鐵死亡在肺移植缺血/再灌注損傷中的研究進(jìn)展

李益行，范坤，趙軼龍，陳喆，王芝馀，陶潤儀，劉博豪，王績釗，張廣?。ㄎ靼步煌ù髮W(xué)第一附屬醫(yī)院胸外科，陜西 西安 710061）

自21 世紀(jì)以來，肺移植技術(shù)發(fā)展迅速，成為治療各種終末期肺疾病患者的新策略。2020 年全球肺移植手術(shù)量已有2500 例［1］，我國接受肺移植手術(shù)的患者呈逐年增長趨勢。截止2020 年，我國雙肺移植患者圍術(shù)期生存率為80.5%，1 年生存率為62.7%，仍低于其余器官移植水平［2］。影響肺移植圍術(shù)期生存率的原因包括感染、手術(shù)并發(fā)癥、免疫排斥反應(yīng)等，其中移植物的急性損傷直接影響患者術(shù)后短期生存率。移植器官的缺血/再灌注損傷（ischemia-reperfusion injury，IRI）是圍術(shù)期移植物損傷的主要原因之一。導(dǎo)致和影響IRI 的因素眾多。近年來鐵死亡作為一種新的細(xì)胞死亡方式，參與及影響了多種生物學(xué)行為，鐵死亡被認(rèn)為在越來越多的器官IRI 過程中發(fā)揮作用［3-4］。本綜述旨在描述鐵死亡在肺移植IRI 中的研究進(jìn)展，為提高肺移植術(shù)后患者短期生存率提供新思路。

1 肺移植圍術(shù)期的臨床困境

肺移植具有較高的技術(shù)難度，圍術(shù)期病死率較高，且較其他器官移植相比，術(shù)后生存率相對(duì)較低。據(jù)ISHLT TTX 登記處的數(shù)據(jù)顯示，在全球存活1 年的肺移植術(shù)后患者人群中，5 年存活率為60%～70%［5］。影響肺移植術(shù)后遠(yuǎn)期生存的關(guān)鍵在于患者術(shù)后1 年的存活狀況，而后者與術(shù)后圍術(shù)期狀況密切相關(guān)。原發(fā)性移植物功能障礙（primary graft dysfunction，PGD）是導(dǎo)致肺移植患者圍術(shù)期死亡最常見的原因，其發(fā)生率約為25%，且呈現(xiàn)逐年遞增趨勢［6-7］。

PGD是指肺移植術(shù)后72 h內(nèi)發(fā)生的急性肺損傷，包括進(jìn)行性低氧血癥、炎性反應(yīng)、肺泡彌漫性浸潤等在內(nèi)的一系列移植肺缺乏生物學(xué)功能的綜合臨床表現(xiàn)。圍術(shù)期PGD 將增加術(shù)后機(jī)械通氣時(shí)間、重癥監(jiān)護(hù)室時(shí)間和住院時(shí)間，增加治療成本，降低術(shù)后生活質(zhì)量［8］。此外，PGD 的發(fā)生使肺移植患者容易較早發(fā)生慢性排斥反應(yīng)，從而嚴(yán)重影響患者長期生存［9］。PGD 發(fā)生嚴(yán)重影響術(shù)后患者遠(yuǎn)期肺功能恢復(fù)，術(shù)后肺不張發(fā)生率明顯增高［10-11］。嚴(yán)重的PGD 與術(shù)后患者病死率明顯相關(guān)。

PGD 發(fā)生發(fā)展的危險(xiǎn)因素包括供肺基本情況、受體基礎(chǔ)條件、肺移植技術(shù)等。供體的年齡、吸煙史、肺質(zhì)量等均可能與PGD 的發(fā)生相關(guān)。據(jù)報(bào)道，供體年齡大于35 歲，每增加1 歲，PGD 的危險(xiǎn)性增加3%［12］。供體吸煙史則明顯降低供肺質(zhì)量，增加了移植術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。接受心臟死亡后器官捐獻(xiàn)（donation after circulatory death，DCD）的供肺與PGD 的發(fā)生長期以來存在爭議，而最近的研究表明，DCD 供肺與腦死亡供肺短期和長期結(jié)果無明顯差異［13］。值得注意的是，較大的供肺被認(rèn)為與較低的PGD 發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)有關(guān)，但在慢性阻塞性肺疾病患者人群中則無明顯相關(guān)［14］。因此，供肺與受體胸腔大小相適應(yīng)可能有利于降低圍術(shù)期并發(fā)癥發(fā)生。

受體的基礎(chǔ)條件及圍術(shù)期治療，如肺部原發(fā)疾病、并發(fā)疾病、移植前狀態(tài)等均可能引起PGD 的進(jìn)一步發(fā)展。特發(fā)性肺纖維化、結(jié)節(jié)病和特發(fā)性肺動(dòng)脈高壓（idiopathic pulmonary artery hypertension，IPAH）患者比慢性阻塞性肺疾病或囊性纖維化患者更容易發(fā)生PGD［15-16］。多肌炎/皮肌炎相關(guān)的間質(zhì)性肺疾病被認(rèn)為與較高的PGD 發(fā)生相關(guān)［17］。此外，受體激素水平和BMI 也被認(rèn)為與PGD 發(fā)生相關(guān)。受激素水平影響，女性可能具有更高的PGD 發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)［18］，高水平腎上腺髓質(zhì)素可能與3 級(jí)以上的PGD 發(fā)生相關(guān)［19］。Akimova 等［20］則認(rèn)為受體肥胖相關(guān)的IL-18 可誘導(dǎo)調(diào)節(jié)性T 細(xì)胞（regulatory T cell，Treg）功能障礙，促進(jìn)缺血/再灌注損傷的發(fā)生，導(dǎo)致PGD 的發(fā)生。

2 IRI 與PGD

經(jīng)典的IRI 過程分為兩個(gè)階段，首先是組織缺血期間細(xì)胞缺氧，各種細(xì)胞毒性物質(zhì)導(dǎo)致的細(xì)胞損傷、組織水腫。隨后在再灌注階段，活性氧（reactive oxygen species，ROS）大量產(chǎn)生、內(nèi)皮細(xì)胞損傷、血管通透性增加以及血小板、補(bǔ)體系統(tǒng)、細(xì)胞因子、中性粒細(xì)胞等的激活使組織損傷進(jìn)一步加重［21］。其中，氧化應(yīng)激反應(yīng)及炎癥反應(yīng)增強(qiáng)是IRI 過程中重要的病理生理過程。在肺移植患者PGD 的風(fēng)險(xiǎn)因素分析中發(fā)現(xiàn)，供肺冷缺血時(shí)間是PGD 的顯著危險(xiǎn)因素［22］。供體在受體內(nèi)吻合時(shí)間的延長是嚴(yán)重的PGD 的獨(dú)立危險(xiǎn)因素［23］。因此，通過各種方法減少供肺的缺血時(shí)間，縮短IRI 過程帶來的損傷有利于降低PGD 的發(fā)生。此外，幾乎所有肺移植動(dòng)物模型中，均可以觀察到明顯的IRI 相關(guān)指標(biāo)，例如氧化應(yīng)激水平的明顯增高和炎癥因子的高度表達(dá)等。肺移植后的IRI 會(huì)迅速激活先天性免疫系統(tǒng)，促進(jìn)炎癥和損傷，介導(dǎo)對(duì)微生物感染反應(yīng)的受體，特別是模式識(shí)別受體toll 樣受體（toll-like receptor，TLR）與肺部IRI 明顯相關(guān)［24］。肺實(shí)質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生的TLR4 被認(rèn)為是肺部IRI 的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，在IRI 早期促進(jìn)肺水腫形成［25］。在臨床實(shí)踐中，體外肺灌注（ex vivo lung perfusion，EVLP）使肺組織保存在非缺血、灌注的狀態(tài)中，降低移植后IRI 的程度以緩解供體肺炎癥［26］。這些都表明，IRI 在肺移植過程中嚴(yán)重影響了供體肺的在受體內(nèi)的功能狀況，是術(shù)后PGD 發(fā)生的重要原因。

現(xiàn)有研究通過多種抗炎或抗氧化應(yīng)激水平的途徑以降低IRI，這些體外實(shí)驗(yàn)為降低肺移植術(shù)后PGD 的發(fā)生提供了治療策略。直接影響氧化應(yīng)激水平必然導(dǎo)致IRI 程度的改善，而抗促炎相關(guān)因子水平也具有降低IRI 的效果。Lu 等［27］在大鼠肺移植早期動(dòng)物模型中抑制miRNA 的表達(dá)顯著降低了肺損傷程度，降低肺部炎癥反應(yīng)。Ying 等［28］認(rèn)為NaB通過抑制NF-κB 和JAK2/STAT3 信號(hào)通路來緩解LIRI，降低IRI 后小鼠肺組織炎癥和氧化應(yīng)激水平。Moskowitzova 等［29］利用線粒體移植技術(shù)將載藥的線粒體通過血管輸送或霧化吸入的方式載藥的減少了肺組織損傷以外，補(bǔ)充肌酸等營養(yǎng)物質(zhì)也有利于IRI 的減輕。Almeida 等［30］認(rèn)為肌酸可以降低炎癥細(xì)胞浸潤，對(duì)IRI 起到保護(hù)作用?？傊我浦残g(shù)后IRI 與PGD 的發(fā)生密切相關(guān)，通過改善IRI 程度是降低肺移植術(shù)后PGD 發(fā)生的有效途徑。

3 鐵死亡過程是IRI 的重要原因

鐵死亡（ferroptosis）由Dixon 等［31］2012 年發(fā)現(xiàn)并命名，是一種全新的調(diào)節(jié)性細(xì)胞死亡方式，以鐵依賴性脂質(zhì)過氧化物致死性積累為主要特征。在某些病理因素或藥物誘導(dǎo)下，細(xì)胞內(nèi)線粒體依賴陰離子通道和絲裂原活化蛋白激酶被激活、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激性、胱氨酸/谷氨酸反向轉(zhuǎn)運(yùn)體（cystine/glutamate antiporter，system xc-）的抑制，細(xì)胞內(nèi)鐵攝取增多，鐵依賴的芬頓反應(yīng)（fenton reaction）加劇，產(chǎn)生致死性的過氧化物積累，最終導(dǎo)致細(xì)胞死亡。

目前，已有相當(dāng)多的研究指出鐵死亡與各類器官中的缺血/再灌注損傷（ischemia/reperfusion injury，IRI）的病理生理過程密切相關(guān)［32-33］。例如，在心臟移植、心肺復(fù)蘇、心肌梗死等疾病引起的心肌IRI 中均存在鐵死亡，細(xì)胞和動(dòng)物模型實(shí)驗(yàn)結(jié)果也顯示，鐵死亡抑制劑或鐵螯合劑能顯著降低再灌注后心肌細(xì)胞鐵死亡相關(guān)通路蛋白的表達(dá)，增強(qiáng)心肌細(xì)胞抗氧化能力，從而有效改善心肌IRI［34-36］。此外，在高鐵飲食增加機(jī)體鐵負(fù)荷的小鼠模型中，肝臟IRI 明顯加重，鐵死亡標(biāo)志物環(huán)加氧酶和脂質(zhì)過氧化水平顯著上升，而鐵死亡特異性抑制劑α-生育酚、Liproxstatin-1 和鐵抑制素-1 等以及利用去鐵胺的鐵螯合作用，均可明顯減輕肝臟IRI［37］。此外，F(xiàn)riedmann 等［38］在肝損傷中發(fā)現(xiàn)鐵死亡的抑制劑liproxstatin－1 可以明顯緩解肝臟IRI。Tonnus 等［39］證實(shí)缺失鐵死亡抑制蛋白1（ferroptosis-suppressorprotein 1，F(xiàn)sp1）或?qū)ξ鞍坠入赘孰倪^氧化物酶4（selenoprotein glutathione peroxidase 4，Gpx4cys/-）活性中心進(jìn)行靶向調(diào)控均可以使腎小管對(duì)鐵死亡敏感，導(dǎo)致腎IRI 后腎小管性壞死，而利用特異性的小分子抑制劑則明天提高小鼠腎IRI 后的存活率。黃酮類中草藥如槲皮素等，可以下調(diào)活化轉(zhuǎn)錄因子3 （activation transcription factor 3，ATF3），以顯著提高SLC7A11、GPX4 的表達(dá)水平，從而抑制鐵死亡誘導(dǎo)的腎臟IRI［40］。ACYL－CoA 合成酶長鏈家族成員4（Acyl－CoA synthetase long－chain family member 4，ACSL4）是脂質(zhì)合成的關(guān)鍵酶，在鐵死亡環(huán)節(jié)中發(fā)揮重要作用。Li 等［41］證實(shí)了鐵死亡存在于腸道IRI 損傷，再灌注前抑制ACSL4 可防止鐵下垂和細(xì)胞死亡，并且特殊蛋白1（special protein 1，Sp1）是ACSL4 關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子，可以通過與ACSL4啟動(dòng)區(qū)結(jié)合增加其轉(zhuǎn)錄表達(dá)。在腦缺血相關(guān)研究中，在缺血壞死的腦組織周圍半暗帶區(qū)可以發(fā)現(xiàn)鐵富集，而使用鐵螯合劑降低鐵富集可以改善腦缺血，并且ACSL4 可以形成凝血酶-ACSL4 軸促進(jìn)缺血性卒中后鐵性細(xì)胞死亡，體外和體內(nèi)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)均發(fā)現(xiàn)通過抑制凝血酶-ACSL4 軸中的多個(gè)靶點(diǎn)可有效改善腦缺血［42-43］。

鐵死亡在肺IRI 損傷中的研究報(bào)道較少。Xu 等［44］在肺IRI 動(dòng)物模型中發(fā)現(xiàn)再灌注1 h 鐵死亡水平升高，存在Fe2+和ROS 的富集，鐵死亡保護(hù)蛋白GPX4 表達(dá)減少，負(fù)性調(diào)節(jié)蛋白ACSL4 表達(dá)增加，這些現(xiàn)象隨灌注時(shí)間增加而逐漸明顯。此外，鐵死亡通路的抑制劑Liproxstatin-1、羅格列酮等可以預(yù)防這些變化的發(fā)生。Wang 等［45］研究發(fā)用鳶尾素可以調(diào)控肺IRI 過程中Fe2+和ROS 水平，提高GPX4和谷胱甘肽表達(dá)，最終誘導(dǎo)Nrf2/HO-1 信號(hào)軸抑制鐵下垂減輕肺缺血/再灌注損傷。Wu 等［46］也認(rèn)為醛脫氫酶2 激活劑Alda-1 通過影響鐵死亡對(duì)肺IRI具有保護(hù)作用?？偠灾?，肺IRI 中存在Fe2+和ROS 的富集，鐵死亡過程的部分蛋白表達(dá)改變，但其具體過程仍需要進(jìn)一步明確。

4 討 論

肺移植術(shù)后PGD 嚴(yán)重影響了圍術(shù)期患者生存率，如何調(diào)控和避免IRI 引起的PGD 是圍術(shù)期治療的有效策略。盡管目前已經(jīng)有多種藥物抑制肺IRI 過程，但大多仍處于動(dòng)物實(shí)驗(yàn)階段，其臨床療效有待進(jìn)一步明確。鐵死亡作為誘導(dǎo)細(xì)胞死亡的一種重要機(jī)制，參與多種器官的IRI 過程，然而，鐵死亡在肺缺血/再灌注中的相關(guān)研究較少。我們認(rèn)為鐵死亡很可能在肺移植缺血/再灌注損傷中發(fā)揮重要作用，通過抑制細(xì)胞內(nèi)鐵死亡是預(yù)防和治療IRI 器官損傷的新靶點(diǎn)和新思路。通過抑制鐵死亡對(duì)肺臟保護(hù)作用還未見研究報(bào)道，這值得進(jìn)一步研究。其次，鐵死亡體外循環(huán)過程中是如何誘導(dǎo)和調(diào)控肺IRI 的尚不明確，是否存在有效的作用靶點(diǎn)從而形成新治療策略，仍有待進(jìn)一步研究。