鐵死亡在腸缺血再灌注損傷中的研究進(jìn)展2025調(diào)節(jié)性細(xì)胞死亡是機(jī)體正常生理過(guò)程中的常見(jiàn)現(xiàn)象，對(duì)維持機(jī)體穩(wěn)態(tài)和應(yīng)激后生物平衡的恢復(fù)起著非常關(guān)鍵的作用。鐵死亡作為一種新的調(diào)節(jié)性細(xì)胞死亡方式，由鐵依賴(lài)性的活性氧（reactiveoxygenspecies,ROS）及脂質(zhì)過(guò)氧化物堆積引起，其在形態(tài)學(xué)、生物化學(xué)和遺傳學(xué)方面，與凋亡、壞死、焦亡、自噬等其他類(lèi)型的細(xì)胞死亡方式有明顯區(qū)別。鐵依賴(lài)性的ROS生成和脂質(zhì)過(guò)氧化物堆積是誘導(dǎo)細(xì)胞發(fā)生鐵死亡的核心，胞內(nèi)鐵代謝紊亂時(shí)，鐵離子通過(guò)芬頓反應(yīng)生成大量ROS，若體內(nèi)的抗氧化系統(tǒng)沒(méi)有能力及時(shí)去除過(guò)量的ROS，這些ROS會(huì)攻擊脂質(zhì)膜上的多不飽和脂肪酸（polyunsaturatedfattyacid,PUFA），生成過(guò)量脂質(zhì)過(guò)氧化物。過(guò)量脂質(zhì)過(guò)氧化物會(huì)破壞細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)、干擾線粒體功能，并最終觸發(fā)細(xì)胞鐵死亡。既往研究證實(shí)，鐵死亡與癌癥、神經(jīng)退行性疾病等密切相關(guān)。近期研究表明，鐵死亡在包括腸缺血再灌注損傷（intestinalischemiareperfusioninjury,IIRI）、炎癥性腸病、胃癌和結(jié)直腸癌等胃腸疾病的發(fā)生、發(fā)展中起重要作用，但鐵死亡在IIRI中的作用機(jī)制尚不明確。本文就鐵死亡在IIRI中的可能機(jī)制進(jìn)行探討與綜述，以期為IIRI的臨床預(yù)防和治療提供新思路。1IIRI概述IIRI是一種臨床常見(jiàn)的器官損傷，可由嚴(yán)重創(chuàng)傷、感染、休克復(fù)蘇、腸嵌頓、腸梗阻、急性腸系膜缺血等多種病理過(guò)程引起，同時(shí)也常見(jiàn)于小腸移植及需要體外循環(huán)的外科手術(shù)。腸黏膜上皮細(xì)胞作為體內(nèi)增殖較快的細(xì)胞類(lèi)型之一，對(duì)缺血/缺氧非常敏感，即使在短期缺血/缺氧環(huán)境下，也會(huì)引起腸黏膜上皮細(xì)胞的嚴(yán)重實(shí)質(zhì)性損害，進(jìn)而引起腸黏膜屏障（intestinalepithelialbarrier,IEB）功能受損。另外，當(dāng)IEB功能受損后，損傷的腸黏膜會(huì)釋放大量ROS和其他損傷相關(guān)因子（如炎癥介質(zhì)、細(xì)胞因子等），導(dǎo)致腸道內(nèi)的細(xì)菌與內(nèi)毒素穿過(guò)腸黏膜發(fā)生移位，進(jìn)而引起多種遠(yuǎn)隔器官損傷（如肝損傷、肺損傷）及多器官功能障礙綜合征；嚴(yán)重者甚至可能引發(fā)多器官功能衰竭，危及患者生命。由于目前對(duì)于IIRI仍然缺乏效果理想的防治措施，所以其圍手術(shù)期發(fā)生率和病死率都很高。IIRI的發(fā)生、發(fā)展機(jī)制未完全明確，從分子到器官的層面均有涉及。隨著研究的不斷深入，發(fā)現(xiàn)包括氧化應(yīng)激（oxidativestress,OS）反應(yīng)在內(nèi)的多種病理生理活動(dòng)及自噬、鐵死亡等細(xì)胞死亡模式均參與了IIRI的發(fā)生。近來(lái)有研究發(fā)現(xiàn)，鐵死亡與IIRI關(guān)系密切，因此，以鐵死亡潛在的分子機(jī)制為切入點(diǎn)，探究IIRI的發(fā)生機(jī)制，并尋找新的預(yù)防和治療靶標(biāo)，是目前臨床迫切需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題。2鐵死亡的定義及特點(diǎn)“鐵死亡”一詞最早是由Dixon等在2012年提出，其研究發(fā)現(xiàn)，埃拉斯汀（Erastin）可以特異性誘導(dǎo)RAS基因突變細(xì)胞死亡，且這種細(xì)胞死亡形式與鐵離子和ROS密切相關(guān)。其實(shí)早在2003年，就有研究發(fā)現(xiàn)，Erastin及后續(xù)發(fā)現(xiàn)的一些小分子化合物［如谷胱甘肽過(guò)氧化物酶4（glutathioneperoxidase4,GPX4）抑制劑RSL3等］可以誘導(dǎo)RAS基因突變的腫瘤細(xì)胞發(fā)生一種完全不同于此之前所知的任何一種類(lèi)型的死亡方式，而當(dāng)時(shí)已知死亡方式的抑制劑無(wú)法抑制這種全新死亡方式的發(fā)生、發(fā)展，但該死亡方式卻可被去鐵胺及維生素E抑制。值得注意的是，無(wú)論是從形態(tài)學(xué)、生物化學(xué)還是遺傳學(xué)方面，鐵死亡與其他死亡形式都有很大的區(qū)別：在形態(tài)學(xué)方面，發(fā)生鐵死亡后的細(xì)胞通常會(huì)呈現(xiàn)包括質(zhì)膜失去完整性、胞質(zhì)與細(xì)胞器腫脹及染色質(zhì)凝聚等類(lèi)似于壞死樣的形態(tài)改變；在生物化學(xué)方面，鐵死亡作為ROS依賴(lài)性的非凋亡形式死亡，其主要表現(xiàn)為鐵積累和脂質(zhì)過(guò)氧化；在遺傳學(xué)方面，一些特定基因或蛋白質(zhì)的過(guò)表達(dá)會(huì)被看作是鐵死亡的生物標(biāo)記，如長(zhǎng)鏈酯酰輔酶A合成酶4（acylCoAsynthetaselongchainfamilymember4,ACSL4）。ACSL4在脂肪酸代謝過(guò)程中起重要作用，可通過(guò)上調(diào)磷脂中的PUFA含量，使其易于發(fā)生氧化反應(yīng)，從而導(dǎo)致鐵死亡。因此，ACSL4被普遍認(rèn)為是鐵死亡的驅(qū)動(dòng)因素和特異性生物標(biāo)志物。3鐵死亡在IIRI中的可能機(jī)制3.1OS反應(yīng)OS反應(yīng)的特征是體內(nèi)氧化和抗氧化過(guò)程失衡。OS反應(yīng)會(huì)加重氧化損傷，并導(dǎo)致中性粒細(xì)胞浸潤(rùn)、蛋白酶分泌增多及大量氧化中間產(chǎn)物生成。核因子E2相關(guān)因子2（nuclearfactorerythroid2relatedfactor2,Nrf2）信號(hào)通路是經(jīng)典的抗氧化通路之一，當(dāng)過(guò)量ROS介導(dǎo)的OS反應(yīng)對(duì)腸道細(xì)胞產(chǎn)生不可逆損傷并破壞腸屏障功能時(shí)，Nrf2可以通過(guò)調(diào)控下游因子［如血紅素加氧酶1（hemeoxygenase1,HO1）等］抵御IIRI。研究顯示，Nrf2的表達(dá)水平與鐵死亡的敏感性直接相關(guān)，當(dāng)Nrf2表達(dá)上調(diào)時(shí)，癌細(xì)胞對(duì)鐵死亡激動(dòng)劑的敏感性降低，而Nrf2的表達(dá)下調(diào)時(shí)，癌細(xì)胞對(duì)鐵死亡激動(dòng)劑的敏感性增加。Dong等研究發(fā)現(xiàn)，與正常小鼠模型相比，使用敲除Nrf2基因小鼠構(gòu)建的腸缺血再灌注急性肺損傷模型出現(xiàn)了肺水腫程度增加、脂質(zhì)過(guò)氧化物增加、谷胱甘肽（glutathione,GSH）減少等鐵死亡的特征性指標(biāo)；而使用鐵死亡抑制劑Fer1后，損傷程度則有所減輕。而在氧糖剝奪/復(fù)氧模型中，干擾溶質(zhì)載體家族7成員11（solutecarrierfamily7member11,SLC7A11）則可以顯著增加Nrf2HO1以抵御鐵死亡。這提示Nrf2SLC7A11/HO1信號(hào)通路可以通過(guò)抑制細(xì)胞鐵死亡來(lái)達(dá)到預(yù)防IIRI誘導(dǎo)急性肺損傷的目的。3.2介導(dǎo)炎癥反應(yīng)炎癥反應(yīng)是IIRI進(jìn)展的重要因素之一，也在IIRI的病理生理過(guò)程中起著至關(guān)重要的作用。既往研究發(fā)現(xiàn)，鐵細(xì)胞可以激活腦、腎疾病小鼠模型中的先天免疫系統(tǒng)，被激活的先天免疫系統(tǒng)可引發(fā)局部炎癥，隨后通過(guò)將損傷相關(guān)分子模式和細(xì)胞因子從原發(fā)性缺血器官擴(kuò)散到體循環(huán)中，導(dǎo)致遠(yuǎn)程器官的壞死性炎癥。而Chen等研究發(fā)現(xiàn)，缺血再灌注誘導(dǎo)的鐵死亡可能激活了先天免疫系統(tǒng)，并導(dǎo)致免疫細(xì)胞在腸道中的浸潤(rùn)；而被激活的免疫系統(tǒng)會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞因子釋放，最終可能導(dǎo)致腸道、肝、肺的壞死性炎癥。3.3GPX4GPX4是一種含硒蛋白質(zhì)，其主要作用是催化細(xì)胞內(nèi)磷脂氫過(guò)氧化物（phospholipidhydroperoxide,PLOOH）還原，可以將PLOOH還原為相應(yīng)且無(wú)害的磷脂醇，從而消除PLOOH的毒性并抑制鐵死亡。GSH是GPX4重要的輔助因子，也是體內(nèi)最豐富的抗氧化劑，可保護(hù)細(xì)胞免受ROS的損傷。GSH依賴(lài)細(xì)胞膜上重要的抗氧化系統(tǒng)胱氨酸/谷氨酸反向轉(zhuǎn)運(yùn)體（thecystine/glutamateantiportersystemXc?,SystemXc?）生成。SystemXc?可將細(xì)胞外的1分子胱氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)入胞內(nèi)，再將細(xì)胞內(nèi)的1分子谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)至胞外，當(dāng)胱氨酸進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)時(shí)會(huì)先被還原為半胱氨酸，然后再由半胱氨酸谷氨酸連接酶和GSH合成酶共同催化生成GSH。有研究發(fā)現(xiàn)了Erastin、RSL3等誘導(dǎo)鐵死亡的可能機(jī)制：RSL3等小分子化合物可直接抑制GPX4活性，致使脂質(zhì)過(guò)氧化物蓄積，最終使細(xì)胞觸發(fā)鐵死亡；而Erastin及其類(lèi)似物可通過(guò)抑制SystemXc?的轉(zhuǎn)運(yùn)功能導(dǎo)致GSH耗竭，進(jìn)而影響GPX4活性，引發(fā)鐵死亡。上述研究表明，抑制SystemXc?轉(zhuǎn)運(yùn)功能、GSH耗竭及抑制GPX4活性是誘導(dǎo)細(xì)胞觸發(fā)鐵死亡的重要原因。Deng等研究發(fā)現(xiàn)，腸道菌群的代謝產(chǎn)物辣椒素酯（capsiate,CAT）可以減輕鐵死亡依賴(lài)性的IIRI，且該保護(hù)作用能被GPX4抑制劑RSL3消除?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)CAT具有促進(jìn)新陳代謝、抑制脂肪堆積、抗氧化、抗炎及抗腫瘤的作用，且CAT可以通過(guò)激活辣椒素受體（transientreceptorpotentialvanilloidreceptor1,TRPV1）促進(jìn)GPX4的表達(dá)，從而減少鐵死亡依賴(lài)性IIRI。這說(shuō)明，CAT預(yù)處理可以通過(guò)靶向TPRV1調(diào)控GPX4，從而抑制鐵死亡，改善IIRI。同時(shí)也有研究發(fā)現(xiàn)，GPX4缺失會(huì)促進(jìn)中性粒細(xì)胞和單核細(xì)胞的局部浸潤(rùn)，表明GPX4在介導(dǎo)炎癥反應(yīng)方面也具有重要作用。綜上所述，通過(guò)調(diào)節(jié)GPX4改善鐵死亡可能是對(duì)抗IIRI的有效策略。3.4鐵離子代謝鐵有兩種氧化態(tài)，亞鐵離子（Fe2+）和鐵離子（Fe3+）。其中Fe2+對(duì)代謝及體內(nèi)的生化過(guò)程十分重要，如參與氧氣運(yùn)輸、能量代謝和線粒體中的鐵硫蛋白生成；而Fe3+無(wú)法被直接吸收，在血液中需先與轉(zhuǎn)鐵蛋白相互作用形成復(fù)合物，該復(fù)合物被胞膜上的轉(zhuǎn)鐵蛋白受體1識(shí)別后轉(zhuǎn)入胞內(nèi)，F(xiàn)e3+在前列腺六跨膜上皮抗原金屬還原酶的作用下還原為Fe2+，F(xiàn)e2+再經(jīng)溶質(zhì)載體家族11成員2介導(dǎo)進(jìn)入胞質(zhì)。當(dāng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和溶酶體內(nèi)的Fe2+異常升高時(shí)，鐵死亡會(huì)加重，這說(shuō)明細(xì)胞內(nèi)鐵池具有促進(jìn)鐵死亡的能力，這可能是由于游離鐵增多，通過(guò)芬頓反應(yīng)等方式生成了脂質(zhì)ROS，最終觸發(fā)細(xì)胞發(fā)生鐵死亡。核受體共激活因子4（nuclearreceptorcoactivator4,NCOA4）可以選擇性介導(dǎo)溶酶體對(duì)鐵蛋白的自噬變化，即鐵自噬；而當(dāng)抑制NCOA4的作用時(shí)，則會(huì)增加鐵儲(chǔ)存并限制癌細(xì)胞中的鐵死亡。此外，研究表明，線粒體中的一種鐵儲(chǔ)存蛋白——線粒體鐵蛋白在神經(jīng)母細(xì)胞瘤細(xì)胞中的高表達(dá)可以抑制Erastin誘導(dǎo)的鐵死亡，這提示鐵儲(chǔ)存蛋白對(duì)發(fā)生鐵死亡的細(xì)胞具有保護(hù)作用。Wang等研究發(fā)現(xiàn)，使用Corilagin可以減輕IIRI小鼠模型中誘導(dǎo)的鐵死亡，進(jìn)一步研究提示，Corilagin的抗鐵死亡生物活性可能通過(guò)抑制NCOA4依賴(lài)型的鐵自噬實(shí)現(xiàn)。綜上所述，在鐵死亡過(guò)程中，多種因素通過(guò)調(diào)控鐵代謝影響鐵死亡。因此，調(diào)控鐵代謝及鐵自噬有望成為防治IIRI的新靶標(biāo)及新方式，而Corilagin可能會(huì)是一種潛在的IIRI治療藥物。3.5脂質(zhì)代謝無(wú)節(jié)制的脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)是發(fā)生鐵死亡的重要跡象。鐵死亡發(fā)生的中心環(huán)節(jié)就是在PUFA的雙烯丙基位置上發(fā)生過(guò)氧化反應(yīng)。脂質(zhì)過(guò)氧化的啟動(dòng)需要游離PUFA或含PUFA的膜磷脂［如磷脂酰乙醇胺（phosphatidylethanolamine,PE）］中雙烯丙基氫原子形成碳中心自由基，進(jìn)而與氧分子反應(yīng)生成過(guò)氧自由基，這也是鐵死亡發(fā)生的基礎(chǔ)。PUFAPE由包括花生四烯酸（20∶4）與腎上腺酸（22∶4）在內(nèi)的膜磷脂PUFA合成。當(dāng)脂氧合酶不能及時(shí)將脂質(zhì)過(guò)氧化物轉(zhuǎn)化為脂質(zhì)過(guò)氧化氫，并將其還原為相應(yīng)醇類(lèi)時(shí)，大量二次產(chǎn)物（如丙二醛與４羥基壬烯醛）就會(huì)在過(guò)氧自由基的介導(dǎo)下產(chǎn)生。這些大量的二次產(chǎn)物會(huì)破壞細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的完整性，使細(xì)胞器和細(xì)胞膜發(fā)生破裂。因此，那些細(xì)胞膜具有高PUFA磷脂含量的細(xì)胞（如神經(jīng)元細(xì)胞）對(duì)過(guò)氧化損傷尤其敏感。使用CRISPR/cas9技術(shù)對(duì)人類(lèi)全基因組單倍體進(jìn)行篩選，鑒定出兩種膜重構(gòu)酶——ACSL4和溶血磷脂酰膽堿酰基轉(zhuǎn)移酶3（lysophosphatidylcholineacyltransferase3,LPCAT3），二者是磷脂合成過(guò)程中發(fā)揮重要作用的酶，也是鐵死亡的重要驅(qū)動(dòng)因素。PUFA先在ACSL4的作用下變?yōu)镻UFA輔酶A，再通過(guò)LPCAT3作用生成PUFAPE。在鐵死亡過(guò)程中，ACSL4的作用取決于其連接花生四烯酸、腎上腺酸等長(zhǎng)鏈PUFA與輔酶A的能力。值得注意的是，研究發(fā)現(xiàn)，ACLS4缺失細(xì)胞的劇烈改變?nèi)匀豢梢允笹PX4基因敲除細(xì)胞增殖數(shù)月，這說(shuō)明ACLS4的表達(dá)抑制有可能是細(xì)胞對(duì)鐵死亡不敏感的主要機(jī)制。此外，有研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)下調(diào)ACLS4與LPCAT3，可以使胞內(nèi)脂質(zhì)過(guò)氧化底物積累減少，從而達(dá)到抑制鐵死亡的目的。Li等研究發(fā)現(xiàn)，構(gòu)建IIRI模型的小鼠中，抑制ACLS4有助于改善脂質(zhì)過(guò)氧化，進(jìn)而防止鐵死亡損傷。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，有一種關(guān)鍵的轉(zhuǎn)錄因子特異性蛋白1（specialprotein,SP1）在該過(guò)程中扮演了重要角色，SP1可以與ACLS4的啟動(dòng)子區(qū)域結(jié)合，增加ACLS4轉(zhuǎn)錄。綜上所述，鐵死亡與IIRI密切相關(guān)，且脂質(zhì)過(guò)氧化在其中起關(guān)鍵作用。因此，抑制ACLS4等能促進(jìn)脂質(zhì)過(guò)氧化的相關(guān)分子表達(dá)下調(diào)，這或許能成為治療IIRI的新思路。3.6微RNA（microRNA,miRNA）miRNA是一種長(zhǎng)度為22~24nt的非編碼RNA分子，可以與目標(biāo)信使RNA（messengerRNA,mRNA）的3'非翻譯區(qū)結(jié)合，參與目標(biāo)mRNA的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)；miRNA通過(guò)調(diào)節(jié)細(xì)胞分化、增殖和細(xì)胞死亡等生命活動(dòng)而發(fā)揮重要作用。近年研究中，miRNA不斷被證實(shí)可作用于相關(guān)mRNA來(lái)減輕鐵死亡，如miR1825p、miR378a3p能通過(guò)直接結(jié)合GPX4、SLC7A11并下調(diào)其表達(dá)加重腎缺血再灌注損傷。這說(shuō)明miRNA可以通過(guò)靶向調(diào)節(jié)鐵死亡來(lái)參與缺血再灌注損傷的病理生理過(guò)程。但卻少有研究驗(yàn)證miRNA與IIRI的關(guān)系。希望未來(lái)對(duì)miRNA與IIRI關(guān)系的研究能為IIRI的防治提供新思路。3.7還原型輔酶Ⅱ（nicotinamideadeninedinucleotidephosphate,NADPH）NADPH是生物體內(nèi)主要的還原劑之一，主要通過(guò)磷酸戊糖途徑產(chǎn)生，也可通過(guò)NAD激酶（NADkinase,NADK）磷酸化NAD生成，能減輕鐵死亡造成的氧化損傷。研究發(fā)現(xiàn)，沉默NADK可以減少NADPH的生成并增加Erastin、RSL3等鐵死亡誘導(dǎo)劑的誘導(dǎo)作用。有趣的是，當(dāng)使用6氨基煙酰胺抑制或敲除磷酸戊糖途徑的兩種關(guān)鍵酶（葡萄糖6磷酸脫氫酶與磷酸甘油酸脫氫酶）時(shí)，能在一定程度上減輕Erastin誘導(dǎo)Calu1細(xì)胞發(fā)生的鐵死亡；相反，NADPH氧化酶（NADPHoxidase,NOX）介導(dǎo)的NADPH氧化則會(huì)促進(jìn)鐵死亡。由此可推斷，鐵死亡的敏感性可能由NADP+/NADPH變化決定，而鐵死亡抗性細(xì)胞系對(duì)鐵死亡不敏感可能正是因?yàn)槠渚哂休^高的NADPH水平及較低的NADP+/NADPH。此外，NADPH還可調(diào)控GPX4和NOX的電子傳遞，提示NADPH可能是調(diào)控細(xì)胞鐵死亡的關(guān)鍵因素。有研究表明，在IIRI大鼠模型中，NOX亞基p47與gp91蛋白水平上調(diào)，特異性脂質(zhì)過(guò)氧化物15F2tIsoprostane及白細(xì)胞介素6也升高；進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，這些變化可以在使用丙泊酚預(yù)處理后發(fā)生改變。這表明丙泊酚可以通過(guò)抑制NOX減輕IIRI，為未來(lái)治療IIRI提供了新思路與新手段。3.8熱休克轉(zhuǎn)錄因子1（heatshocktranscriptionfactor1,HSF1）HSF1是一種經(jīng)典的應(yīng)激反應(yīng)因子，可以在環(huán)境應(yīng)激（如溫度升高）時(shí)直接調(diào)節(jié)熱休克蛋白（heatshockprotein,HSP）的轉(zhuǎn)錄，上調(diào)HSP表達(dá)，從而防止應(yīng)激帶來(lái)的損傷。研究顯示，熱應(yīng)激或HSF1介導(dǎo)的HSPB1（縮略詞？）表達(dá)上調(diào)可以通過(guò)抑制鐵攝取來(lái)增加癌細(xì)胞的抗鐵死亡生物活性。Tan等研究發(fā)現(xiàn)，泛素連接酶FBXW7可以靶向HSF1在IIRI中的泛素化及降解：FBXW7的表達(dá)水平在缺血再灌注的腸黏膜上調(diào)；在人結(jié)直腸腺癌細(xì)胞和大鼠小腸隱窩上皮細(xì)胞缺氧/復(fù)氧模型中，高FBXW7水平會(huì)導(dǎo)致HSF1泛素化和降解過(guò)度；而當(dāng)FBXW7敲低后，HSF1泛素化下調(diào)，且HSPB1等的表達(dá)上調(diào)。