[摘要]鐵死亡是一種新發(fā)現(xiàn)的依賴(lài)鐵的程序性細(xì)胞死亡方式,具有高度的靈活機(jī)制,主要表現(xiàn)為鐵超載引發(fā)的鐵代謝異常、抗氧化應(yīng)激失衡和脂質(zhì)代謝紊亂。越來(lái)越多的研究開(kāi)始探索鐵死亡在子宮內(nèi)膜異位癥(endometriosis,EMT)中的相關(guān)作用。研究發(fā)現(xiàn)EMT的發(fā)生、發(fā)展不僅有鐵超載和鐵死亡,還有鐵死亡抵抗,且EMT可通過(guò)改變卵母細(xì)胞的微環(huán)境影響卵母細(xì)胞的質(zhì)量。抑制鐵死亡通路、啟動(dòng)并激活氧化應(yīng)激保護(hù)或許可成為治療EMT患者不孕的潛在方向。因此,鐵死亡可能成為今后子宮內(nèi)膜異位不孕癥治療的一個(gè)新靶點(diǎn)。
[關(guān)鍵詞]子宮內(nèi)膜異位癥;不孕癥;鐵死亡;鐵超載;鐵死亡抵抗
[中圖分類(lèi)號(hào)]R711.71[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A[DOI]10.3969/j.issn.1673-9701.2024.19.028
子宮內(nèi)膜異位癥(endometriosis,EMT)是一種具有生長(zhǎng)功能的子宮內(nèi)膜組織出現(xiàn)在子宮體以外部位的疾病。EMT的發(fā)病機(jī)制尚未完全闡明,涉及多種因素,包括月經(jīng)逆行、免疫影響、干細(xì)胞、表觀遺傳因素、體腔化生、米勒管殘余及淋巴管和血管播散等[1-2]。鐵死亡是2012年提出的新型細(xì)胞死亡概念,其過(guò)程伴隨鐵的積累和氧化應(yīng)激,可通過(guò)不同途徑直接或間接影響谷胱甘肽過(guò)氧化物酶的活性。最新研究指出,應(yīng)將鐵死亡視為一種高度靈活的、可由多科功能相關(guān)代謝產(chǎn)物和蛋白質(zhì)共同介導(dǎo)的靈活機(jī)制,而非傳統(tǒng)組件所形成的固定通路[3]。研究表明異位病灶反復(fù)周期性出血,在局部積累的大量游離鐵可造成鐵超載和鐵死亡,并通過(guò)一系列反應(yīng)破壞卵巢或腹腔微環(huán)境,造成女性不孕[4]。
1鐵死亡的發(fā)生機(jī)制
1.1鐵穩(wěn)態(tài)與鐵死亡
生理環(huán)境下,胞外Fe3+與轉(zhuǎn)鐵蛋白結(jié)合,通過(guò)轉(zhuǎn)鐵蛋白受體1釋放到胞質(zhì)中,其也可通過(guò)金屬轉(zhuǎn)運(yùn)體SLC39A14介導(dǎo)的非轉(zhuǎn)鐵蛋白結(jié)合的鐵攝取轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞中。有學(xué)者指出轉(zhuǎn)鐵蛋白受體1可能是鐵死亡的特異性標(biāo)志物,可通過(guò)調(diào)控轉(zhuǎn)鐵蛋白受體實(shí)現(xiàn)對(duì)鐵死亡的調(diào)控[5]。金屬還原酶STEAP3在內(nèi)含體中將Fe3+還原為Fe2+,F(xiàn)e2+從轉(zhuǎn)鐵蛋白中釋放,并通過(guò)二價(jià)金屬轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白1或溶酶體鈣離子通道輸出到細(xì)胞質(zhì)中,胞內(nèi)的鐵主要存在于血紅素、鐵硫簇及鐵蛋白重鏈/輕鏈(ferritinheavy/lightchain,F(xiàn)TH/FTL)。血紅素在血紅素加氧酶1的催化降解下釋放鐵蛋白,鐵蛋白通過(guò)核受體激活子4介導(dǎo)的自噬作用降解釋放大量的鐵。此外,鐵調(diào)素可通過(guò)抑制膜鐵轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白減少細(xì)胞內(nèi)鐵的釋放。這些過(guò)程均可增加不穩(wěn)定胞內(nèi)鐵池,從而觸發(fā)鐵死亡[6]。鐵調(diào)節(jié)蛋白在鐵穩(wěn)態(tài)的調(diào)控中也發(fā)揮重要作用,胞內(nèi)缺鐵時(shí)其可啟動(dòng)并激活饑餓反應(yīng),轉(zhuǎn)鐵蛋白受體1表達(dá)上調(diào),F(xiàn)TH和鐵泵蛋白表達(dá)下降,從而增加胞內(nèi)可利用鐵離子數(shù)量。鐵調(diào)節(jié)蛋白2可抑制FTH和鐵泵蛋白的表達(dá),使細(xì)胞對(duì)鐵死亡的敏感度增加[7]。研究發(fā)現(xiàn)鐵硫簇的缺乏可強(qiáng)烈激活鐵饑餓反應(yīng),通過(guò)結(jié)合谷胱甘肽抑制物,觸發(fā)鐵死亡[8]。
1.2抗氧化系統(tǒng)與鐵死亡
過(guò)量鐵積累觸發(fā)芬頓反應(yīng),進(jìn)而產(chǎn)生一系列氧自由基,這便需要大量的抗氧化物阻止細(xì)胞損傷。與多條鐵穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)途徑對(duì)應(yīng)的是多條抗氧化代謝路徑,目前x-CT-還原型谷胱甘肽(glutathione,GSH)-谷胱甘肽過(guò)氧化物酶4(glutathioneperoxidase4,GPX4)信號(hào)通路作為鐵死亡保護(hù)系統(tǒng)的明星通路,與鐵死亡的關(guān)系最為明確。Huang等[9]研究EMT患者與健康女性的巴氏涂片抗氧化酶系發(fā)現(xiàn),GPX4通路可能參與EMT的發(fā)病機(jī)制。x-CT由特異性底物輕鏈亞基溶質(zhì)載體家族7成員11和溶質(zhì)載體家族3成員2組成,是一種廣泛分布于磷脂雙層膜Na+依賴(lài)的胱氨酸-谷氨酸交換轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白,其可將胞外胱氨酸轉(zhuǎn)入,將胞內(nèi)谷氨酸轉(zhuǎn)出。GSH是重要的抗氧化因子,而胱氨酸是GSH的原料之一。GPX4作為胞內(nèi)最重要的脂質(zhì)抗過(guò)氧化酶,是一種以硒為中心的鐵功能抑制劑,其可抑制局部膜的脂質(zhì)過(guò)氧化,將有毒的多不飽和脂肪酸(polyunsaturatedfattyacid,PUFA)磷脂氫過(guò)氧化物轉(zhuǎn)化為無(wú)毒的PUFA磷脂醇[3]。鐵死亡誘導(dǎo)劑Erastin可與轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白系統(tǒng)x-CT結(jié)合從而誘導(dǎo)鐵死亡[10]。此外,輔酶Q10和褪黑素作為體內(nèi)強(qiáng)大的抗氧化劑,輔酶Q10可通過(guò)鐵死亡相關(guān)通路抑制鐵死亡,褪黑素可通過(guò)直接或間接作用減輕氧化損傷和鐵死亡[11-13]。
1.3脂質(zhì)代謝與鐵死亡
特定膜脂的過(guò)氧化作用驅(qū)動(dòng)鐵死亡的最終進(jìn)展,故而脂質(zhì)過(guò)氧化物是鐵死亡的核心產(chǎn)物之一[14]。鐵死亡研究初期,有學(xué)者認(rèn)為游離PUFA似乎是鐵死亡的驅(qū)動(dòng)因素,但后續(xù)研究發(fā)現(xiàn)PUFA并不是鐵死亡的驅(qū)動(dòng)因素,而是需要活化PUFA并將其摻入膜脂中生成過(guò)氧化物。而研究某些特定脂質(zhì)及促進(jìn)其生成和摻入細(xì)胞膜的酶則成為鐵死亡十年的研究方向[15]。研究發(fā)現(xiàn)花生四烯酸和腎上腺酸這兩種不飽和脂肪酸與鐵死亡關(guān)系最為密切,而酯?;o酶A合成酶長(zhǎng)鏈家族成員(long-chainacyl-CoAsynthetasefamilymember,ACSL)4和脂質(zhì)重塑相關(guān)的賴(lài)氨酰磷脂酰膽堿?;D(zhuǎn)移酶3(lyso-phosphatidylcholineacyltransferase3,LPCAT3)正是可將不飽和脂肪酸轉(zhuǎn)化成脂質(zhì)過(guò)氧化物的物質(zhì)[16]。丙二醛是生物膜上不飽和脂肪酸過(guò)氧化反應(yīng)的最終產(chǎn)物,其積累可引發(fā)生物大分子交聯(lián)聚合,造成胞膜不可逆性損傷,進(jìn)而導(dǎo)致細(xì)胞死亡[14]。ACSL4在鐵死亡中發(fā)揮正反饋執(zhí)行作用。研究發(fā)現(xiàn)ACSL4的缺乏及LPCAT3的敲除均可顯著提高細(xì)胞對(duì)鐵死亡的抗性[17]。ACSL酶系的其他成員也可調(diào)控鐵死亡,ACSL1通過(guò)與共軛亞麻酸結(jié)合促進(jìn)鐵死亡,ACSL3通過(guò)與單不飽和脂肪酸結(jié)合抵抗鐵死亡。此外,脂肪酸活化為CoA酯可能是鐵死亡的關(guān)鍵調(diào)控步驟[15]。
2EMT鐵死亡
2.1EMT盆腔環(huán)境鐵超載
EMT的鐵代謝失衡問(wèn)題備受關(guān)注。先前研究指出,EMT患者的腹腔液、內(nèi)異癥病灶、卵泡液、腹膜及巨噬細(xì)胞內(nèi)中都存在鐵超載[18]。Xu等[19]研究發(fā)現(xiàn),血清鐵蛋白水平和轉(zhuǎn)鐵蛋白飽和度與EMT呈正相關(guān),且EMT病變組織巨噬細(xì)胞中磷酸化鐵蛋白相關(guān)基因顯著上調(diào)。鐵過(guò)載不僅可導(dǎo)致內(nèi)膜下組織的炎癥加劇,進(jìn)而加重疼痛;還可影響卵巢儲(chǔ)備功能,使得卵泡顆粒細(xì)胞凋亡和氧化應(yīng)激增加,進(jìn)而影響卵子的質(zhì)量和數(shù)量,引發(fā)不孕;更可干擾子宮內(nèi)膜的正常生長(zhǎng)和修復(fù),導(dǎo)致其對(duì)受精卵的著床能力下降[4]。
2.2異位內(nèi)膜鐵死亡抵抗
過(guò)度暴露于鐵超載環(huán)境下的異位子宮內(nèi)膜(ectopicendometrium,ECEM)細(xì)胞仍能生長(zhǎng)增殖,且與正常子宮內(nèi)膜細(xì)胞相比,其具有更高的存活能力、更強(qiáng)的抗凋亡能力和更高的鐵代謝能力。此外,ECEM細(xì)胞中的鐵離子量更高,ECEM細(xì)胞中鐵代謝相關(guān)基因的表達(dá)也與正常子宮內(nèi)膜細(xì)胞不同,如鐵調(diào)素、轉(zhuǎn)鐵蛋白受體2等基因的表達(dá)均較高。此外,ECEM病變囊壁內(nèi)層的線(xiàn)粒體出現(xiàn)萎縮、膜密度增加和線(xiàn)粒體嵴減少的現(xiàn)象,而ECEM病變囊壁外層未見(jiàn)明顯改變。這種不同的表現(xiàn)提示ECEM可能存在鐵死亡的不同抗性,并進(jìn)一步導(dǎo)致異位病變[20]。長(zhǎng)鏈非編碼RNA(longnoncodingRNA,lncRNA)在調(diào)節(jié)EMT的發(fā)育和進(jìn)展中發(fā)揮重要作用。Wan等[21]研究發(fā)現(xiàn),lncRNAADAMTS9-AS1通過(guò)調(diào)節(jié)微RNA-6516-5p/GPX4信號(hào)通路,促進(jìn)GPX4的表達(dá),進(jìn)而促進(jìn)子宮內(nèi)膜損傷的抗氧化和鐵死亡抵抗。Zhou等[22]研究發(fā)現(xiàn),子宮內(nèi)膜腺肌癥和EMT的子宮內(nèi)膜基質(zhì)細(xì)胞中鐵過(guò)載可能與細(xì)胞的增殖抑制有關(guān),可通過(guò)多腺苷二磷酸核糖聚合酶1/沉默信息調(diào)節(jié)因子1信號(hào)激活保護(hù)性自噬,減輕鐵超載導(dǎo)致的生長(zhǎng)抑制。Li等[23]研究發(fā)現(xiàn)在正常內(nèi)膜到異位內(nèi)膜的發(fā)育過(guò)程中,鐵死亡相關(guān)基因變化不斷增加,提示EMT的子宮內(nèi)膜原位和異位與鐵死亡抵抗基因改變有關(guān)。
2.3EMT血管生成與鐵死亡
EMT被稱(chēng)為不死的腫瘤,其生物學(xué)行為具有組織侵襲和血管生成能力,在生理上依賴(lài)于巨噬細(xì)胞的激活,血管生成是EMT形成和生長(zhǎng)的先決條件。EMT患者的血清、腹水和子宮內(nèi)膜中可檢測(cè)到炎癥因子和血管生成因子。在ECEM病變中血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(vascularendothelialgrowthfactor,VEGF)和白細(xì)胞介素(interleukin,IL)-8高表達(dá)可誘導(dǎo)血管內(nèi)皮細(xì)胞增生[24]。此外,在體外培養(yǎng)的子宮內(nèi)膜基質(zhì)細(xì)胞中添加IL-1β或腫瘤壞死因子-α和γ干擾素可促進(jìn)大量中性粒細(xì)胞中激活肽78和IL-8的釋放[25]。IL-1可減少細(xì)胞凋亡,并誘導(dǎo)EMT組織中IL-6和IL-8的分泌,導(dǎo)致EMT增生增加?,F(xiàn)已證實(shí)子宮異位內(nèi)膜中存在鐵死亡,囊液和鐵誘導(dǎo)的鐵死亡可上調(diào)IL-8和VEGF在急性髓系白血病細(xì)胞系THP-1中的表達(dá)。Yi等[26]研究發(fā)現(xiàn)巨噬細(xì)胞中的包囊液和鐵誘導(dǎo)的鐵死亡可觸發(fā)血管生成。在ECEM基質(zhì)細(xì)胞中鐵死亡與鐵死亡抵抗同時(shí)存在,共同參與EMT進(jìn)展,這可為EMT的治療提供新的思路,平衡好鐵死亡和鐵死亡抵抗可控制EMT的侵襲行為。
2.4EMT脂質(zhì)代謝與鐵死亡
EMT的本質(zhì)是炎癥,脂質(zhì)代謝失衡是細(xì)胞對(duì)炎癥的反應(yīng),炎癥是血管損傷發(fā)生和維持及動(dòng)脈粥樣硬化發(fā)生發(fā)展的主要機(jī)制。EMT患者中存在較高的血脂異常率,與正常女性相比,其動(dòng)脈的僵硬度和內(nèi)皮功能障礙增加,EMT可能與動(dòng)脈粥樣硬化性心血管疾病之間存在遺傳聯(lián)系[27-28]。EMT基質(zhì)細(xì)胞中活性氧、丙二醛、低密度脂蛋白及膽固醇增加,表明甲羥戊酸膽固醇合成途徑在EMT中非?;钴S。輔酶Q10作為甲羥戊酸的衍生物有強(qiáng)大的抗氧化作用;甲羥戊酸途徑的中間體異戊烯基焦磷酸通過(guò)影響將硒摻入GPX4等硒蛋白的過(guò)程,促進(jìn)GPX4表達(dá),進(jìn)而保護(hù)細(xì)胞。鑒于甲羥戊酸途徑在鐵死亡中的保護(hù)作用,血脂異?;颊呖赏ㄟ^(guò)甲羥戊酸途徑活躍保護(hù)異位子宮內(nèi)膜細(xì)胞,減輕鐵死亡的應(yīng)激反應(yīng)。近年來(lái),他汀類(lèi)藥物在EMT中的研究和應(yīng)用越來(lái)越多,其通過(guò)抑制甲羥戊酸途徑關(guān)鍵酶發(fā)揮作用,親脂類(lèi)他汀可抑制人子宮內(nèi)膜基質(zhì)細(xì)胞的生長(zhǎng)并降低侵襲性,還可降低微血管內(nèi)皮功能損害的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)[27,29-30]。
3鐵死亡與EMT合并不孕癥的研究
EMT不孕癥的主要原因是卵泡發(fā)育不良和卵母細(xì)胞質(zhì)量下降,EMT患者腹水和卵泡液中鐵超載是導(dǎo)致異位組織增生和卵母細(xì)胞損傷的重要因素,且在卵泡液中可觀察到丙二醛和活性氧水平升高,超氧化物歧化酶水平降低,卵母細(xì)胞周?chē)h(huán)境發(fā)生改變,從而影響卵母細(xì)胞的發(fā)育和成熟[31]。研究顯示,EMT卵泡液干預(yù)人顆粒細(xì)胞系后,細(xì)胞衰老和鐵死亡信號(hào)通路異常,這與鐵死亡相關(guān)的自噬相關(guān)基因表達(dá)上調(diào)有關(guān)。EMT卵泡液處理后,顆粒細(xì)胞中鐵、活性氧、脂質(zhì)過(guò)氧化物、丙二醛水平升高,線(xiàn)粒體縮短并變小[32]。卵巢型EMT患者較非卵巢型EMT患者的卵母細(xì)胞質(zhì)量差??拷殉残虴MT病變部位的卵泡相較正常人表現(xiàn)出更高的總鐵水平及更低的獲卵率。鐵螯合劑甲磺酸和維生素E可通過(guò)影響顆粒細(xì)胞分泌的外泌體改善EMT合并鐵超載小鼠的不孕癥,說(shuō)明鐵螯合劑和維生素E對(duì)EMT不孕癥患者有潛在治療作用[4]。N-乙酰半胱氨酸在鐵死亡中起重要的保護(hù)作用,不僅可降低血清糖類(lèi)抗原125水平,還可改善EMT相關(guān)的疼痛并縮小巧克力囊腫的大小[33];并可改善EMT患者的生育能力[34]。Yes相關(guān)蛋白(Yes-associatedprotein,YAP)作為顆粒細(xì)胞增殖和分化的關(guān)鍵因子,其正常表達(dá)和激活對(duì)卵泡發(fā)育和成功繁殖至關(guān)重要。YAP1因此被視作治療與異常顆粒細(xì)胞功能相關(guān)的生育力低下的有前途的靶點(diǎn)[35]。轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β信號(hào)和鐵過(guò)載可通過(guò)YAP在胞外基質(zhì)發(fā)揮協(xié)同作用,動(dòng)態(tài)卵泡鐵穩(wěn)態(tài)與YAP相互作用,其過(guò)度激活會(huì)顯著增大卵巢儲(chǔ)備損失的風(fēng)險(xiǎn),并可增強(qiáng)卵泡對(duì)過(guò)量鐵的敏感度[22,33]。此外,化瘀解毒方通過(guò)IL-6和鐵調(diào)素通路減少體內(nèi)鐵超載降低卵母細(xì)胞的氧化應(yīng)激水平,并提高EMT不孕癥患者的卵母細(xì)胞成熟率[36]。黃芩素作為一種天然的鐵死亡抑制劑,不僅可促進(jìn)GPX4表達(dá),還可減輕鐵死亡介導(dǎo)的對(duì)巨噬細(xì)胞吞噬的抑制[26]。鐵死亡抵抗是EMT細(xì)胞得以生存繁殖的可能原因,因此可通過(guò)誘導(dǎo)鐵死亡發(fā)生或阻斷細(xì)胞對(duì)鐵死亡的抵抗進(jìn)行治療。他汀類(lèi)藥物被報(bào)道具有治療EMT的潛能,鐵死亡誘導(dǎo)劑索拉非尼可克服甲羥戊酸途徑對(duì)細(xì)胞的鐵死亡保護(hù),抑制EMT細(xì)胞的生長(zhǎng)、遷移能力,降低其血管生成的潛能[37]。目前已明確子宮內(nèi)膜干細(xì)胞參與EMT的發(fā)病機(jī)制,并與復(fù)發(fā)性生殖失敗有關(guān)。研究顯示子宮內(nèi)膜間充質(zhì)干細(xì)胞注射治療具有保護(hù)作用,這可能是通過(guò)炎癥損傷減少和顆粒細(xì)胞群對(duì)干細(xì)胞的反應(yīng),從而支持卵泡發(fā)育和類(lèi)固醇激素的產(chǎn)生[38]。干細(xì)胞療法可成為EMT的治療選擇。
4小結(jié)與展望
EMT中鐵死亡與鐵死亡抵抗并存。鑒于鐵死亡對(duì)卵母細(xì)胞微環(huán)境的不良影響,研究如何抑制鐵死亡通路、啟動(dòng)激活氧化應(yīng)激保護(hù)或許可成為治療EMT不孕癥的潛在方向。針對(duì)此現(xiàn)象,EMT的未來(lái)靶向藥物可能存在兩個(gè)分支:一個(gè)分支是鐵死亡誘導(dǎo)劑,通過(guò)誘導(dǎo)鐵死亡從而清除體內(nèi)異位的子宮內(nèi)膜細(xì)胞,減少EMT帶來(lái)的負(fù)面影響;另一分支是鐵死亡抑制劑,通過(guò)清除和減少鐵死亡引起的氧化應(yīng)激產(chǎn)物和脂質(zhì)代謝紊亂發(fā)揮作用,降低鐵超載對(duì)正常細(xì)胞的損害。將鐵死亡的發(fā)生與EMT的形成相關(guān)聯(lián)不僅可增加人們對(duì)EMT分子和細(xì)胞機(jī)制的了解,也為其臨床診治提供新思路。未來(lái),單一或聯(lián)合不同的鐵死亡誘導(dǎo)劑、鐵死亡抑制劑、抗氧化劑可能是治療EMT及其相關(guān)性不孕癥的新路徑。
利益沖突:所有作者均聲明不存在利益沖突。
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