天然產物調控與干預鐵死亡的研究進展

任 煜，劉婷婷，祝凌麗，張達志，祁冰潔，劉慧娟

（安慶醫(yī)藥高等?？茖W校，安徽 安慶 246052）

細胞死亡的過程對機體生存與發(fā)展具有非常重要意義。以前認為細胞死亡主要是兩種形式，包括細胞程序性死亡形式與非程序性死亡形式，凋亡、焦亡、自噬等屬于細胞程序性死亡形式[1]。但是近年來學者們又發(fā)現(xiàn)了一種新的程序性死亡，即鐵死亡，且越來越多的研究表明鐵死亡與神經系統(tǒng)疾病、心血管疾病、泌尿系統(tǒng)疾病、內分泌系統(tǒng)疾病、腫瘤等多種疾病的發(fā)生發(fā)展密切相關，為臨床疾病的治療提供了新的思路和方法。2012年Dixon等[2]首次提出鐵死亡的概念，鐵死亡是鐵依賴性的細胞死亡模式，主要特征是致死脂質活性氧（ROS）累積以及脂質過氧化物增多。鐵死亡的實質是細胞內脂質氧化代謝發(fā)生障礙，在鐵離子作用下代謝發(fā)生異常，當細胞抗氧能力減弱，活性氧堆積，使細胞內氧化還原失衡，誘導細胞死亡。鐵死亡細胞的超微形態(tài)學特征顯示為線粒體變小、膜密度增加，嵴減少或消失以及膜皺縮和外膜破裂。中國擁有豐富的天然產物資源。天然產物具有高效、低毒、多靶點、多通路等優(yōu)勢，學者們通過臨床研究發(fā)現(xiàn)天然產物干預鐵死亡具有一定療效和應用價值，因此，將天然產物在多種疾病中調控與干預鐵死亡進行綜述，挖掘天然產物以鐵死亡機制為靶點治療相關疾病，為探索研究相關疾病新療法提供理論依據(jù)。

1 天然產物調控干預鐵死亡治療相關疾病

1.1 天然產物調控與干預腫瘤細胞鐵死亡 隱丹參酮是一種從丹參酮中分離得出的天然物質。Jin-Li Liu等[3]探討隱丹參酮對人肝癌HepG2細胞鐵死亡的影響，他們在體外培養(yǎng)HepG2細胞，發(fā)現(xiàn)隱丹參酮對HepG2細胞的細胞活力具有顯著的抑制作用，并且導致細胞形態(tài)發(fā)生改變和死亡，隱丹參酮可顯著誘導HepG2細胞活性氧（ROS）積累，降低谷胱甘肽（GSH）水平，下調胱氨酸/谷氨酸反向運輸溶質載體家族7成員11（SLC7A11）和谷胱甘肽過氧化物酶4（GPX4）的表達，用鐵死亡抑制劑Fer-1、去鐵銨（DFO）和N-乙酰半胱氨酸（NAC）可以逆轉隱丹參酮引起的HepG2細胞活力下降的現(xiàn)象，鐵死亡抑制劑Fer-1對隱丹參酮誘導的ROS積累具有抑制作用，使GSH水平上調同時上調SLC7A11和GPX4的表達，表明隱丹參酮可通過抑制SLC7A11和GPX4的表達增加ROS的積累，誘導HepG2細胞鐵死亡。齊墩果酸可顯著減少宮頸癌Hela細胞的活力和增殖能力，也增加了宮頸癌Hela細胞氧化應激水平和Fe2+含量，并增加鐵死亡相關蛋白的表達[4]。使用siRNA干擾宮頸癌細胞中長鏈脂酰輔酶A合成酶4（ACSL4），可降低齊墩果酸細胞活力和增殖能力，表明齊墩果酸可通過調節(jié)ACSL4 鐵死亡信號通路抑制宮頸癌Hela細胞增殖。雙氫青蒿素（DHA）在神經膠質瘤細胞中會引起內質網(wǎng)應激，導致蛋白激酶R樣ER激酶（PERK）、激錄因子4(ATF4)誘導熱休克蛋白家族HSPA5表達上調，引起ROS的產生和脂質過氧化，誘導神經膠質瘤細胞鐵死亡[5]。姜黃素是一種眾所周知的癌癥抑制劑，可通過誘導鐵死亡來抑制乳腺癌細胞的活力，血紅素加氧酶-1（HO-1）促進了姜黃素誘導的鐵死亡[6]。穿心蓮具有抗癌作用同時具有化學增敏作用，在結直腸癌中，能增加5-氟尿嘧啶（5FU）在人結腸癌HCT116細胞和人結腸癌SW480細胞中的療效并且呈劑量依賴性，能激活鐵死亡和抑制β-連環(huán)蛋白/Wnt信號通路產生抗癌作用[7]。中華獼猴桃屬植物獼猴桃，已被批準為臨床廣泛使用的抗腫瘤藥物[8]。中華獼猴桃含有兩種主要的抗腫瘤成分，熊果酸和齊墩果酸。中華獼猴桃可顯著降低波形蛋白（Vimentin蛋白）、重組人Snail蛋白的表達水平，并且中華獼猴桃降低谷胱甘肽過氧化物酶4 （GPx4）和SLC7A11蛋白的表達水平，增加ROS的積累。鐵死亡抑制劑Ferrostatin-1 （Fer-1）能夠逆轉這些指標，說明中華獼猴桃能抑制鐵死亡抑制胃癌的增殖和遷移。沒食子酸有抑制鐵死亡產生抗腫瘤作用[9]。丹參酮IIA通過p53介導的SLC7A11下調誘導胃癌細胞鐵死亡[10]。銀杏葉衍生物銀杏素與順鉑協(xié)同增加晚期非靶向性非小細胞肺癌NSCLC細胞的細胞毒性，增加其脂質過氧化，使SLC7A11和GPX4的表達下調以及GSH/GSSG 比值的降低，銀杏素可介導轉錄因子NF-E2相關因子2/血紅素加氧酶-1（Nrf2/HO-1）軸激活晚期非靶向性非小細胞肺癌鐵死亡，增強順鉑對EGFR野生型非小細胞肺癌的治療效果[11]。鳶尾素可提高鐵死亡誘導劑Erastin誘導的游離鐵水平、減少脂質ROS水平以及增加谷胱甘肽耗竭，通過激活胰腺癌的鐵死亡進行癌癥的治療[12]。二氫丹參酮I (DHI)可降低人神經膠質瘤細胞的細胞活力，使鐵死亡抑制劑Fer-1在人神經膠質瘤細胞中阻斷DHI的誘導作用，通過誘導鐵死亡抑制人神經膠質瘤細胞的增殖[13]。

1.2 天然產物調控與干預鐵死亡治療神經系統(tǒng)疾病天麻素（GAS）是天麻中的主要的天然物質，Ting Jiang等[14]探討天麻素對小鼠海馬神經元（HT-22）細胞中谷氨酸誘導的神經毒性的保護作用。研究表明，天麻素通過Nrf2/HO-1信號通路抑制谷氨酸誘導的鐵死亡。他們用天麻素預處理HT-22細胞，發(fā)現(xiàn)能顯著減少谷氨酸誘導的細胞死亡和LDH的釋放，F(xiàn)er-1和去鐵銨（DFO）可逆轉上述結果，天麻素減少HT-22細胞中谷氨酸處理的ROS含量和鐵離子的濃度，天麻素還會增加Nrf2的核轉位，說明天麻素主要是通過Nrf2/HO-1信號通路的新機制保護HT-22細胞免受谷氨酸誘導的鐵死亡?；⒄溶帐菑暮问诪醺o中提取的單晶化合物，可降低創(chuàng)傷性腦損傷后鐵死亡信號分子 GPX4、SLC7A11、前列腺素內過氧化物合酶（PTGS2）和 大鼠ATP合酶脂結合蛋白（ATP5G3）mRNA水平，同時虎杖苷在體內外均能完全提高創(chuàng)傷性腦損傷GPx4活性，其作用強于體外經典鐵死亡抑制劑FER-1，虎杖苷可通過抑制鐵死亡對創(chuàng)傷性腦損傷的神經產生保護作用[15]。高良姜素可保護沙鼠腦缺血再灌注（I/R）損傷，沙鼠雙側頸總動脈結扎建立腦缺血模型，在Morris水迷宮（MWM）測試中，高良姜素治療后能改善腦缺血再灌注I/R損傷后沙鼠在學習和記憶方面表現(xiàn)，降低腦缺血再灌注沙鼠大腦中脂質過氧化物的水平，上調SLC7A11和谷胱甘肽過氧化物酶4（GPX4）的表達，當SLC7A11基因敲除后，高良姜素的作用被減弱[16]。表明高良姜素可以通過增強SLC7A11和GPX4的表達來抑制鐵死亡，并減少神經元細胞死亡。腦出血（ICH）是一種破壞性的中風亞型，發(fā)病率和死亡率較高。丹皮酚可通過抑制ACSL4顯著抑制氯化血紅素處理的神經元細胞鐵死亡，丹皮酚通過介導HOTAIR/UPF1/ACSL4 軸抑制鐵死亡治療腦出血[17]。異鉤藤堿（IRN）是中藥鉤藤的一種天然成分，具有很強的抗氧化活性。異鉤藤堿可降低鐵死亡和脂質ROS水平，上調miR-122-5p和SLC7A11 mRNA的表達，抑制TP53的表達，異鉤藤堿通過miR-122-5p/TP53/SLC7A11通路抑制鐵死亡保護腦出血引起的神經損傷[18]。

1.3 天然產物調控與干預鐵死亡治療心血管系統(tǒng)疾病 黃芩苷是一種天然黃酮苷，可保護心肌缺血/再灌注（I/R） 損傷，Zhenyu Fan等[19]使用心肌缺血/再灌注 （I/R）大鼠模型和氧-葡萄糖缺氧/復氧 （OGD/R）H9c2細胞闡明鐵死亡在黃芩素對心肌缺血/再灌注（I/R） 損傷的保護作用，發(fā)現(xiàn)黃芩苷改善心肌缺血/再灌注（I/R）誘導的ST段抬高、冠狀動脈血流（CF）、左心室收縮壓、梗死面積和病理變化，同時黃芩苷降低ACSL4的過表達，對損害H9C2細胞產生保護作用，說明黃芩苷通過抑制ACSL4介導的鐵死亡預防心肌缺血/再灌注損傷。心血管疾病的終末階段是心力衰竭（HF），其特征是由細胞死亡引起的心肌細胞損失。葛根素[20]可降低脈束帶誘導心力衰竭大鼠的鐵水平和脂質過氧化，增強細胞活力，葛根素通過減輕鐵死亡來預防壓力超負荷引起的心力衰竭。麥冬皂苷D可顯著影響心肌細胞鐵死亡相關蛋白的表達，增加細胞Fe2+水平、ROS水平，減低GSH含量，麥冬皂苷D可抑制鐵死亡對大鼠心肌細胞產生保護作用[21]。

1.4 天然產物調控與干預鐵死亡治療泌尿系統(tǒng)疾病仙茅苷（Curculigoside, CUR）是仙茅的天然成分，有研究[22]表明，潰瘍性結腸炎小鼠會誘導鐵死亡,仙茅苷治療顯著逆轉潰瘍性結腸炎小鼠中鐵死亡特征，仙茅苷也上調小腸上皮細胞IEC-6細胞中的GPX4轉錄水平。GPX4的基因敲除后顯著減少仙茅苷對鐵死亡IEC-6 細胞中細胞死亡、GSH 和丙二醛（MDA）含量以及乳酸脫氫酶（LDH）活性的保護作用，說明仙茅苷通過誘導GPX4來防止?jié)冃越Y腸炎中的鐵死亡。茯苓多糖（Pachymic acid,PA）是一種來自茯苓的羊毛甾烷型三萜類化合物，對小鼠進行雙側腎蒂夾閉40 min建立腎缺血再灌注損傷的模型，茯苓多糖處理后能增加小鼠鐵死亡相關蛋白GPX4的蛋白質的水平和mRNA表達水平，上調SLC7A11和HO-1水平，并增加核因子類紅細胞衍生2樣2（NRF2）信號通路成員的表達水平。表明茯苓多糖抑制腎臟鐵死亡對小鼠缺血再灌注誘導的急性腎損傷具有保護作用[23]。姜黃素是一種強大抗氧化劑，對腎臟具有一定的保護性，姜黃素治療可改善小鼠橫紋肌溶解誘導導致的血清肌酐水平增加，在姜黃素干預后，可上調小鼠內皮損傷、炎癥趨化因子和細胞因子表達、改變氧化還原平衡，使脂質過氧化增加和抗氧化防御降低，降低腎小管細胞死亡，姜黃素可通過抑制鐵死亡來減少與橫紋肌溶解相關的腎損傷[24]。

1.5 天然產物調控與干預鐵死亡治療內臟系統(tǒng)疾病銀杏內酯B（GB）是銀杏葉提取物的主要成分，Yuwei Yang等[25]探討GB抑制鐵死亡對高脂飲食所致非酒精性脂肪肝患者的減毒作用，他們給高脂肪飲食GB誘導的ApoE -/-小鼠灌胃GB并且用棕櫚酸和油酸（PA/OA）誘導的HepG2細胞分別用GB處理，分析鐵死亡相關蛋白的表達水平，包括核因子紅細胞 2（Nrf2）、HO-1 、GPX4、轉鐵蛋白受體-1（TFR1） 以及鐵蛋白重鏈-1 （FTH1）等，分析GB對Nrf2通路的影響，研究發(fā)現(xiàn)高脂肪飲食喂養(yǎng)的小鼠和PA/OA誘導的HepG2細胞都出現(xiàn)了鐵超載，TFR1上調和 FTH1下調、脂質過氧化和Nrf2 活性抑制的現(xiàn)象，同時Nrf2干擾后，GB處理上調Nrf2的表達，說明GB抑制鐵死亡對脂質積累和氧化應激引起的非酒精性脂肪肝（NAFLD）產生保護作用，這個作用可能與Nrf2信號通路有關。甘草甜素可導致L02細胞和肝組織中HMGB1蛋白水平顯著升高[26]。NRF2、HO-1和GPX4的表達顯著降低，LDH、Fe2+、丙二醛（MDA）和ROS水平升高，GSH水平降低，甘草甜素能抑制氧化應激導致鐵死亡對急性肝功能衰竭產生保護作用。大黃酚是掌上大黃根莖中分離出來的天然成分，大黃酚可改善乙型肝炎病毒X蛋白誘導的肝星狀細胞纖維化，改善肝星狀細胞纖維化主要通過調節(jié)內質網(wǎng)應激和鐵死亡來實現(xiàn)的[27]。

1.6 天然產物調控與干預鐵死亡治療內分泌系統(tǒng)疾病 槲皮素（3,3',4',5,7-五羥基黃酮）是植物界中分布最廣泛的黃酮類化合物之一，Dan Li等[28]在小鼠腹腔注射低劑量的鏈脲佐菌素（STZ）建立2型糖尿?。═2DM）小鼠模型，并且用槲皮素干預4個月，發(fā)現(xiàn)槲皮素降低了T2DM小鼠胰島中的鐵水平，通過減少GSH消耗，上調GPX4，改善2型糖尿病誘導的氧化應激反應，保護胰島β細胞。槲皮素可通過抑制胰腺鐵沉積和胰島β細胞鐵死亡對2型糖尿病具有治療作用。桑葉提取物主要活性成分隱綠原酸，可改善糖尿病模型血糖水平、鐵含量、脂質過氧化物的積累和胰島損傷，隱綠原酸通過激活胱氨酸/谷氨酸轉運蛋白系統(tǒng)（XC-）/GPX4/Nrf2來抑制鐵死亡，并在糖尿病中抑制核受體輔激活因子4（NCOA4），隱綠原酸可通過抑制鐵死亡具有良好的抗糖尿病作用[29]。番瀉葉苷A可明顯改善氧化應激反應，下調Nrf2、重組人血紅素氧合酶-1（HMOX-1）、PTGS2的表達，上調GPX4的表達，番瀉葉苷A通過抑制Nrf2/HMOX-1信號通路抑制鐵死亡治療糖尿病腎病[30]。

2 展望

鐵死亡作為目前新發(fā)現(xiàn)的一種細胞死亡方式，其機制和應用研究正處于快速發(fā)展時期。很多學者對鐵死亡研究有了開創(chuàng)性的發(fā)現(xiàn)。從機制來看，鐵死亡主要是鐵的參與、脂質過氧化物的產生以及ROS的積累。GPX4是鐵死亡的核心分子，近期發(fā)現(xiàn)FSP1、Nrf2、HO-1、TFR1、FTH1這些因子也參與鐵死亡，隨著研究的深入，會有更多參與鐵死亡的因子被發(fā)現(xiàn)。圍繞這些因子進一步研究鐵死亡的機制，為臨床應用提供更多可能的治療靶點，針對這些靶點有望開發(fā)新的藥物和新的治療方法。

綜上所述，鐵死亡作為新型的鐵依賴性的細胞死亡方式與很多疾病有著密切的關系，是備受關注的一種細胞死亡方式。天然產物現(xiàn)在在臨床上應用的也越來越廣泛，但是如何應用天然產物調控與干預鐵死亡治療疾病還在探索階段，深入挖掘天然產物與鐵死亡關系的相關研究很少，具體發(fā)生的機制也有待進一步明確，但是隨著鐵死亡研究以及天然產物研究的逐漸深入，針對調控與干預鐵死亡的天然產物的研究將具有很好的前景，為提升天然藥物的療效提供參考。