基于鐵死亡作用機(jī)制探討中醫(yī)藥干預(yù)腦缺血再灌注損傷*

姚慧芳,蔚懿,王璐,關(guān)運(yùn)祥,錢仁義

1.河南中醫(yī)藥大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院,河南 鄭州 450000; 2.河南中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院,河南 鄭州 450000

腦缺血再灌注損傷(cerebral ischemia reperfusion injury,CIRI)是腦組織在缺血后恢復(fù)血流灌注時(shí),神經(jīng)元及細(xì)胞的壞死、凋亡反而加重,造成嚴(yán)重神經(jīng)功能障礙,具有較高的致殘率、致死率[1]。CIRI病理機(jī)制復(fù)雜,炎癥反應(yīng)、氧化應(yīng)激、氨基酸興奮毒性、神經(jīng)細(xì)胞凋亡、鈣超載、鐵死亡等參與其發(fā)生發(fā)展過程。鐵死亡是細(xì)胞內(nèi)活性氧累積所誘導(dǎo)的一種新型細(xì)胞調(diào)節(jié)性死亡方式,以鐵代謝紊亂、脂質(zhì)活性氧堆積為基本特征[2]。鐵死亡參與CIRI病理過程,抑制鐵死亡有神經(jīng)保護(hù)及抗氧化作用,可改善神經(jīng)缺損。中醫(yī)藥具有多機(jī)制、多靶點(diǎn)、多層次的獨(dú)特優(yōu)勢,治療CIRI療效顯著。本文基于鐵死亡作用機(jī)制,梳理中醫(yī)藥防治CIRI的研究現(xiàn)狀,探討中醫(yī)藥防治CIRI的新思路、新靶點(diǎn),以期為CIRI的臨床治療提供參考。

1 現(xiàn)代醫(yī)學(xué)對CIRI的認(rèn)識(shí)

CIRI是卒中患者在恢復(fù)缺血區(qū)血液再灌注時(shí)造成的二次損傷,具有極高的致殘率、病死率,嚴(yán)重影響卒中患者的生存質(zhì)量及生存周期。CIRI生理病理機(jī)制復(fù)雜,非一種反應(yīng)、一條通路可解釋,是氧化應(yīng)激、炎癥反應(yīng)、線粒體障礙、能量障礙、鈣超載、氨基酸興奮毒性、神經(jīng)細(xì)胞凋亡、鐵死亡等多種反應(yīng)綜合作用的結(jié)果。鐵死亡是細(xì)胞內(nèi)鐵代謝紊亂及活性氧的產(chǎn)生與降解失衡所誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡。一方面,鐵代謝紊亂使細(xì)胞內(nèi)活性氧升高,觸發(fā)氧化應(yīng)激反應(yīng)及細(xì)胞死亡;另一方面,通過催化羥自由基形成來觸發(fā)脂質(zhì)過氧化反應(yīng)及隨即而來的鐵死亡。鐵死亡參與CIRI生理病理過程,抑制鐵死亡有神經(jīng)保護(hù)及抗氧化作用。

1.1 鐵死亡及其作用機(jī)制概述鐵死亡作為一種鐵依賴性的,脂質(zhì)活性氧堆積所引起的新型細(xì)胞調(diào)節(jié)性死亡方式,在生理及病理?xiàng)l件下均可見到,但兩種狀態(tài)所起作用不同,生理?xiàng)l件下多為一種適應(yīng),抑或是一種抑癌保護(hù)機(jī)制[3]。研究發(fā)現(xiàn),胱氨酸/谷氨酸反向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白系統(tǒng)(cystine/glutamate antiporter system X-,system Xc-)/p53-GSH-GPXs、FSP1-CoQ10、GCH1-BH4-DHFR 3條調(diào)節(jié)軸在鐵死亡發(fā)生發(fā)展中起著關(guān)鍵作用,其中system Xc-/轉(zhuǎn)硫通路是system Xc-/p53-GSH-GPXs調(diào)節(jié)軸核心環(huán)節(jié),甲羥戊酸(MVA)途徑生成CoQ10是FSP1-CoQ10調(diào)節(jié)軸核心環(huán)節(jié),3條調(diào)節(jié)軸均由NADPH介導(dǎo)[4],見圖1。

圖1 鐵死亡作用機(jī)制

system Xc--GSH-GPX4是鐵死亡作用機(jī)制核心環(huán)節(jié),已成為共識(shí)。其中system Xc-是細(xì)胞抗氧化系統(tǒng)的重要組分,主要由SLA7A11、SLC3A2亞基組成,可促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)外谷氨酸、胱氨酸運(yùn)輸與轉(zhuǎn)化,進(jìn)而形成GSH。谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-Px)是機(jī)體內(nèi)廣泛存在的一種重要的過氧化物分解酶[5]。GPX4是一種硒蛋白,是GPX4酶系的陰性調(diào)控因子,可降解小分子過氧化物及某些脂質(zhì)過氧化物,抑制脂質(zhì)過氧化反應(yīng),減少活性氧累積,從而抑制鐵死亡。GSH是GPXs的輔助因子,GSH表達(dá)下調(diào)會(huì)導(dǎo)致GPXs活性降低,減少鐵死亡的發(fā)生。RSL3、DPI7、DP10、DPI2、DPI3是鐵死亡誘導(dǎo)劑、GPX4的抑制劑,可降低GPX4活性,降低細(xì)胞降解脂質(zhì)活性氧能力,從而導(dǎo)致鐵死亡。

NAD(P)H/FSP1/CoQ10是一條平行于system Xc--GSH-GPX4的另一抗氧化系統(tǒng)[6]。FSP1是一種GSH非依賴性的去鐵蛋白抑制劑,同時(shí)也是一種還原酶,可將CoQ還原為抗氧化劑CoQH2,直接減少脂質(zhì)活性氧等自由基的生成。CoQ10是生物體內(nèi)廣泛存在的一類脂溶性抗氧化劑,可有效減輕氧自由基對細(xì)胞的損傷。

GCH1-BH4-DHFR是一條非依賴GPX4活性的鐵死亡抑制機(jī)制[5],也是抗氧化系統(tǒng)的重要組成部分。GCH1是鳥苷三磷酸環(huán)水解酶,也是BH4合成的限速酶。BH4作為一種有效的自由基抗氧化劑,被DHFR氧化還原重復(fù)利用[5],從而抑制脂質(zhì)氧化反應(yīng),增強(qiáng)細(xì)胞抗氧化能力,抑制鐵死亡。除此之外,尚可通過鐵代謝通路、線粒體通路等途徑調(diào)節(jié)體內(nèi)鐵死亡。

1.2 鐵死亡作用機(jī)制與CIRI

1.2.1 抑制system Xc-/p53-GSH-GPXs通路介導(dǎo)的鐵死亡P53是一種抑癌基因,可下調(diào)SLA7A11的表達(dá),抑制細(xì)胞對胱氨酸的攝取,減少GSH生成,降低GPX4活性,導(dǎo)致細(xì)胞抗氧化能力降低,對鐵死亡敏感性增加[6]。RSL3、DPI7、DP10、DPI2、DPI3是鐵死亡誘導(dǎo)劑、GPX4的抑制劑,可降低GPX4活性,降低細(xì)胞降解脂質(zhì)活性氧能力,從而導(dǎo)致鐵死亡。研究發(fā)現(xiàn),抑制system Xc-/p53會(huì)減少GSH表達(dá),降低GPXs活性,抑制鐵死亡[7]。除此之外,RSL3、Erastin、鐵螯合劑等鐵抑制劑也可降低GPXs活性,減少鐵死亡的發(fā)生。敲除GPX4的小鼠,體內(nèi)脂質(zhì)過氧化反應(yīng)活躍,活性氧、MDA含量均明顯增高,對鐵死亡的敏感性也增加[8-9]。

1.2.2 抑制FSP1/CoQ10通路介導(dǎo)的鐵死亡當(dāng)system Xc-/p53-GSH-GPXs通路功能失調(diào)時(shí),該通路可發(fā)揮補(bǔ)充保護(hù)機(jī)制,抑制鐵死亡。Daghlas等[10]研究發(fā)現(xiàn),FSP1抑制鐵死亡的機(jī)制可能與促進(jìn)轉(zhuǎn)運(yùn)ESCRT-Ⅲ(內(nèi)體分選復(fù)合物)膜修復(fù)系統(tǒng)所需的CoQ10這一獨(dú)立機(jī)制有關(guān)。在氧化應(yīng)激狀態(tài)下,FSP1被重新募集到質(zhì)膜上,可促進(jìn)CoQ10的生成以抑制脂質(zhì)過氧化,減少自由基生成,從而抑制鐵死亡發(fā)生[11]。

1.2.3 抑制GCH1-BH4-DHFR通路介導(dǎo)的鐵死亡GCH1-BH4-DHFR作為非依賴GPX4活性的鐵死亡抑制機(jī)制,可減輕氧化應(yīng)激反應(yīng),從而減輕CIRI。Kraft等[12]發(fā)現(xiàn),表BH4可促進(jìn)CoQ10的合成發(fā)揮抗氧化作用,其機(jī)制可能與調(diào)節(jié)苯丙氨酸、酪氨酸間轉(zhuǎn)化相關(guān)。研究發(fā)現(xiàn),抑制GPX4活性、阻斷DHFR表達(dá)在基因或藥理學(xué)上均可抑制鐵死亡[12]。

2 中醫(yī)藥基于鐵死亡作用機(jī)制減輕CIRI

中醫(yī)藥具有多機(jī)制、多環(huán)節(jié)、多靶點(diǎn)的獨(dú)特優(yōu)勢,在CIRI治療方面有較好的療效[13-14],中醫(yī)藥防治鐵死亡可以減輕CIRI是該領(lǐng)域當(dāng)前的研究熱點(diǎn)之一。鐵死亡3條重要的作用機(jī)制均是抗氧化系統(tǒng)的重要組成部分。中醫(yī)藥治療CIRI通過抑制鐵死亡減輕氧化應(yīng)激、抑制鐵代謝通路、減輕炎癥反應(yīng)等途徑減輕CIRI。當(dāng)前基于鐵死亡理論及其作用機(jī)制研究多集中在中藥活性成分,中藥復(fù)方及其制劑、針灸方面的研究略顯不足。故探討中醫(yī)藥療法與CIRI后鐵死亡環(huán)節(jié)的內(nèi)在有機(jī)聯(lián)系,對中醫(yī)藥精準(zhǔn)干預(yù)CIRI后鐵死亡,減少神經(jīng)功能的損傷大有裨益。

2.1 中藥單藥及活性成分對鐵死亡機(jī)制的調(diào)節(jié)當(dāng)前,基于鐵死亡機(jī)制的中藥研究以單味藥的活性成分研究居多。鐵死亡作用機(jī)制均與抗氧化系統(tǒng)密切相關(guān),故抑制鐵死亡、減輕氧化應(yīng)激從而減輕 CIRI 是中醫(yī)藥干預(yù)鐵死亡的研究熱點(diǎn)。高薇等[15]研究證實(shí),柴胡皂苷A、順鉑聯(lián)用可抑制Nrf2/HO-1通路,上調(diào)Transferrin表達(dá),維持細(xì)胞內(nèi)Fe2+水平,降低GPX4、SLC7A11、SLC40A1表達(dá)水平及GSH水平,從而促進(jìn)脂質(zhì)氧化反應(yīng),誘導(dǎo)鐵死亡。王潔等[16]發(fā)現(xiàn),黨參干預(yù)CIRI鐵死亡主要作用靶點(diǎn)可能為AKT1、MAPK3、TNF、MAPK1、SRC等,其中萜類、黃酮類、甾醇類、生物堿類等4類化合物是黨參作用于鐵死亡的主要活性成分,兩者均可通過減輕氧化應(yīng)激及炎癥反應(yīng)來減輕神經(jīng)細(xì)胞損傷。研究顯示,冰片可上調(diào)SOD、NO表達(dá),降低MDA水平,抑制氧自由基生成及脂質(zhì)氧化反應(yīng),增強(qiáng)細(xì)胞抗氧化能力[17]。Zhou等[18]研究發(fā)現(xiàn),丹參有效成分丹參酮ⅡA在腦缺血發(fā)生時(shí)可降低PI3K、AKT及Nrf2表達(dá),提高SLC7A11、GPX4水平抑制鐵死亡,減輕氧化應(yīng)激。有研究表明,白藜蘆醇可降低胞內(nèi)Fe2+水平,上調(diào)GPX4、xCT的表達(dá),提高GSH水平,從而提高抗氧化應(yīng)激能力,抑制鐵死亡產(chǎn)生,減輕病理損害,改善神經(jīng)功能障礙,產(chǎn)生神經(jīng)保護(hù)作用[19]。中藥單藥及活性成分參與鐵死亡的作用機(jī)制[16-18,20-36]見表1。

表1 中藥單藥及活性成分參與鐵死亡作用機(jī)制

2.2 中藥復(fù)方及其制劑對鐵死亡機(jī)制的調(diào)節(jié)中藥復(fù)方是在精準(zhǔn)辨證的基礎(chǔ)上針對患者情況確立的方劑,一般多由兩味或兩味以上藥物組成,是中藥湯劑的主要組成部分。相對于中藥單藥,中藥復(fù)方多靶點(diǎn)、多機(jī)制的優(yōu)勢更加明顯,更適應(yīng)臨床需要。趙馮巖等[37]基于網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)探討補(bǔ)陽還五湯干預(yù)腦缺血鐵死亡機(jī)制,研究結(jié)果顯示可能與調(diào)控MAPK、PI3K-Akt、Ras等信號(hào)通路及HSP90AA1、EGFR、GRB2等3個(gè)關(guān)鍵靶點(diǎn)相關(guān)。其中HSP90AA1靶點(diǎn)以及PI3K-Akt信號(hào)通路可能為抑制鐵死亡關(guān)鍵機(jī)制;且補(bǔ)陽還五湯調(diào)控鐵死亡的關(guān)鍵靶點(diǎn)的成分多來源于黃芪、紅花、桃仁、赤芍等4味藥。研究表明,腦泰方可抑制鐵死亡,作用機(jī)制為調(diào)控HSF1/HSPB1信號(hào)通路,上調(diào)HSF1、HSPB1、FTH1表達(dá),下調(diào)TFR1蛋白表達(dá),降低細(xì)胞內(nèi)Fe2+、MDA、活性氧水平,從而抑制鐵超載觸發(fā)的Fenton反應(yīng)及脂質(zhì)氧化反應(yīng),減輕神經(jīng)功能損傷[38]。周玉嘉[39]發(fā)現(xiàn),冠心寧可通過調(diào)控PPAR信號(hào)通路抑制MDA、活性氧的表達(dá),增加SOD水平,改善氧化應(yīng)激,減輕細(xì)胞損傷。中藥復(fù)方及制劑參與鐵死亡作用機(jī)制[37-47]見表2。

表2 中藥復(fù)方及制劑參與鐵死亡作用機(jī)制

2.3 針灸對鐵死亡機(jī)制的調(diào)節(jié)針灸作為中醫(yī)傳統(tǒng)療法,具有多機(jī)制、安全性高、不良反應(yīng)少、價(jià)廉等優(yōu)勢,在干預(yù)神經(jīng)功能缺損方面療效顯著。李明月等[48]研究發(fā)現(xiàn),“百會(huì)”透“曲鬢”針刺法可減輕線粒體形態(tài)改變,上調(diào)神經(jīng)元特異性核蛋白(NeuN)的表達(dá)水平,下調(diào)MDA表達(dá),抑制鐵死亡促進(jìn)神經(jīng)功能修復(fù)。Li等[49]研究發(fā)現(xiàn),針刺通過調(diào)節(jié)p62/Keap1/Nrf2抗氧化途徑,上調(diào)GPX4、FTH1表達(dá),減少M(fèi)DA、Fe2+表達(dá),抑制Fenton及隨后的脂質(zhì)氧化反應(yīng),抑制鐵死亡。有學(xué)者在整理歸納近些年針刺干預(yù)CIRI機(jī)理研究中發(fā)現(xiàn),其抑制鐵死亡的機(jī)制可能與調(diào)控Nrf2/HO-1通路,減少M(fèi)DA、活性氧等氧自由基拮抗氧化反應(yīng)相關(guān)[50]。彭傳玉等[51]研究發(fā)現(xiàn),艾灸可上調(diào)大鼠SLC7A11、GSH、GPX4表達(dá)水平,下調(diào)p53、活性氧表達(dá)水平,抑制鐵死亡發(fā)生,提示艾灸可能為抑制鐵死亡的有效途徑之一,見表3。

表3 針灸干預(yù)鐵死亡作用機(jī)制

3 討論

鐵死亡參與CIRI病理過程,抑制鐵死亡可減輕氧化應(yīng)激,起到神經(jīng)保護(hù)作用。system Xc-/p53-GSH-GPXs、FSP1-CoQ10、GCH1-BH4-DHFR 3條調(diào)節(jié)軸是鐵死亡作用機(jī)制的核心環(huán)節(jié),且均為抗氧化系統(tǒng)的組成部分。中醫(yī)藥具有多機(jī)制、多環(huán)節(jié)、多靶點(diǎn)的特點(diǎn),其抑制鐵死亡、減輕氧化應(yīng)激的作用是當(dāng)前研究熱點(diǎn)。

P53作為抑癌基因,可下調(diào)SLA7A11、GSH表達(dá),降低GPX4活性,導(dǎo)致細(xì)胞抗氧化能力降低,對鐵死亡敏感性增加,因此,誘導(dǎo)鐵死亡能夠提高殺傷癌細(xì)胞的功效。本文初步歸納總結(jié)了中醫(yī)藥調(diào)節(jié)鐵死亡機(jī)制相關(guān)文獻(xiàn),發(fā)現(xiàn)當(dāng)前中醫(yī)藥干預(yù)鐵死亡及其作用機(jī)制研究以單藥成分研究居多,中藥復(fù)方及其制劑相對較少,且多集中在抑制鐵死亡減輕氧化應(yīng)激方面。因此,基于鐵死亡作用機(jī)制,探究鐵死亡的“雙重作用”,充分發(fā)揮中醫(yī)藥多層次、多機(jī)制、多靶點(diǎn)的優(yōu)勢,具有廣闊的臨床前景。