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1、鐵死亡與肝臟疾?。ㄈ模┘毎劳鍪巧顒舆^程中一項重要的生理或病理現(xiàn)象。鐵死亡（ferroptosis ）是新近發(fā)現(xiàn)的一種程序性死亡方式，在形態(tài)、生物化 學、遺傳學水平上，與其他類型的死亡方式如凋亡、壞死、自噬等明 顯不同1。鐵死亡在多種疾病的發(fā)生發(fā)展過程中起重要作用，如帕金 森病、缺血再灌注損傷、腫瘤等。近期研究2-5顯示，在多種肝臟疾病中均發(fā)現(xiàn)不同程度的鐵代謝紊亂和脂質過氧化物集聚等鐵死亡特 征，而調(diào)控鐵死亡可以影響肝臟疾病進程。本文旨在總結和評價鐵死 亡的發(fā)生機制及在肝臟疾病中的作用與進展，為未來肝臟疾病診療水 平的提升提供新思路。1、概述1.1 鐵死亡概念的提出及特征使用高通量篩選技

2、術發(fā)現(xiàn)了最早的鐵死亡誘導劑，erastin和ras選擇性致死化合物（RSL3 ）。研究發(fā)現(xiàn)，凋亡、壞死和自噬抑制劑均不能 抑制二者誘導的細胞死亡，相反，抗氧化劑和鐵螯合劑可以抑制這一 過程。隨后證實這種細胞死亡方式與細胞內(nèi)鐵和自由基（ROS ）有關6-7。2012年，Dixon等1將這種鐵依賴性、脂質過氧化物集聚為特 征的死亡方式命名為鐵死亡。線粒體的變化是鐵死亡的主要形態(tài)學特點，包括線粒體體積變小、膜密度增加以及線粒體減少或消失。在生化特征上，鐵死亡表現(xiàn)為谷胱甘肽(GSH)耗竭、谷胱甘肽過氧化物酶4 (GXP4 )失活，脂質過氧化物集聚等。1.2 鐵死亡發(fā)生機制與目前已知的四種細胞死亡方式不

3、同(圖1 )，鐵死亡發(fā)生機制主要與鐵代謝紊亂、氨基酸抗氧化系統(tǒng)失衡和脂質過氧化物集聚有關(圖2)。當鐵代謝紊亂引起細胞內(nèi)游離鐵增多時，鐵通過芬頓反應催化產(chǎn) 生ROS，ROS進一步促進脂質過氧化，引起脂質過氧化物集聚，誘發(fā) 鐵死亡。位于細胞膜的胱氨酸/谷氨酸逆轉運體(system XC-)參與GSH的合成，GPX4利用GSH為底物將脂質過氧化物還原為正常的 脂質，防止脂質過氧化物集聚，抑制鐵死亡發(fā)生8。因此，鐵死亡是由GPX4清除過氧化物能力不足和/或脂質過氧化反應過強造成脂質過氧化物集聚，最終誘發(fā)細胞死亡。1.2.1 氨基酸抗氧化系統(tǒng)失衡氨基酸在鐵死亡中扮演了重要角色。生理條件下，system

4、 XC-由溶質轉運家族7A11( SLC7A11 )和SLC3A2組成，將胱氨酸運輸至細胞內(nèi)并被還原為半胱氨酸，用于合成細胞內(nèi)主要的抗氧化劑GSH o GSH是GPX4的一個必要輔因子，可將還原型GSH轉化為氧化型 GSH，同時還原脂質過氧化物，從而減輕氧化應激損傷8。Erast in、p53、索拉非尼通過抑制 system XC-和/或GSH合成間接抑制 GPX4活性 9-10，而RSL3能直接抑制 GPX4活性8，無論是間接或直接抑制 GPX4，均會導致清除脂質過氧化物能力不足，細胞內(nèi)脂質過氧化物集聚，誘發(fā)鐵死亡。因而，system XC-和GPX4是鐵死亡氨基酸代謝中的重要調(diào)控靶點1.2

5、.2 鐵代謝紊亂血液循環(huán)中的 Fe3+與轉鐵蛋白結合并運輸，通過轉鐵蛋白受體1進入細胞后被還原并釋放到胞質的不穩(wěn)定鐵池（LIP）中，而多余的鐵貯存在鐵蛋白中。胞內(nèi) LIP，主要以Fe2+的形式存在，由于Fe2+的不穩(wěn)定性和高反應活性，鐵通過芬頓反應產(chǎn)生羥自由基，可直接與細胞膜、質 膜中的多不飽和脂肪酸反應，產(chǎn)生大量脂質ROS，導致細胞死亡。核受體輔助激活因子4作為貨物受體將鐵蛋白靶向運至溶酶體并進行自噬性降解，進而釋放游離鐵，該過程被稱為鐵自噬，主要負責鐵的釋 放和回收11。研究6,12顯示，增加鐵蛋白降解或抑制鐵蛋白表達， 會增加胞內(nèi)LIP，提高細胞對鐵死亡的敏感性，相反，鐵抑素及其衍生物、

6、鐵螯合劑通過減少細胞內(nèi)鐵離子含量或抑制多種催化脂質過氧化反應的含鐵金屬酶活性增加鐵死亡抗性丨13】。此外，核因子 E2相關因子2 （ NRF2 ）、熱休克蛋白 B1等基因通過抑制轉鐵蛋白受體1表達，影響鐵代謝進而調(diào)節(jié)細胞對鐵死亡的敏感性14-15?？傊?，鐵吸收增加或鐵儲存減少均會影響細胞對鐵死亡的敏感性1.2.3 脂質過氧化物集聚脂質過氧化物集聚是鐵死亡的核心，脂質代謝組學顯示鐵死亡過程中多不飽和脂肪酸如花生四烯酸（AA ）或腎上腺酸（AdA ）是最容易發(fā)生氧化反應的脂質，且受三種合成酶調(diào)控。乙酰輔酶A合成酶長鏈家族4（ ACSL4 ）將AA或AdA催化為花生四烯酰-輔酶A和腎上腺酰- 輔酶A

7、，然后溶血卵磷脂?；D移酶3（ LPCAT3 ）將其酯化為磷脂酰乙醇胺（PEs）形成AA-PE和AdA-PE，最后經(jīng)脂肪氧合酶氧化為脂質 過氧化物。研究16-18顯示，敲除或抑制上述三種合成酶均可抑制鐵死亡的發(fā)生發(fā)展。脂質過氧化物分解代謝生成毒性的醛類物質如4-羥基-2-壬烯醛或丙二醛，聯(lián)合細胞膜、質膜上持續(xù)的氧化反應，最終造成細胞膜、質膜結構和功能不可逆破壞，導致細胞死亡12 o2、鐵死亡與肝臟疾病的關系，盡管不同性質的肝臟疾病可以由不同原因引起，但是肝臟病變由肝炎、肝纖維化、肝硬化甚至原發(fā)性肝癌演變的病理機制是相似的。研究顯示，在肝臟疾病的不同發(fā)展階段中，均發(fā)現(xiàn)鐵代謝紊亂、氨基酸抗氧化系統(tǒng)

8、失衡和脂質過 氧化物集聚等鐵死亡特征，而調(diào)控鐵死亡可以影響肝臟疾病進程。因此，探究鐵死亡在肝臟疾病中的作用，有助于為治療肝臟疾病提供新 策略。2.1 鐵死亡在肝臟炎癥及纖維化中的作用遺傳性血色素沉著病 （HH）是遺傳性系統(tǒng)性鐵過載，鐵沉積在各個器官 中，通過芬頓反應產(chǎn)生ROS，引起氧化損傷，最終導致嚴重的慢性并發(fā)癥，包括肝硬化、糖尿病和心臟病。HH病理特點表現(xiàn)為鐵調(diào)素-鐵轉運蛋白穩(wěn)態(tài)失衡，由此導致鐵過載。臨床前研究19顯示，HH小鼠模型肝內(nèi)鐵過載可以誘發(fā)肝細胞和巨噬細胞鐵死亡。酒精性肝病（ALD ）是由于長期大量飲酒導致的肝臟疾病。研究20顯示，ALD患者血清鐵調(diào)素降低，而二價金屬離子轉運體在

9、腸道中表 達增加，導致血清中鐵及鐵蛋白水平增加。乙醇會破壞沉默調(diào)節(jié)蛋白1（ SIRT1 ）的活性，Yin等21在比較乙醇喂養(yǎng)的敲除SIRT1小鼠與野生型小鼠研究中發(fā)現(xiàn)，敲除SIRT1會加重脂質代謝異常，促進肝臟脂質過氧化。這些特點提示ALD患者存在鐵死亡的關鍵特征。然而，最近有研究【2】認為，腸道 SIRT1失活能改善乙醇誘導的肝臟鐵穩(wěn)態(tài)失 調(diào)，進而改善酒精性肝損傷，其認為，腸道SIRT1失活的這種肝臟保護作用與抑制鐵死亡有一定關系。這與Yin等的發(fā)現(xiàn)相左，有關ALD腸道SIRT1與鐵死亡的關系仍需進一步研究。非酒精性脂肪性肝病 （NAFLD）是一種與胰島素抵抗和遺傳易感密切相關的代謝應激性肝

10、損傷。非酒精性脂肪性肝炎（NASH ）是單純性脂肪肝進展至肝硬化的中間階段，目前尚不清楚單純性脂肪肝向脂肪性肝炎轉變的潛在機制。2020年初，由22個國家30位專家組成的國際專家小組發(fā)布的有關代謝相關脂肪性肝病（MAFLD ）新定義的國際專家共識22，建議用“ MAFLD ”取代NAFLD ”。基于既往大量文獻中 使用NAFLD，在本文中仍然沿用此稱謂。在NASH的發(fā)病機制中，脂質過氧化物集聚引起的氧化應激被認為是重要的起始因子，而代謝紊亂所致的鐵沉積也被認為是NASH加重因素。因此，在NASH發(fā)病機制中可能存在鐵死亡。Tsurusaki等2 3研究發(fā)現(xiàn)，在缺乏膽堿富含乙硫氨酸飲食小鼠模型中，

11、應用鐵死亡抑制劑可以抑制ALT、AST等肝損傷標志物和TNF a、IL-6等炎癥細胞因子升高，其認為鐵死亡是導致單純性脂肪肝發(fā)展為NASH的誘因。隨后，Li等在蛋氨酸膽堿缺乏飲食小鼠模型中發(fā)現(xiàn)，鐵死亡特征表現(xiàn)包括ROS集聚、線粒體形態(tài)改變和鐵死亡相關基因上調(diào)等，抑制鐵死亡能減輕小鼠肝損傷、 炎癥反應甚至纖維化程度。肝纖維化是肝硬化的早期可逆階段，是各種病因引起慢性肝損傷后的疤痕修復反應。其發(fā)生的中心環(huán)節(jié)是肝星狀細胞（HSC ）激活后導致的細胞外基質大量積累。靶向活化的HSC死亡是治療肝纖維化的重要目標之一。Zha ng 等24研究發(fā)現(xiàn)，索拉非尼和erast in 能靶向誘導HSC鐵死亡，且這一

12、過程與RNA結合蛋白胚胎致死性異常視覺基因1水平升咼有關，進一步研究發(fā)現(xiàn)，其能穩(wěn)定自噬相關蛋白Becli n-1的表達，促進整體自噬水平，誘導核受體輔助激活因子4與鐵蛋白重鏈結合，降解鐵蛋白，增加LIP，誘導HSC鐵死亡。血紅素加氧酶1（HO-1 ）是細胞鐵死亡的關鍵調(diào)控因子。異甘草酸鎂可上調(diào)H0-1表達，進而促進轉鐵蛋白、轉鐵蛋白受體、鐵蛋白重鏈過表達，鐵外 排泵一膜鐵轉運蛋白低表達，導致細胞內(nèi)鐵沉積，脂質過氧化物集聚，誘發(fā)HSC鐵死亡，抑制肝纖維化形成25。因此，靶向激活鐵自噬及HO-1誘導HSC鐵死亡或是治療肝纖維化的新途徑。2.2 鐵死亡在肝癌及索拉非尼耐藥中的作用肝細胞癌（HCC）是

13、造成全球嚴重疾病負擔的惡性腫瘤之一，在最常見的癌癥中占第六位，在癌癥相關死亡中占第二位。Loua ndre 等5】在研究HCC索拉非尼作用機理時發(fā)現(xiàn)HCC與鐵死亡存在密切聯(lián)系。近年來，有許多關于 HCC與鐵死亡的相關研究，已知的鐵死亡在肝癌中的調(diào)控途徑有：（1）鐵死亡主要受 system XC-和GPX4調(diào)控，影 響system XC-或GPX4活性能誘導肝癌細胞鐵死亡26。常見的鐵死亡誘導劑erast in及索拉非尼均能通過抑制system XC-誘導鐵死亡。Tang等27將索拉非尼裝載到錳硅納米顆粒中，通過雙重耗竭GSH，誘發(fā)鐵死亡。（2 ） p53是腫瘤抑制基因，通過調(diào)控鐵死亡影響HCC

14、發(fā)生發(fā)展。1 ） Jia ng等9研究發(fā)現(xiàn)，p53下調(diào)SLC7A11轉錄，影響system XC-活性，進而誘導肝癌細胞鐵死亡。2) p53上調(diào)精胺/精脒-N1-乙?；D移酶1表達，使花生四烯酸15脂氧合酶水平升高，促進脂質過氧化物集聚，誘發(fā)鐵死亡28 o 3 ) Gao等29發(fā)現(xiàn)鐵死亡的發(fā)生需要谷氨酰胺和谷氨酰胺酶2。谷氨酰胺酶 2是谷氨酰胺轉化為谷氨酸的關鍵酶，調(diào)節(jié)GSH合成。p53上調(diào)谷氨酰胺酶 2轉錄，其過表達抑制腫瘤細胞生長和集落形成。(3)其他的調(diào)控途徑：CDGSH鐵硫結構域1，一種線粒體鐵輸出蛋白，靶向抑制CDGSH鐵硫結構域1，可以促進線粒體鐵沉積和ROS生成，誘發(fā)鐵死亡30;

15、 miRNA-214 通過抑制激動轉錄因子4表達，抑制 GSH合成，誘導肝癌細胞鐵死亡31;抑癌基因 BRCA1相關蛋白1通過抑制 SLC7A11 表達，誘發(fā)鐵死亡32 o總之，這些鐵死亡在 HCC中的分子機制均提 示鐵死亡在HCC的發(fā)生發(fā)展中扮演著重要角色。索拉非尼，一種多激酶抑制劑，是首個獲批用于晚期HCC患者的全身療法。研究5顯示，相較于索拉非尼激酶抑制活性的促凋亡效應，其 通過抑制 system XC-誘發(fā)肝癌細胞鐵死亡效應更加顯著。有研究報 道，索拉非尼或許是通過調(diào)節(jié)肝細胞核因子4 MHNF4A)和腫瘤高甲基化基因1 ( HIC1 )轉錄調(diào)控進而促進肝癌細胞鐵死亡。Zhang 等33

16、發(fā)現(xiàn)了兩類基因：鐵死亡上調(diào)因子和鐵死亡下調(diào)因子，其產(chǎn)物通過影 響GSH合成而在調(diào)節(jié)腫瘤發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮相反作用。鐵死亡上調(diào)因子由HIC1調(diào)控，而鐵死亡下調(diào)因子由HNF4A 調(diào)控。他們發(fā)現(xiàn)與正常肝組織相比，肝癌中 HNF4A 上調(diào)，而 HIC1下調(diào)，證實鐵死亡在肝癌中受到抑制，erastin能破壞HNF4A和HIC1之間的平衡從而誘導肝癌細胞鐵死亡，由于erast in與索拉非尼有相似的促進鐵死亡作用，他們認為或許索拉非尼也通過此途徑誘導鐵死亡。這有待進一步研究 證實。盡管索拉非尼已被廣泛用于臨床，但治療效果短暫，幾乎所有患者在 應用索拉非尼的幾個月內(nèi)就出現(xiàn)耐藥性。研究發(fā)現(xiàn)，索拉非尼耐藥與 鐵死亡

17、密切相關：(1 )索拉非尼激活 p62-Keap1-NRF2途徑增加肝癌細胞鐵死亡抗性 丨14】o ( 2) Sun等I34】發(fā)現(xiàn)索拉非尼激活NRF2 后,上調(diào)金屬硫蛋白-1G，金屬硫蛋白-1G通過阻斷 GSH耗竭介導的肝癌 細胞脂質過氧化而發(fā)揮負性調(diào)節(jié)作用。(3) Bai等35首次證明在索拉非尼作用下的肝癌細胞，由于NRF2失活和隨后 ROS集聚，sigma受體表達被動上調(diào)并通過減少GSH消耗拮抗鐵死亡；另一方面，該研究團隊應用氟哌啶醇，一種sigma受體拮抗劑，確證其可以協(xié)同索拉非尼促進肝癌細胞鐵死亡36o ( 4)在研究索拉非尼對蛋白質內(nèi)穩(wěn)態(tài)影響的實驗中發(fā)現(xiàn)，索拉非尼抑制蛋白質生物合成，

18、Sauzay等37認為這種抑制作用或許是肝癌細胞暴露于索拉非尼后產(chǎn)生的適應性應激 反應，其保護肝癌細胞拮抗鐵死亡。(5)視網(wǎng)膜母細胞瘤(Rb )蛋白是調(diào)節(jié)真核細胞多種基因轉錄功能的蛋白家族成員之一，它主要作為細胞增殖、細胞周期進程的負性調(diào)節(jié)因子。Rb的功能喪失在 HCC中很常見。研究38報道，Rb蛋白缺乏的肝癌細胞在暴露于索拉非尼 時細胞死亡率比 Rb蛋白水平正常的肝癌細胞高23倍，或許評估肝癌患者的 Rb狀態(tài)可用于判斷肝癌患者應用索拉非尼的耐藥性。以上鐵死亡參與的肝癌索拉非尼耐藥機制可能為解決索拉非尼耐藥提供新 思路2.3 鐵死亡在其他肝病中的作用藥物性肝損傷(DILI )是指由藥物本身或其代謝產(chǎn)物等引起的肝損傷。對乙酰氨基酚(APAP )是常用的解熱鎮(zhèn)痛藥，過量服用APAP是誘發(fā)DILI最主要的原因之一。其特征為GSH耗竭，GPX受抑制和不依賴于凋亡相關的半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶，這與鐵死亡的特征高度契 合。L?rincz等4對比