心肌缺血再灌注損傷中鐵死亡的調控機制研究進展

葉宇恒 錢玲玲 王如興 李庫林

(南京醫(yī)科大學附屬無錫醫(yī)院 無錫市人民醫(yī)院心內科,江蘇 無錫 214023)

心血管疾病是導致人類死亡和殘疾的主要疾病,缺血性心臟病是其中主要類型之一且嚴重危害人類健康[1]。缺血性心臟病可因冠狀動脈血供減少而導致心肌細胞死亡、心臟結構功能障礙和不良重構[2]。既往研究表明,恢復冠狀動脈血供是減少心肌梗死面積并改善患者臨床預后的有效治療措施。但近年來,學者們[3]發(fā)現恢復冠狀動脈血供能誘導心肌細胞死亡,造成心肌損傷,降低恢復冠狀動脈血供給患者帶來的臨床收益。這種心肌缺血后恢復心臟冠狀動脈血供造成的心肌損傷被稱為心肌缺血再灌注損傷(myocardial ischemia reperfusion injury,MIRI)。有證據[4]表明,MIRI發(fā)生時,心肌細胞內活性氧生成增多,細胞脂質過氧化物累積,進而導致細胞發(fā)生鐵死亡。

1 鐵死亡及其調控

注:ATF4,轉錄激活因子4;Beclin1:B細胞淋巴瘤因子2同源結構域蛋白1;AMPK:AMP活化蛋白激酶;SLC3A2,溶質載體家族3成員2;GSH,谷胱甘肽;LOHs,還原態(tài)脂質;RSL3,Ras選擇性致死小分子3;gpx4:谷胱甘肽過氧化物酶4基因;Nrf2:核因子E2相關因子2;Keap1:Kelch樣環(huán)氧氯丙烷相關蛋白1;GSSG,氧化型谷胱甘肽;ARE:抗氧化響應元件;HO-1,血紅素氧合酶-1;SOD,超氧化物歧化酶;PUFAs,多不飽和脂肪酸;PE,磷脂酰乙醇胺;LPCAT3,溶血卵磷脂?；D移酶3;ACSL4,?；o酶a合成酶長鏈家族成員4。

1.1 通過脂質過氧化調控

GPx4是通過氧化還原反應中和脂質過氧化物細胞毒性的關鍵酶。抑制GPx4的活性或敲除GPx4表達均可誘發(fā)細胞鐵死亡,這表明GPx4與脂質氧化還原在細胞鐵死亡調控中發(fā)揮重要作用[5,9]。Ras選擇性致死小分子3(Ras-selective lethal small molecule 3,RSL3)也可誘發(fā)細胞鐵死亡。蛋白質組學研究[9]表明,GPx4是RSL3蛋白的首要作用靶點。RSL3可直接結合GPx4的位點,抑制GPx4活性。這一證據進一步支持GPx4與鐵死亡之間存在聯系。

1.2 通過鐵代謝調控

鐵蛋白是一種結合游離鐵并將其貯存的蛋白,廣泛地存在于線粒體和細胞質中。大多數細胞膜表面鑲嵌著轉鐵蛋白受體。這些受體將鐵蛋白從胞外轉移至胞內[11]。鐵自噬時,細胞將胞內的鐵蛋白轉運至溶酶體分解,從而釋放出大量的游離鐵,使得胞內鐵超載[6]。這些游離鐵可能通過芬頓反應[12]以及哈勃-韋斯反應[13]等途徑產生大量的活性氧,促進脂質過氧化物的生成。目前定量蛋白質組學分析[6]發(fā)現NCOA4在鐵自噬中起關鍵作用。

2 心肌缺血再灌注中鐵死亡的潛在調控機制

MIRI時,心肌細胞代謝出現異常,未折疊蛋白質大量累積,脂質合成障礙,線粒體能量代謝發(fā)生障礙,大量自由基產生促使鐵死亡的發(fā)生。這其中的機制涉及ATF相關的內質網應激信號分子、Nrf2相關的抗氧化機制和?；o酶a合成酶長鏈家族成員4(acyl-CoA synthetase long-chain family member 4,ACSL4)等多種信號分子。

2.1 基于脂質過氧化的鐵死亡誘導機制

磷脂酰乙醇胺(phosphatidyl ethanolamine,PE)是一種可誘導細胞發(fā)生鐵死亡的脂質。花生四烯酸(arachidonic acid,AA)等不飽和脂肪酸可在ACSL4的作用下轉化為AA-輔酶A的形式,隨后在溶血卵磷脂?；D移酶3(lysophosphatidylcholine acyltransferase 3,LPCAT3)的作用下轉化為花生四烯酰磷脂酰乙醇胺,隨后其在鐵以及脂氧合酶(lipoxygenase,LOX)的作用下轉化為脂質過氧化物,誘導鐵死亡的發(fā)生[14]。Anthonymuthu等[15]證實15-LOX/PE結合蛋白1復合物可使AA-PE過氧化,而鐵死亡抑制劑-1可通過結合15-LOX/PE結合蛋白1復合物來抑制脂質過氧化物的積累。線粒體中富含LOX,Sun等[16]在MIRI大鼠模型中發(fā)現隨著ACSL4表達的上調,結合PE的不飽和脂肪酸增多,進而在LPCAT3和LOX作用下生成的脂質過氧化物增多,心肌細胞鐵死亡增多,大鼠心功能惡化。Li等[17]在糖尿病大鼠模型的基礎上給予缺血再灌注干預,與未干預的糖尿病大鼠模型比較,發(fā)現大鼠心肌組織中ACSL4表達的上調和GPx4表達的下降。綜上,動物實驗證據表明,MIRI時,上調ACSL4的表達可導致結合PE的不飽和脂肪酸表達增多,進而在LPCAT3和LOX作用下轉化為脂質過氧化物,促進心肌細胞發(fā)生鐵死亡。

2.2 基于Nrf2/抗氧化響應元件的潛在調控機制

2.3 自噬相關的調控機制

3 MIRI中可能涉及鐵死亡調控的干預措施

4 結論

鐵死亡是一種近年來新定義的非凋亡類型程序性細胞死亡,其發(fā)生需脂質過氧化和鐵的參與。越來越多的研究表明鐵死亡與MIRI之間存在聯系。對鐵死亡調控途徑的研究有助于學界正確地認識其在心肌缺血再灌注的發(fā)生與發(fā)展中所扮演的角色。β受體阻滯劑、鈣離子拮抗劑和他汀類藥物可能有著通過調控鐵死亡進而改善MIRI預后的潛在機制。深入研究鐵死亡將有助于發(fā)現潛在的MIRI治療新靶點,并為臨床MIRI藥物干預提供新的切入點。