終引起鐵死亡。

2.2 System Xc-與鐵死亡System Xc-是由輕鏈xCT（SLC7A11）和重鏈4F2（SLC3A2）組成，介導(dǎo)細(xì)胞外胱氨酸和細(xì)胞內(nèi)谷氨酸進(jìn)行1∶1交換的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白［12，17］，也是合成谷胱甘肽（glutathione，GSH）所必需的［13］。研究表明，System Xc-的抑制劑如Erastin可通過(guò)抑制System Xc-的活性，降低谷胱甘肽合成，從而降低GPX4活性，增加ROS水平，引起鐵死亡［13］。谷胱甘肽和半胱氨酸是System Xc-介導(dǎo)鐵死亡的兩種重要物質(zhì)。谷胱甘肽是細(xì)胞內(nèi)主要的內(nèi)源性還原劑［12］，半胱氨酸是谷胱甘肽合成的輔助物質(zhì)。若谷胱甘肽缺乏，半胱氨酸攝取阻斷或合成減少，可誘導(dǎo)氧化應(yīng)激，導(dǎo)致鐵死亡［18］。HAYANO M等［19］通過(guò)全基因組siRNA篩選確認(rèn)了一種因子——半胱氨酰-tRNA合成酶（cysteinyl-tRNA synthetase，CARS），經(jīng)證實(shí)，CARS的缺失可誘導(dǎo)轉(zhuǎn)硫途徑，促進(jìn)半胱氨酸的合成，從而抑制鐵死亡，因而通過(guò)敲除CARS基因可以抑制Erastin引起的鐵死亡。

此外，抑制System Xc-功能還可上調(diào)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激反應(yīng)相關(guān)基因——陽(yáng)離子轉(zhuǎn)運(yùn)調(diào)節(jié)蛋白1（cation transport regulator-like protein 1，CHAC1）的轉(zhuǎn)錄，導(dǎo)致內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，由此推斷，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激可能參與了鐵死亡［17］?？傊?，抑制System Xc-可引起胱氨酸攝取障礙，導(dǎo)致谷胱甘肽耗竭，從而降低GPX4的活性，提升脂質(zhì)活性氧的水平，導(dǎo)致細(xì)胞鐵死亡。

2.3 p53與鐵死亡p53是一種控制細(xì)胞增殖和凋亡的腫瘤抑制轉(zhuǎn)錄因子［20］，可以通過(guò)控制或消除潛在的危險(xiǎn)細(xì)胞來(lái)維持機(jī)體的動(dòng)態(tài)平衡，因此在抗腫瘤方面發(fā)揮著重要的功能。一方面，p53可以通過(guò)降低細(xì)胞內(nèi)活性氧的水平防止氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的細(xì)胞損傷和死亡；另一方面，高水平的應(yīng)激或損傷導(dǎo)致p53的激活，從而誘導(dǎo)細(xì)胞死亡［21］。目前認(rèn)為，p53主要是通過(guò)在轉(zhuǎn)錄水平上影響多種下游分子的表達(dá)進(jìn)而調(diào)節(jié)鐵死亡，其中與之密切相關(guān)的下游分子包括胱氨酸/谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白-溶質(zhì)載體家族7成員11（solute carrier family7 member11，SLC7A11）和精 脒/精 胺N1-乙 酰 基 轉(zhuǎn) 移 酶1（spermine N1-acetyltransferase 1，SAT1）。

SLC7A11基因是p53介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄抑制靶點(diǎn)，研究發(fā)現(xiàn)p53通過(guò)抑制系統(tǒng)Xc-的關(guān)鍵成分SLC7A11的表達(dá)，減少胱氨酸攝取，降低GPX4的合成，從而誘導(dǎo)鐵死亡［22］。p533KR是p53中有三個(gè)賴氨酸突變（K117/161/162R）的乙?；毕萃蛔凅w，雖然缺失了p53的常規(guī)功能如細(xì)胞周期的停滯、凋亡等，但在ROS誘導(dǎo)條件下，依然可以抑制SLC7A11表達(dá)從而誘導(dǎo)鐵死亡［22］。而SAT1基因作為p53轉(zhuǎn)錄新靶標(biāo)，在多胺分解代謝中扮演重要角色，參與調(diào)節(jié)細(xì)胞的生長(zhǎng)、增殖和分化［23］。研究顯示，SAT1參與p53誘導(dǎo)的鐵死亡依賴一種催化花生四烯酸過(guò)氧化的脂氧合酶（arachidonate 15-lipoxygenase，ALOX15），它獨(dú)立于SLC7A11或在其下游發(fā)揮作用，也不調(diào)節(jié)GPX4的表達(dá)水平，研究顯示，SAT1可增加ALOX15的表達(dá)，導(dǎo)致脂質(zhì)過(guò)氧化，誘發(fā)鐵死亡，而ALOX15抑制劑也可完全逆轉(zhuǎn)SAT1誘導(dǎo)的鐵死亡［24］。近年來(lái)，隨著研究深入，又發(fā)現(xiàn)許多p53的靶點(diǎn)如細(xì)胞色素c氧化酶2、谷氨酰胺酶2等，p53可以在轉(zhuǎn)錄水平上抑制這些靶基因的表達(dá)，從而介導(dǎo)鐵死亡［25］。

值得注意的是，p53在介導(dǎo)鐵死亡中起雙重作用，在對(duì)人結(jié)直腸癌的研究中發(fā)現(xiàn)，由Erastin誘導(dǎo)的鐵死亡中p53可以與二肽基肽酶-4（dipeptidyl peptidase 4，DPP4）形成復(fù)合物，阻斷DPP4的活性，進(jìn)入核內(nèi)調(diào)節(jié)SLC7A11的表達(dá)，從而抑制鐵死亡；p53缺失時(shí)，DPP4可以與NADPH氧化酶1（NADPH oxidase 1，NOX1）形成復(fù)合物，增加脂質(zhì)活性氧水平，從而促進(jìn)鐵死亡［26］。總之，p53可通過(guò)多種下游靶基因的轉(zhuǎn)錄，在不同病理模型中對(duì)鐵死亡發(fā)揮著不同作用。

2.4 線粒體電壓依賴性陰離子通道與鐵死亡線粒體電壓門控通道（voltage-dependent anion channels，VDAC）負(fù)責(zé)線粒體外膜大部分代謝物及離子跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)［27］。VDAC有三種異構(gòu)體，分別為VDAC1、VDAC2和VDAC3。通過(guò)親和純化和質(zhì)譜分析發(fā)現(xiàn)Erastin可以通過(guò)調(diào)節(jié)VDAC發(fā)揮作用，進(jìn)一步使用放射性標(biāo)記的類似物和過(guò)濾結(jié)合實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了Erastin與VDAC2直接結(jié)合；通過(guò)分別敲低VDAC2和VDAC3基因，研究它們?cè)诩?xì)胞對(duì)Erastin的敏感性中發(fā)現(xiàn)，敲低VDAC3比敲低VDAC2細(xì)胞對(duì)Erastin更加敏感；但相比之下，若僅升高VDAC3的表達(dá)并不增加細(xì)胞對(duì)Erastin的敏感性［28］。此外，用siRNA研究各亞型在HepG2人肝癌細(xì)胞線粒體代謝中的作用，結(jié)果表明，游離微管蛋白可以抑制VDAC1和VDAC2，但不抑制VDAC3［29］，Erastin可通過(guò)介導(dǎo)微管蛋白-VDAC相互作用，影響線粒體外膜的通透性，引起非凋亡細(xì)胞死亡［28］。另外，研究發(fā)現(xiàn)，RSL5與Erastin一樣可通過(guò)調(diào)節(jié)VDAC，激活氧化、非凋亡細(xì)胞死亡途徑［14］。因此，結(jié)合鐵死亡細(xì)胞中線粒體形態(tài)結(jié)構(gòu)的改變，VDACs作為Erastin和RSL5的潛在靶標(biāo)可能參與了鐵死亡。

2.5 自噬與鐵死亡自噬可以維持機(jī)體的內(nèi)穩(wěn)態(tài)，應(yīng)對(duì)環(huán)境應(yīng)激從而保護(hù)細(xì)胞，然而，過(guò)度的自噬可引起細(xì)胞死亡［30］。自噬還可調(diào)節(jié)細(xì)胞鐵穩(wěn)態(tài)和細(xì)胞內(nèi)活性氧的產(chǎn)生，因此在調(diào)節(jié)鐵死亡中起著重要作用［31］。研究發(fā)現(xiàn)，自噬相關(guān)基因（autophagyrelated genes，ATG）在介導(dǎo)自噬過(guò)程中起到關(guān)鍵作用，其中ATG5和ATG7促進(jìn)自噬小體的形成。研究認(rèn)為，ATG5介導(dǎo)的自噬是鐵蛋白降解所必需的［30］。一方面，鐵蛋白是細(xì)胞內(nèi)主要的鐵儲(chǔ)存庫(kù)，吞噬鐵蛋白向溶酶體運(yùn)送需要核受體共激活因子4（nuclear receptor coactivator-4，NCOA4）。當(dāng)NCOA4缺乏時(shí)，細(xì)胞不能有效降解鐵蛋白，因而引起細(xì)胞內(nèi)鐵的減少［32］，提示通過(guò)NCOA4介導(dǎo)的自噬途徑吞噬鐵蛋白，引起鐵的釋放，可以增加細(xì)胞內(nèi)活性鐵的水平，從而促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)活性氧的快速積累，導(dǎo)致鐵死亡的發(fā)生［33］。此外，轉(zhuǎn)鐵蛋白作為一種與鐵結(jié)合的血漿蛋白，可以控制細(xì)胞內(nèi)的鐵水平。有相關(guān)研究報(bào)道，自噬也能通過(guò)誘導(dǎo)轉(zhuǎn)鐵蛋白受體1的表達(dá)而導(dǎo)致鐵死亡［33］。因此，進(jìn)一步研究自噬在鐵死亡中的作用可能為今后的相關(guān)疾病研究提供新的思路。

2.6 鐵代謝異常與鐵死亡鐵是一種以二價(jià)態(tài)存在活細(xì)胞內(nèi)至關(guān)重要的微量元素［34］，是維持機(jī)體生命所必需的，包括氧運(yùn)輸、DNA合成、紅細(xì)胞生成和ATP的產(chǎn)生等。然而，二價(jià)鐵也具有氧化還原活性，過(guò)多時(shí)可產(chǎn)生活性氧，導(dǎo)致氧化應(yīng)激，從而引起細(xì)胞死亡［35］。在生理?xiàng)l件下，機(jī)體通過(guò)嚴(yán)格的代謝系統(tǒng)以維持鐵穩(wěn)態(tài)。鐵代謝過(guò)程主要涉及鐵蛋白、轉(zhuǎn)鐵蛋白、轉(zhuǎn)鐵蛋白受體及一些新發(fā)現(xiàn)的鐵代謝調(diào)節(jié)蛋白等。早期研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)氨基酸缺乏時(shí)，可以誘導(dǎo)小鼠胚胎成纖維細(xì)胞鐵死亡，同時(shí)證實(shí)了誘發(fā)鐵死亡需要谷氨酰胺和谷氨酰胺溶解及轉(zhuǎn)鐵蛋白的作用［36］。

近年來(lái)隨著研究的深入，在有關(guān)鐵代謝方面取得了突破性的進(jìn)展。在遺傳性血色病小鼠肝細(xì)胞中，抑制金屬轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白——溶質(zhì)載體家族成員14（solute carrier family member 14，SLC39A14）編碼基因的表達(dá)顯著降低肝臟和胰腺對(duì)血漿中非轉(zhuǎn)鐵蛋白結(jié)合的鐵（non-transferrin-bound iron，NTBI）的攝取，減緩了肝細(xì)胞和胰腺腺泡細(xì)胞鐵沉積，從而減輕肝臟和胰腺的鐵負(fù)荷以及鐵超載相關(guān)病理?yè)p傷［37］。同樣，金屬離子轉(zhuǎn)運(yùn)體-1（divalent metal transporter 1，DMT1）也可以吸收NTBI，利用肝臟特異的DMT1基因敲除小鼠驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)它對(duì)肝臟NTBI的攝取和肝細(xì)胞鐵負(fù)荷是必不可少的［37］，說(shuō)明DMT1調(diào)控了鐵代謝。因此，SLC39A14和DMT1可通過(guò)調(diào)節(jié)鐵代謝在鐵死亡中發(fā)揮重要的作用。

此外，在另一項(xiàng)研究中，核轉(zhuǎn)錄因子-E2相關(guān)因子2（nuclear factor erythroid-2 related factor 2，Nrf2）基因敲除小鼠中觀察到鐵蛋白H的表達(dá)降低，說(shuō)明Nrf2可能參與了鐵蛋白H的調(diào)節(jié)［34］。以上研究提示，轉(zhuǎn)鐵蛋白、谷氨酰胺、SLC39A14、DMT1、Nrf2參與了鐵代謝，并與鐵死亡的發(fā)生密切相關(guān)。

2.7 其他調(diào)節(jié)鐵死亡的途徑研究證明熱休克蛋白β-1（heat shock protein beta-1，HSPB1）作為負(fù)調(diào)節(jié)因子參與癌細(xì)胞的鐵死亡過(guò)程。Erastin刺激癌細(xì)胞的熱休克因子1（heat shock factor 1，HSF1）依賴于HSPB1的表達(dá)或磷酸化，從而減少鐵引起的ROS的產(chǎn)生，進(jìn)而減緩癌癥的損害［38］。LIU Y等［39］利用谷氨酸處理HT22細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞死亡明顯增多，但這種作用可被5-脂氧合酶抑制劑抑制，這種抑制劑主要是減少谷氨酸誘導(dǎo)的活性氧的產(chǎn)生，卻不能減少谷胱甘肽的消耗，同時(shí)這種谷氨酸誘導(dǎo)的HT22細(xì)胞死亡能被鐵死亡抑制劑鐵抑素-1顯著抑制。因此，5-脂氧合酶抑制劑部分地通過(guò)抑制鐵死亡來(lái)保護(hù)神經(jīng)元免受谷氨酸誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激損傷［39］。此外血紅素加氧酶-1是鐵死亡過(guò)程中的重要酶，有學(xué)者認(rèn)為其可能參與細(xì)胞內(nèi)鐵的補(bǔ)充，增加脂質(zhì)過(guò)氧化物水平，從而促進(jìn)Erastin誘導(dǎo)鐵死亡［6］。總之，鐵死亡依然存在一些待發(fā)現(xiàn)的機(jī)制，值得進(jìn)一步深入研究。

3 鐵死亡與新生兒缺氧缺血性腦病

HIE是由于新生兒圍產(chǎn)期窒息引起缺氧缺血的神經(jīng)系統(tǒng)疾病，其病理生理變化構(gòu)成一個(gè)級(jí)聯(lián)反應(yīng)過(guò)程，最終引起神經(jīng)細(xì)胞的死亡，是導(dǎo)致臨床上新生兒高發(fā)病率和致殘率的重要原因之一［40］。目前HIE的發(fā)病機(jī)制尚不十分明了，主要涉及氧化應(yīng)激、線粒體功能障礙、谷氨酰胺能興奮毒性和細(xì)胞凋亡等［41］。以此為基礎(chǔ)應(yīng)用于臨床治療上的效果改善并不明顯［40］，說(shuō)明HIE中存在更加復(fù)雜的發(fā)病機(jī)制，這使得治療HIE存在較大困難，因此，我們需要對(duì)HIE的損傷機(jī)制有更深入的挖掘。在HIE中涉及多種細(xì)胞死亡類型，如凋亡、壞死、自噬、焦亡，最近發(fā)現(xiàn)還與鐵死亡有關(guān)［5，42］。而鐵死亡作為一種新發(fā)現(xiàn)的細(xì)胞死亡方式，在HIE中的作用機(jī)制尚不清楚，因而探究其與HIE之間的關(guān)系及存在的潛在機(jī)制，對(duì)HIE的治療提供新的途徑具有重要意義。

有研究顯示，鐵死亡存在于多種神經(jīng)系統(tǒng)疾病中，如腦出血、腦缺血再灌注損傷、帕金森病等［4］。研究發(fā)現(xiàn)，在膠原酶誘導(dǎo)的小鼠腦出血模型中發(fā)生了鐵死亡，并且給予鐵死亡抑制劑鐵抑素-1可以減少鐵沉積，阻止海馬神經(jīng)元死亡，以及改善小鼠的神經(jīng)功能［43］，說(shuō)明鐵死亡參與了腦出血的神經(jīng)損傷過(guò)程。同樣，在腦缺血再灌注損傷動(dòng)物模型中通過(guò)鼻腔注射鐵螯合劑去鐵胺可以大幅度減少腦損傷面積，展現(xiàn)出顯著的保護(hù)作用［44］。鐵死亡的相關(guān)機(jī)制也出現(xiàn)在HIE的病理過(guò)程中，如氧化應(yīng)激、脂質(zhì)過(guò)氧化、線粒體功能障礙、鐵代謝失衡等［45］。

在缺氧缺血（hypoxic ischemic，HI）期間，大量的自由基和活性氧的累積可引起氧化應(yīng)激，是導(dǎo)致大腦病理?yè)p傷的重要原因［46］。生理情況下，ROS主要產(chǎn)生于線粒體，并由谷胱甘肽過(guò)氧化物酶等抗氧化酶清除。而在缺氧缺血期間，由于代謝障礙，抗氧化酶不能立即清除ROS，導(dǎo)致ROS過(guò)量積累，引起脂質(zhì)過(guò)氧化［40］。線粒體功能障礙也可致線粒體內(nèi)脂質(zhì)過(guò)氧化物的積累，在HI誘導(dǎo)的神經(jīng)損傷中起到關(guān)鍵作用［47］。然而，越來(lái)越多的證據(jù)支持，線粒體功能障礙可引起鐵蓄積和脂質(zhì)過(guò)氧化，從而促進(jìn)鐵死亡的發(fā)生［48］，提示線粒體功能障礙可能通過(guò)引發(fā)鐵死亡而在HIE中發(fā)揮神經(jīng)損傷作用。此外，臨床研究表明，圍產(chǎn)期窒息新生兒臍帶血中發(fā)現(xiàn)脂質(zhì)過(guò)氧化產(chǎn)物丙二醛的水平明顯升高，并且與腦損傷嚴(yán)重程度呈正相關(guān)［49］，進(jìn)一步表明鐵死亡可能在HIE中發(fā)揮重要作用。

鐵對(duì)大腦發(fā)育發(fā)揮著重要的作用。在生理?xiàng)l件下，大部分的鐵與蛋白質(zhì)結(jié)合而儲(chǔ)存，對(duì)機(jī)體無(wú)害［50］。然而游離鐵可通過(guò)Fenton反應(yīng)產(chǎn)生有害物質(zhì)，對(duì)蛋白質(zhì)、核酸造成損害及引發(fā)脂質(zhì)過(guò)氧化，造成細(xì)胞鐵死亡［51］。腦鐵代謝可能在HIE中發(fā)揮著重要的作用。在HIE的臨床研究中發(fā)現(xiàn)，新生兒臍帶血中游離非蛋白結(jié)合鐵（non-protein-bound iron，NPBI）增加，而NPBI可通過(guò)Fenton反應(yīng)產(chǎn)生活性氧，破壞細(xì)胞膜，一旦NPBI穿過(guò)血腦屏障，神經(jīng)細(xì)胞損傷可能變得更嚴(yán)重［52］。HIE動(dòng)物模型的研究表明，通過(guò)向腦內(nèi)注射轉(zhuǎn)鐵蛋白對(duì)腦白質(zhì)損傷有緩和作用，并且可以減少神經(jīng)元丟失［53］。促紅細(xì)胞生成素（Erythropoietin，EPO）在多種神經(jīng)系統(tǒng)疾病中具有抗氧化、抗凋亡的作用。此外，EPO還促進(jìn)紅細(xì)胞生成，進(jìn)而調(diào)節(jié)鐵穩(wěn)態(tài)［54］。研究發(fā)現(xiàn)，促紅細(xì)胞生成素不僅在HIE動(dòng)物模型中具有神經(jīng)保護(hù)和促進(jìn)再生作用，而且在臨床上也顯示出神經(jīng)保護(hù)及改善預(yù)后作用［55］。有學(xué)者認(rèn)為，在缺氧環(huán)境下，EPO可以通過(guò)催化鐵螯合間接抑制Fenton反應(yīng)，清除自由基，從而起抗氧化作用［54］。因此，腦內(nèi)鐵代謝可能參與了HIE的發(fā)病過(guò)程。

此外，谷氨酸的興奮毒性作用是引發(fā)神經(jīng)元和膠質(zhì)細(xì)胞鐵死亡的原因之一［56］。在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中谷氨酸/胱氨酸逆轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白System Xc-是一種重要的抗氧化防御機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)，谷氨酸可通過(guò)抑制System Xc-，導(dǎo)致谷胱甘肽水平降低，引起少突膠質(zhì)細(xì)胞鐵死亡［56］。同樣，這種由谷氨酸介導(dǎo)的System Xc-抑制和谷胱甘肽水平降低的細(xì)胞毒性作用也早已在神經(jīng)元細(xì)胞系中被證實(shí)［57］。而在新生兒缺血缺氧期間，谷氨酸受體的過(guò)度刺激及細(xì)胞外谷氨酸水平的提高被認(rèn)為是造成腦損傷的重要發(fā)病機(jī)制［40］。同時(shí)，臨床研究也顯示，在中重度缺血缺氧性腦病的新生兒腦脊液中檢測(cè)到高水平的谷氨酸［58］。由此，HIE中的谷氨酸毒性作用也可能涉及類似于上述谷氨酸介導(dǎo)的鐵死亡機(jī)制。

雖然新生兒大腦發(fā)育情況與成人相比較為復(fù)雜，細(xì)胞死亡機(jī)制也大不相同，但在HIE的臨床和動(dòng)物模型研究中均發(fā)現(xiàn)鐵死亡存在的特征［5］?？傊?，鐵死亡在HIE腦損傷中可能發(fā)揮重要作用，探究其在HIE中的潛在機(jī)制對(duì)治療HIE具有巨大的潛力。

4 展望

鐵死亡作為一種新發(fā)現(xiàn)的細(xì)胞死亡方式，相關(guān)機(jī)制研究還不完全清楚，盡管研究發(fā)現(xiàn)鐵死亡可能通過(guò)影響脂質(zhì)過(guò)氧化、鐵代謝、線粒體功能、谷氨酸代謝等方面在HIE中發(fā)揮重要作用，但其在HIE中的作用機(jī)制研究尚不深入。因此，隨著鐵死亡的研究深入，抑制鐵死亡有望作為HIE等神經(jīng)系統(tǒng)疾病治療的新途徑。