細(xì)胞鐵死亡的形態(tài)學(xué)特征及相關(guān)疾病治療*

趙悄雅 常恒瑞 常彥忠

（1）河北師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院鐵代謝分子生物學(xué)研究室，石家莊 050024；2）河北醫(yī)科大學(xué)第三醫(yī)院脊柱外科，石家莊 050051）

細(xì)胞死亡作為整個(gè)細(xì)胞生命過(guò)程的一個(gè)環(huán)節(jié)，在多細(xì)胞生物體的生長(zhǎng)發(fā)育和代謝穩(wěn)態(tài)的維持中起著重要的作用，是生命的基本特征之一。大量研究證實(shí)，細(xì)胞凋亡（apoptosis）、程序性壞死（necroptosis） 、 自 噬 （autophagy） 、 焦 亡（pyroptosis）等參與多種疾病的發(fā)病過(guò)程之中，針對(duì)單一的途徑進(jìn)行靶向治療，多數(shù)情況下只能有限地緩解疾病。隨著研究的不斷深入，新的細(xì)胞死亡方式不斷發(fā)現(xiàn)，為全面認(rèn)識(shí)疾病的發(fā)生、發(fā)展和治療提供了更加全面的理論依據(jù)。鐵死亡是一種鐵依賴性的受調(diào)控的細(xì)胞死亡方式，與鐵積累和脂質(zhì)過(guò)氧化這兩個(gè)主要的生化特征有關(guān)。谷胱甘肽過(guò)氧化物酶4（glutathione peroxidase 4，GPX4）是鐵死亡的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，當(dāng)其活性受到抑制，細(xì)胞的抗氧化能力下降，造成活性氧（reactive oxygen species，ROS）大量堆積時(shí)，引發(fā)氧化損傷而導(dǎo)致鐵死亡。一直以來(lái)，研究者對(duì)鐵死亡、凋亡、自噬、程序性壞死等細(xì)胞死亡的分子調(diào)控通路十分重視，其形態(tài)學(xué)上的特征差異有待得到應(yīng)有的關(guān)注。本文重點(diǎn)就鐵死亡與其他細(xì)胞死亡方式在形態(tài)學(xué)特征上的區(qū)別及其與疾病的關(guān)系進(jìn)行綜述，以期更好地理解鑒別鐵死亡和其他細(xì)胞死亡類型，為臨床上選用恰當(dāng)治療手段提供幫助。

1 鐵死亡

Dolma 等［1］于2003 年篩選出了一種新的化合物Erastin， 能選擇性地殺死大鼠肉瘤（rat sarcoma，RAS）基因突變的腫瘤細(xì)胞，在其誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡中沒(méi)有觀察到細(xì)胞核的形態(tài)變化、DNA 斷裂以及活化的Caspase3，Caspase 抑制劑不能阻斷Erastin導(dǎo)致的細(xì)胞死亡，這與Caspase 抑制劑能夠阻斷細(xì)胞凋亡有著明顯區(qū)別。2008 年，Yang 等［2］隨后發(fā)現(xiàn)了可以觸發(fā)這類細(xì)胞死亡的另外兩個(gè)小分子，RAS-selective lethal 3（RSL3）和RAS-selective lethal 5 （RSL5），并 且 研 究 發(fā) 現(xiàn)RSL3具有快速、有效誘導(dǎo)致癌性RAS協(xié)同致死的能力，使用鐵螯合劑（deferoxamine，DFO）和抗氧化劑（維生素E）能夠抑制其誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡。經(jīng)過(guò)數(shù)年深入研究，2012 年，Dixon 等［3］根據(jù)Erastin 及RSL3 的作用特點(diǎn)，將這種細(xì)胞死亡形式命名為鐵死亡（ferroptosis）。鐵死亡的發(fā)生受多種基因表達(dá)和調(diào)控，并涉及不同的信號(hào)通路，包括氨基酸代謝、鐵代謝、脂代謝等代謝途徑，與其他細(xì)胞死亡形式相比表現(xiàn)出顯著的獨(dú)特性。鐵死亡的主要生化特征是鐵積累和脂質(zhì)過(guò)氧化。GPX4的活性可以阻止脂質(zhì)ROS 的積累，鐵死亡可通過(guò)抑制谷胱甘肽（glutathione，GSH）或GPX4 的生物合成而觸發(fā)［4］。亞鐵離子通過(guò)芬頓反應(yīng)產(chǎn)生大量ROS，導(dǎo)致脂質(zhì)過(guò)氧化。若GPX4活性降低，則細(xì)胞抗氧化能力將會(huì)下降，無(wú)法及時(shí)的將過(guò)量堆積的ROS清除，過(guò)量的ROS 會(huì)導(dǎo)致氧化應(yīng)激反應(yīng)，引起細(xì)胞氧化損傷，進(jìn)而導(dǎo)致鐵死亡［5］。

2 鐵死亡與其他形式細(xì)胞死亡的形態(tài)學(xué)特征

鐵死亡與其他形式的細(xì)胞死亡方式存在多方面不同的表現(xiàn)。在形態(tài)學(xué)方面，鐵死亡與其他類型的細(xì)胞死亡相比，存在著較為明顯的特征，成為判斷鐵死亡的重要指標(biāo)。

研究發(fā)現(xiàn)，在存在鐵死亡的細(xì)胞中，沒(méi)有出現(xiàn)如程序性壞死和焦亡一樣的細(xì)胞腫脹、細(xì)胞膜上出現(xiàn)空隙進(jìn)而失去完整性，沒(méi)有細(xì)胞凋亡過(guò)程中的染色質(zhì)凝縮及邊緣化、凋亡小體的形成，沒(méi)有自噬過(guò)程中的雙膜自噬小泡積累現(xiàn)象。鐵死亡主要表現(xiàn)為線粒體形態(tài)的顯著變化。線粒體形態(tài)是判斷細(xì)胞死亡或存活的一個(gè)重要指標(biāo)，表現(xiàn)在線粒體外膜和折疊成嵴的線粒體內(nèi)膜的形態(tài)變化，研究表明線粒體內(nèi)膜特別容易受到氧化損傷，因?yàn)樗谋砻娣e大，靠近產(chǎn)生超氧化物的呼吸鏈，磷脂中尤其是心磷脂不飽和脂肪酸含量豐富，外膜相對(duì)不容易受到氧化損傷［6］。電鏡下，細(xì)胞啟動(dòng)鐵死亡后，線粒體整體表現(xiàn)為萎縮，線粒體膜密度增加、線粒體嵴減少、退化或消失、線粒體膜電位明顯降低或消失、外膜破裂等現(xiàn)象，這些是鐵死亡重要且獨(dú)特的形態(tài)學(xué)特征（圖1a）。

Fig. 1 Morphological characteristics pattern diagram of ferroptosis, apoptosis, autophagy, necroptosis and pyroptosis圖1 鐵死亡、凋亡、自噬、程序性壞死及焦亡的形態(tài)學(xué)特征模式圖

凋亡是由細(xì)胞自身通過(guò)調(diào)控某種特定的基因或信號(hào)通路主動(dòng)的死亡過(guò)程。從形態(tài)學(xué)上看（圖1b），細(xì)胞凋亡表現(xiàn)為細(xì)胞體積縮小，細(xì)胞表面的一些特殊結(jié)構(gòu)，如微絨毛、膜骨架等逐漸消失，與周邊細(xì)胞分離。細(xì)胞骨架解體，細(xì)胞質(zhì)固縮，胞質(zhì)中線粒體、高爾基體等細(xì)胞器凝集，但是細(xì)胞器在結(jié)構(gòu)上保持完整，無(wú)溶酶體破裂等現(xiàn)象。細(xì)胞凋亡典型的形態(tài)學(xué)變化表現(xiàn)在細(xì)胞核濃縮、裂解，核仁消失，核染色質(zhì)凝集。用末端脫氧核苷酸轉(zhuǎn)移酶介導(dǎo)的dUTP缺口末端標(biāo)記測(cè)定法（TUNEL）對(duì)凋亡細(xì)胞進(jìn)行檢測(cè)，經(jīng)熒光素等標(biāo)記后，在熒光顯微鏡下可以觀察到染色體斷裂［7］。細(xì)胞膜向內(nèi)折疊包裹胞質(zhì)以及斷裂的染色質(zhì)片段，包括胞質(zhì)內(nèi)緊密排列的完整細(xì)胞器，隨后逐漸分割形成多個(gè)凋亡小體。在細(xì)胞凋亡的早期，細(xì)胞膜內(nèi)層的磷脂酰絲氨酸會(huì)向外翻轉(zhuǎn)，為吞噬細(xì)胞提供識(shí)別的信號(hào)，從而加速吞噬細(xì)胞吞噬清除凋亡小體及凋亡細(xì)胞［8］。整個(gè)過(guò)程中細(xì)胞膜完整性保持良好，無(wú)細(xì)胞內(nèi)容物外泄，因此不會(huì)引起炎癥、疾病的發(fā)生。對(duì)翻轉(zhuǎn)到細(xì)胞膜外側(cè)的磷脂酰絲氨酸進(jìn)行檢測(cè)，Annexin V染色呈陽(yáng)性［9］。細(xì)胞凋亡過(guò)程中，線粒體在形態(tài)上不會(huì)像鐵死亡一樣發(fā)生明顯的變化，但線粒體膜電位會(huì)丟失，膜通透性會(huì)發(fā)生改變，生成多個(gè)蛋白質(zhì)分子構(gòu)成的孔道，使線粒體中的離子動(dòng)態(tài)流動(dòng)，向胞質(zhì)轉(zhuǎn)移，進(jìn)而誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的發(fā)生。與凋亡相比，鐵死亡細(xì)胞的細(xì)胞核大小正常且保持完整，沒(méi)有出現(xiàn)核固縮、裂解的現(xiàn)象，染色質(zhì)未見(jiàn)發(fā)生凝集，也不會(huì)形成凋亡小體。但與凋亡相同，細(xì)胞膜完整性保持良好，細(xì)胞內(nèi)容物不會(huì)滲漏到周圍組織。鐵死亡細(xì)胞的細(xì)胞膜雖未見(jiàn)起泡，但細(xì)胞膜的磷脂雙分子層會(huì)發(fā)生一定的變化，改變膜的流動(dòng)性，且膜密度增加［10］。在某些情況下，鐵死亡還伴隨著細(xì)胞的分散和聚集以及自噬體的增加［11］。

自噬是一種通過(guò)溶酶體降解內(nèi)源性底物的生理過(guò)程。正常生理?xiàng)l件下，自噬可將細(xì)胞內(nèi)聚集的蛋白質(zhì)和功能失調(diào)的細(xì)胞器降解回收再利用，有利于維持細(xì)胞內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定，保護(hù)細(xì)胞免于死亡。然而，如果過(guò)度或不受控制的自噬能引起促存活蛋白降解造成細(xì)胞死亡，稱為“自噬依賴性細(xì)胞死亡”， 因此，自噬對(duì)于預(yù)防或促進(jìn)細(xì)胞死亡具有雙重作用［12］，這是另一種受調(diào)控的細(xì)胞死亡形式。在形態(tài)學(xué)上與凋亡不同的是，發(fā)生自噬的細(xì)胞，核染色質(zhì)不凝結(jié)，這一特征與鐵死亡相同。自噬過(guò)程中，細(xì)胞被自噬信號(hào)誘導(dǎo)激活后，胞漿內(nèi)雙層膜的囊泡包裹了部分或全部胞質(zhì)、細(xì)胞內(nèi)無(wú)用的生物大分子和線粒體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)等細(xì)胞器碎片，形成自噬小泡或自噬小體［13］（圖1c）。自噬小體的形成是自噬發(fā)生的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，水解的產(chǎn)物可排出胞外，某些營(yíng)養(yǎng)成分也可被細(xì)胞再利用，以維持細(xì)胞內(nèi)循環(huán)和代謝穩(wěn)態(tài)［14］。自噬小體形成后，與溶酶體膜結(jié)合，變成單層膜，這樣，自噬體內(nèi)容物與溶酶體內(nèi)容物就會(huì)相互混合，形成自噬溶酶體，其內(nèi)容物隨后會(huì)被溶酶體中的酸性水解酶類催化降解，最終導(dǎo)致自噬溶酶體破裂水解［15］。通過(guò)對(duì)鐵死亡與自噬特征的研究表明，與自噬類似，鐵死亡過(guò)程中的氧化應(yīng)激損傷可誘導(dǎo)溶酶體裂解［16］。與凋亡、鐵死亡相似，自噬過(guò)程中的細(xì)胞膜同樣不受影響，保持完整。

程序性壞死，又稱壞死性凋亡。程序性壞死具有壞死的典型特征，但其與典型壞死的不同之處是程序性壞死具有可調(diào)控的特點(diǎn)，是一種可以被相關(guān)分子機(jī)制控制的細(xì)胞壞死過(guò)程［17］。程序性壞死在形態(tài)學(xué)上整體表現(xiàn)為細(xì)胞變圓和腫脹（圖1d）。與凋亡相比，程序性壞死中染色質(zhì)只發(fā)生適度凝集，后期細(xì)胞核會(huì)發(fā)生裂解，但不形成凋亡小體，可形成壞死小體，促使細(xì)胞死亡的發(fā)生。由于細(xì)胞質(zhì)中溶酶體膜被破壞，導(dǎo)致溶酶體水解酶釋放到細(xì)胞內(nèi)，破壞胞內(nèi)其他細(xì)胞器，從而出現(xiàn)細(xì)胞器腫脹，線粒體功能障礙，線粒體膜通透性增加，線粒體膜電位缺失，細(xì)胞腫脹并出現(xiàn)空隙，最終質(zhì)膜破裂，產(chǎn)生大量細(xì)胞碎片，造成細(xì)胞死亡。相較于鐵死亡、凋亡、自噬等細(xì)胞死亡方式的細(xì)胞膜保持相對(duì)完整不同，程序性壞死過(guò)程中，細(xì)胞膜上形成許多小孔，破壞細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)和細(xì)胞膜的完整性，導(dǎo)致細(xì)胞發(fā)生滲透性腫脹，外形變得不規(guī)則，細(xì)胞內(nèi)容物等活性物質(zhì)溢出，引起并放大周圍組織的炎癥反應(yīng)。

焦亡是炎癥小體引發(fā)的一種溶解性程序性細(xì)胞死亡［18］。焦亡在形態(tài)學(xué)方面兼具程序性壞死和細(xì)胞凋亡的部分特點(diǎn)（圖1e）。細(xì)胞發(fā)生焦亡時(shí)，會(huì)在細(xì)胞膜上形成大量孔隙，細(xì)胞膜完整性喪失，導(dǎo)致細(xì)胞失去控制物質(zhì)進(jìn)出的能力，進(jìn)而使細(xì)胞膜的通透性增加，細(xì)胞內(nèi)外離子失去平衡，細(xì)胞內(nèi)滲透壓升高，細(xì)胞器變形，細(xì)胞發(fā)生滲透性腫脹，細(xì)胞內(nèi)容物會(huì)通過(guò)細(xì)胞膜的孔隙流出，使細(xì)胞扁平化，最終導(dǎo)致膜的裂解［19］。這一特征類似于程序性壞死，但與細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)保持良好完整性的細(xì)胞凋亡存在著顯著差異。線粒體、溶酶體等細(xì)胞器在發(fā)生焦亡時(shí)也會(huì)受到一定的損傷。在質(zhì)膜破裂前，焦亡的細(xì)胞會(huì)形成大量的焦亡小體。細(xì)胞在發(fā)生焦亡過(guò)程中還會(huì)招募更多的炎癥細(xì)胞，從而擴(kuò)大炎癥反應(yīng)［20］。除此之外，細(xì)胞膜上形成的孔隙使細(xì)胞膜的內(nèi)側(cè)暴露于外部環(huán)境中，因此，經(jīng)Annexin V 染色后呈陽(yáng)性［21］。與程序性壞死不同的是，細(xì)胞在發(fā)生焦亡時(shí)也會(huì)出現(xiàn)細(xì)胞核濃縮、染色質(zhì)凝縮、DNA片段化等與凋亡相似的特征，因此用TUNEL染色檢測(cè)焦亡細(xì)胞呈陽(yáng)性。但是焦亡細(xì)胞的細(xì)胞核完整性保持相對(duì)不變，不發(fā)生核裂解，這又與凋亡有所區(qū)別。研究發(fā)現(xiàn)在鐵死亡早期，細(xì)胞也會(huì)與程序性壞死及焦亡一樣釋放損傷相關(guān)分子模式（damage associated molecular patterns，DAMPs），作用于免疫系統(tǒng)，進(jìn)而引發(fā)炎癥反應(yīng)。與Caspase1激活的細(xì)胞焦亡不同，鐵死亡與程序性壞死都不需要以Caspase作為介質(zhì)。

由以上分析可知，細(xì)胞死亡可分為不受調(diào)節(jié)的和受調(diào)節(jié)的死亡兩種基本方式，作為受調(diào)控的各類細(xì)胞死亡方式之間存在著相似之處，但各自之間又有明顯的差異（表1）。鐵死亡作為近年來(lái)受到研究者廣泛關(guān)注的一種程序性細(xì)胞死亡方式，在形態(tài)學(xué)方面明顯不同于凋亡、自噬、程序性壞死、焦亡等死亡形式，其典型的形態(tài)學(xué)特征表現(xiàn)為細(xì)胞體積變小及線粒體結(jié)構(gòu)的顯著變化。但是線粒體的一系列改變是否一定引起鐵死亡，還有待進(jìn)一步驗(yàn)證。充分認(rèn)識(shí)鐵死亡最基本的形態(tài)特征變化及其發(fā)生機(jī)制具有重要的病理生物學(xué)意義。隨著不同細(xì)胞死亡方式研究的不斷深入，進(jìn)一步分析對(duì)比不同細(xì)胞死亡方式的形態(tài)學(xué)特征，探究它們之間的異同，對(duì)于辨別疾病過(guò)程中不同的細(xì)胞死亡形式，準(zhǔn)確的病理學(xué)鑒別及尋找不同疾病合適的治療方案具有重要意義。

Table 1 Comparison of molecular mechanisms related to ferroptosis, apoptosis, autophagy, necroptosis and pyroptosis表1 鐵死亡與凋亡、自噬、程序性壞死及焦亡之間相關(guān)分子機(jī)制的比較

3 鐵死亡與疾病

大量研究表明，阿爾茨海默?。ˋlzheimer's disease，AD）、帕金森?。≒arkinson's disease，PD）等神經(jīng)退行性疾病、腦卒中、癌癥等多種疾病中都有鐵死亡的參與，并且鐵死亡在疾病的發(fā)生和發(fā)展中扮演著重要的角色。對(duì)鐵死亡發(fā)生機(jī)制及其關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子進(jìn)一步深入研究，或可為疾病提供重要的治療靶點(diǎn)。

3.1 鐵死亡與腦卒中

腦卒中又稱“中風(fēng)”，是指腦局部血液循環(huán)異常引起的神經(jīng)功能損傷的腦血管疾病。之前對(duì)腦卒中引起的腦損傷的研究主要集中在興奮毒性、炎癥、氧化應(yīng)激以及細(xì)胞凋亡等方面［22］。越來(lái)越多的證據(jù)表明，鐵死亡也是腦卒中過(guò)程中重要的細(xì)胞死亡機(jī)制，抑制鐵死亡可使腦神經(jīng)元損傷得到明顯緩解［23］。

鐵尤其是自由鐵池（labile iron pool，LIP）鐵的升高和ROS大量積累是造成鐵死亡的重要原因，已有研究顯示，缺血再灌注造成的腦損傷區(qū)域出現(xiàn)鐵的明顯升高并伴隨氧化應(yīng)激水平的增強(qiáng)［24］。鐵在鐵死亡的過(guò)程中起著重要的作用，減少鐵的攝取或增加鐵的儲(chǔ)存可能會(huì)抑制鐵死亡［25］。線粒體鐵蛋白（mitochondrial ferritin，F(xiàn)tMt）是一種位于線粒體內(nèi)的鐵儲(chǔ)存蛋白，在調(diào)節(jié)細(xì)胞鐵代謝和保護(hù)線粒體免受氧化損傷方面發(fā)揮重要作用。研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)tMt 可通過(guò)調(diào)節(jié)細(xì)胞質(zhì)和線粒體間鐵平衡，顯著抑制Erastin 誘導(dǎo)的細(xì)胞內(nèi)LIP 鐵升高及ROS 的積累，F(xiàn)tMt 的過(guò)表達(dá)可顯著降低Erastin 誘導(dǎo)的SH-SY5Y 細(xì)胞鐵死亡，揭示了FtMt 對(duì)Erastin 誘導(dǎo)的鐵死亡具有明顯的保護(hù)作用［25］。缺血性腦卒中患者腦組織中游離鐵含量也表現(xiàn)為顯著增加［26］。近來(lái)在研究FtMt和FtMt相關(guān)的鐵死亡在腦缺血/再灌注（ischemia-reperfusion，I/R）中的作用時(shí)發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)tMt限制了I/R誘導(dǎo)的鐵超載和鐵依賴的脂質(zhì)過(guò)氧化，從而抑制了半暗帶中細(xì)胞的鐵死亡；FtMt的缺失促進(jìn)了I/R誘導(dǎo)的小膠質(zhì)細(xì)胞激活和炎癥，通過(guò)鐵調(diào)素（hepcidin）介導(dǎo)的膜鐵轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白1（ferroportin1，F(xiàn)PN1）的減少，顯著促進(jìn)游離鐵的積累，增加了脂質(zhì)ROS的生成，加劇大腦I/R中的神經(jīng)細(xì)胞鐵死亡［27］。這些結(jié)果表明，F(xiàn)tMt 在缺血性腦卒中中起保護(hù)作用，F(xiàn)tMt 可能是缺血性卒中的潛在治療靶點(diǎn)。Tuo 等［28］利用MACO 模型進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)Tau 蛋白的敲除對(duì)I/R 損傷具有神經(jīng)保護(hù)作用，可使這一損傷顯著改善，減少鐵死亡。表明可以通過(guò)抑制Tau蛋白可以緩解鐵死亡在缺血性腦卒中中的作用。

腦出血后，紅細(xì)胞裂解釋放血紅蛋白，并降解生成大量的游離鐵，從而誘發(fā)氧化應(yīng)激損傷，導(dǎo)致神經(jīng)元死亡加重［29］。研究表明，腦出血中細(xì)胞鐵死亡可能與血紅蛋白誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激損傷有關(guān)。Zille等［30］發(fā)現(xiàn)腦出血后神經(jīng)元的死亡具有鐵死亡和壞死性凋亡的特征，使用兩者的抑制劑可明顯防止血紅蛋白和血紅素誘導(dǎo)的毒性，從而減少神經(jīng)元的死亡。Li等［31］研究發(fā)現(xiàn)，在大腦海馬切片培養(yǎng)（OHSCs）模型中，使用ferrostatin-1能夠抵抗神經(jīng)元死亡并降低血紅蛋白誘導(dǎo)的鐵沉積。另有研究也表明ferrostatin-1 可以減少脂質(zhì)ROS 的產(chǎn)生，并降低前列腺素內(nèi)過(guò)氧化物合酶2（PTGS2）及其基因產(chǎn)物COX-2 的表達(dá)。ferrostatin-1 與其他形式細(xì)胞死亡抑制劑的聯(lián)合應(yīng)用，可有效地防止在OHSCs和人類誘導(dǎo)的多能干細(xì)胞衍生神經(jīng)元中血紅蛋白誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡［31］。由此可見(jiàn)，ferrostatin-1 可以保護(hù)出血性腦卒中鐵死亡造成的危害。Zhang 等［32］采用SD 大鼠模型，探討GPX4 在腦出血后的表達(dá)變化及其在繼發(fā)性腦損傷中的潛在作用和機(jī)制，發(fā)現(xiàn)GPX4通過(guò)調(diào)控鐵死亡參與了出血性腦卒中后的繼發(fā)性腦損傷。因此，用特異性抑制劑抑制鐵死亡或上調(diào)GPX4可能是改善腦出血引起腦損傷的一種潛在策略。

上述分析表明，鐵死亡在腦卒中發(fā)病機(jī)制中有重要的作用及影響。有可能成為腦卒中治療過(guò)程中的一個(gè)新靶點(diǎn)。

3.2 鐵死亡與神經(jīng)退行性疾病

大量的研究顯示，鐵死亡與多種神經(jīng)退行性疾病，如AD、PD 等發(fā)病有關(guān)。PD 是一種常見(jiàn)的神經(jīng)退行性疾病，其病理特點(diǎn)為黑質(zhì)致密部（substantia nigra pars compacta，SNpc）多巴胺能（dopamine，DA）神經(jīng)元的缺失［33］。研究表明，PD 患者腦組織中多巴胺能神經(jīng)元的鐵水平明顯增加，而鐵沉積可以引起多巴胺能神經(jīng)元的氧化損傷［34］。Zuo 等［35］最近的一項(xiàng)研究表明，百草枯（paraquat，PQ）可以通過(guò)鐵死亡和鐵自噬途徑顯著誘導(dǎo)多巴胺能神經(jīng)元的神經(jīng)毒性。這表明抑制鐵死亡可顯著改善PQ 引起的神經(jīng)損傷。當(dāng)PQ 和特異性鐵死亡抑制劑ferrostatin-1 共同作用于SH-SY5Y 神經(jīng)母細(xì)胞瘤細(xì)胞時(shí)，ferrostatin-1 可通過(guò)上調(diào)GPX4 和SLC7A11 的表達(dá)，抑制脂質(zhì)ROS的生成鐵死亡的發(fā)生，從而抑制細(xì)胞損傷［35］。鐵螯合劑DFO可抑制黑質(zhì)紋狀體退行性變，阻止PD的進(jìn)展，但DFO 在體內(nèi)半衰期很短，幾乎無(wú)法穿透血腦屏障（BBB）。You等［36］設(shè)計(jì)并制備了一種狂犬病病毒糖蛋白29修飾的去鐵胺納米載藥系統(tǒng)，可將DFO 跨血腦屏障送入大腦，能夠顯著降低腦鐵含量抑制細(xì)胞調(diào)亡，有效治療MPTP誘導(dǎo)的PD。此外，鐵螯合劑去鐵酮（DFP）對(duì)PD 也可通過(guò)抑制鐵死亡對(duì)神經(jīng)細(xì)胞產(chǎn)生保護(hù)作用［37］。AD的主要病理特征是β 淀粉樣蛋白（amyloid β，Aβ）斑塊和腦內(nèi)神經(jīng)原纖維纏結(jié)［38］。腦鐵代謝紊亂和鐵誘導(dǎo)的氧化損傷被認(rèn)為在AD的發(fā)病機(jī)制中發(fā)揮關(guān)鍵作用［39］。在AD 患者的大腦中，Aβ 對(duì)鐵有很高的親和力，加速了鐵的積累［40］。鐵在大腦中的沉積增加了氧化應(yīng)激的形成，導(dǎo)致AD患者的大腦中的神經(jīng)毒性，而鐵螯合劑已被證明對(duì)AD具有神經(jīng)保護(hù)和恢復(fù)神經(jīng)功能的作用［41］。Xu 等［42］使用APP/PS1 小鼠作為AD 的模型，通過(guò)體內(nèi)證據(jù)證明，星形膠質(zhì)細(xì)胞hepcidin 可以通過(guò)減少鐵沉積來(lái)提高APP/PS1 小鼠的空間學(xué)習(xí)記憶能力，緩解Aβ 聚集引起的神經(jīng)元細(xì)胞死亡。星形膠質(zhì)細(xì)胞特異性過(guò)表達(dá)hepcidin 可以恢復(fù)GPX4 表達(dá)水平，并在一定程度上維持了線粒體形態(tài)。 銅藍(lán)蛋白（ceruloplasmin，CP）是一種亞鐵氧化酶，在調(diào)節(jié)鐵代謝和氧化還原反應(yīng)中發(fā)揮重要作用，經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)CP 對(duì)AD 也具有一定的保護(hù)作用［43］。另外有研究表明，特異性敲除大腦皮層和海馬神經(jīng)元Gpx4基因的小鼠，其空間學(xué)習(xí)和記憶功能都有明顯的缺陷，并發(fā)生海馬神經(jīng)元變性，給予小鼠Liproxstatin-1或維生素 E則可以改善這種情況［44］。由此可見(jiàn)，鐵死亡與AD、PD 的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，并且鐵死亡抑制劑在這些神經(jīng)退行性疾病中顯示出巨大的治療潛力。

除AD、PD 外，亨廷頓?。℉untington's disease，HD）、多發(fā)性硬化（multiple sclerosis，MS）等多種神經(jīng)退行性疾病也已被證實(shí)有鐵死亡參與。這表明鐵死亡在神經(jīng)退行性疾病中發(fā)揮重要作用，對(duì)鐵死亡的抑制有可能成為神經(jīng)退行性疾病的潛在治療靶點(diǎn)。

3.3 鐵死亡與癌癥

癌癥是目前困擾人類健康的一大難題，如何在不損傷正常細(xì)胞的情況下，有效地殺死癌細(xì)胞，是癌癥研究的關(guān)鍵挑戰(zhàn)之一。大量研究證實(shí)，鐵死亡與多種腫瘤的發(fā)展如影隨形，如在胰腺細(xì)胞癌、腎細(xì)胞癌、肝細(xì)胞癌、乳腺細(xì)胞癌、肺細(xì)胞癌等癌癥研究中，均已發(fā)現(xiàn)了細(xì)胞鐵死亡［45］。與正常細(xì)胞相比，為了維持細(xì)胞增殖，促進(jìn)細(xì)胞生長(zhǎng)，癌細(xì)胞對(duì)鐵的依賴性更強(qiáng)，這種對(duì)鐵的依賴性也使癌細(xì)胞對(duì)鐵死亡更為敏感［46］。通過(guò)外源小分子（如Erastin、索拉非尼）或藥物可觸發(fā)鐵死亡［45］。雷公藤紅素（celastrol）有良好的抗癌和抑制癌細(xì)胞增殖的作用，還可以使臨床使用的化療藥物的抗癌作用增強(qiáng)。然而，由于其嚴(yán)重的副作用和較低的生物利用度，使其臨床應(yīng)用受到限制。Liu 等［47］研究發(fā)現(xiàn)，鐵死亡誘導(dǎo)劑Erastin聯(lián)合celastrol處理非小細(xì)胞肺癌細(xì)胞（NSCLC）會(huì)增加ROS 的生成，破壞線粒體膜電位，導(dǎo)致線粒體功能障礙，促進(jìn)線粒體分裂，啟動(dòng)了ATG5/ATG7 依賴的細(xì)胞自噬、PINK1/parkin 依賴的有絲分裂以及以HSF1 依賴的方式表達(dá)熱休克蛋白（HSPs），增加了celastrol 和Erastin 聯(lián)合使用的抗癌活性。研究發(fā)現(xiàn)，干預(yù)GPX4表達(dá)也成為誘導(dǎo)鐵死亡發(fā)生的重要手段，如抑制GPX4 產(chǎn)生、促進(jìn)GPX4 降解或使GPX4 編碼基因的缺失，或通過(guò)增加可氧化的多不飽和磷脂或干擾鐵穩(wěn)態(tài)來(lái)破壞脂質(zhì)代謝平衡，均可使癌細(xì)胞對(duì)鐵死亡更加敏感［48］。此外，通過(guò)利用癌細(xì)胞與正常細(xì)胞之間的某些分子的差異分布，如細(xì)胞內(nèi)鐵、GSH、過(guò)氧化氫等水平，可以設(shè)計(jì)藥物進(jìn)行靶向治療［48］。由此可見(jiàn)鐵死亡在癌癥治療及抗癌藥物的研發(fā)中有著巨大潛力。

總之，以鐵死亡為治療靶點(diǎn)，可從兩個(gè)方面考慮。一方面，抑制鐵死亡可以通過(guò)阻斷脂質(zhì)過(guò)氧化過(guò)程實(shí)現(xiàn)。使用鐵螯合劑以控制鐵水平、使用自由基捕獲劑抑制脂質(zhì)過(guò)氧化、通過(guò)補(bǔ)硒上調(diào)GPX4均可有效抑制鐵死亡，延緩病情進(jìn)展和改善臨床癥狀［49］。另一方面，誘導(dǎo)鐵死亡可通過(guò)抑制Xc-系統(tǒng)，抑制或促進(jìn)GPX4降解，減少輔酶Q10，以及通過(guò)過(guò)氧化物、鐵或多不飽和脂肪酸過(guò)載，誘導(dǎo)脂質(zhì)過(guò)氧化等方法實(shí)現(xiàn)，達(dá)到清除特定細(xì)胞群（如特定腫瘤類型）的目的［49］。因此，以鐵死亡為靶點(diǎn)對(duì)疾病的治療要考慮具體的病理生理特征。

4 總結(jié)與展望

鐵死亡與其他細(xì)胞死亡形式相比，具有獨(dú)特的形態(tài)學(xué)特征，主要體現(xiàn)在線粒體形態(tài)和功能的顯著變化。大量研究表明，腦卒中、神經(jīng)退行性疾病、癌癥等多種疾病中均有鐵死亡參與，通過(guò)激活或抑制鐵死亡可能在相關(guān)疾病治療中發(fā)揮重要作用。鐵死亡的發(fā)現(xiàn)讓研究者深入地認(rèn)識(shí)到細(xì)胞死亡的復(fù)雜性，對(duì)于鐵死亡，除了已知的信號(hào)通路和調(diào)節(jié)機(jī)制以外，是否還存在其他調(diào)控鐵死亡的因素？鐵死亡與其他的細(xì)胞生理過(guò)程是否存在聯(lián)系？如何在體內(nèi)精確誘導(dǎo)鐵死亡？對(duì)于這些機(jī)制和特征進(jìn)一步解析，有助于更新對(duì)疾病的干預(yù)方案、尋求更有效治療相關(guān)疾病的特異藥物。