鐵死亡在不同肝臟疾病的研究進展

劉曉萍，毛德文 ，林玉培，廖瑩瑩，莫世聰，羅銀冰，李飛燕

（1.廣西中醫藥大學，廣西 南寧 530001；2.廣西中醫藥大學第一附屬醫院肝病科，廣西 南寧 530023）

2015 年世界衛生組織發布的數據顯示：亞太地區因肝病造成的死亡有628 444 例，占全部死亡人數的20.11%，肝病給亞太地區帶來了巨大的健康挑戰［1］。細胞死亡在推過各種形式肝病的進展中起著關鍵作用。細胞死亡是氧化組織損傷和器官功能障礙的關鍵致病過程，包括細胞凋亡、線粒體通透性轉變驅動的壞死、壞死性凋亡、焦亡、鐵死亡等形式。其中，鐵死亡是近年來提出的一種新型細胞死亡形式，其特征是自由基產生、脂肪酸供應和脂質過氧化物累積［2］。隨著對鐵死亡認識的加深，發現其在許多疾病的發生和發展中起著重要的調節作用，包括腫瘤、神經系統疾病、缺血再灌注損傷、肝損傷、急性和慢性腎臟疾?。?］，為治療這些疾病提供了新的線索。各種肝病的進展通常伴隨肝細胞死亡，作為一種新型細胞死亡形式的鐵死亡，被越來越多的證據證明，其與不同類型的肝病之間存在關聯［4］，故通過了解鐵死亡在肝臟疾病中的病理生理過程，與鐵死亡相關的靶點和藥物將有望為肝臟疾病的診斷、治療和預后提供一種新的治療策略。因此，本文將簡要介紹鐵死亡的概念和機制，并總結鐵死亡在不同肝臟疾病中的作用，以期為其提供新的研究方向和新的治療策略。

1 鐵死亡的概念和機制

鐵死亡是一種新發現的鐵依賴性、非凋亡細胞死亡的形式，在細胞死亡過程中通常伴有過量鐵積累和脂質過氧化，在形態學、生物學和遺傳學上都不同于各種形式的壞死和自噬的細胞死亡模式。在形態學上，表現為線粒體形態的獨特性：線粒體體積減小、雙層膜密度增加及線粒體嵴減少或消失［5］。在生物學上，細胞內谷胱甘肽（GSH）耗竭和谷胱甘肽過氧化物酶4（GPX4）活性降低，脂質過氧化物不能通過GPX4 催化的還原反應代謝，并且Fe2+以芬頓樣方式氧化脂質，產生大量脂質活性氧（ROS），促進鐵死亡［6］。與其他細胞死亡的形式相比，獨特的遺傳網絡控制著erastin 誘導的細胞死亡。HT-1080 和Calu-1 細胞中的-RPL8（核糖體蛋白L8）、IREB2（鐵反應元件結合蛋白2）、ATP5G3（ATP 合 酶F0復 合 物 亞 基C3）、CS（檸 檬 酸 鹽 合酶）、TTC35（四三肽重復結合域35）和ACSF2（?；o酶A 合成酶家族成員2）六個基因調控了erastin 誘導的鐵死亡［7］。

鐵死亡的主要調節機制有3 種［6，8，9］：（1）系統Xc--GSH-GPX4 途徑：erastin、柳氮磺嘧啶通過阻斷胱氨酸-谷氨酸反向轉運蛋白（即system Xc--）的功能，抑制胱氨酸輸入導致GSH 消耗，從而降低細胞的抗氧化能力并使Gpx4 失活，導致ROS 的產生，從而誘導細胞死亡。（2）P53 相關途徑：一方面， P53 通過抑制SLC7A11 和CBS（L-絲氨酸水解酶）來下調胱氨酸攝取，從而限制細胞內GSH 的合成，使Gpx4 失活，導致ROS 的產生，最終導致鐵死亡。另一方面，P53 可以通過減少SLC12A7 來促進ALOX11 釋放，進而引起脂質過氧化。（3）鐵代謝途徑：過量的細胞鐵通過芬頓反應產生的羥基自由基會導致ROS 的產生促進脂質過氧化，從而引發鐵死亡。無論途徑如何，其最終效果都是降低細胞的抗氧化能力并促進脂質過氧化反應，從而導致鐵死亡。

2 鐵死亡在肝臟疾病中的作用

鐵死亡是許多肝臟疾病的普遍病理特征，在肝臟疾病的發生、發展中起著重要的調節作用。一方面，鐵死亡會誘導大多數肝臟疾病的進展，如病毒性肝炎、酒精性肝病、非酒精性脂肪性肝病、自身免疫性肝炎、肝衰竭。另一方面，鐵死亡能夠抑制肝纖維化和肝細胞癌的進展。

2.1 病毒性肝炎

長期以來，人們一直認為過量的鐵蓄積可能通過誘導氧化應激導致肝損傷。慢性丙型肝炎（CHC）常與血清鐵和肝鐵儲備升高有關，早期研究證實了CHC 患者鐵調素（參與細胞釋放鐵）水平降低，導致十二指腸中鐵轉運蛋白-1（Fpn1）水平升高，而使血清鐵水平升高［10］。在D-GalN 誘導的肝損傷小鼠模型中，證明了乙型肝炎病毒相關重癥肝病中的一種必須調節蛋白HBV X 蛋白（HBx）可通過抑制溶質載體家族7 成員11（SLC7A11）誘導脂質過氧化，觸發鐵死亡［11］。最近研究數據表明人甲型肝炎病毒3C 蛋白酶（3Cpro）誘導的細胞死亡與鐵死亡的脂質過氧化有關。而且鐵死亡抑制劑鐵抑素-1（Fer1）能有效阻斷3Cpro 誘導的細胞死亡。盡管這項研究的數據不足以確定3Cpro 作為鐵死亡誘導劑的生物學作用，但這可以擴展對鐵死亡的機制和生物學作用的了解［12］?？梢?，阻止病毒性肝炎中的肝死亡可能是預防疾病進一步發展的可行策略；但關于轉運蛋白、蛋白酶在機體中參與鐵死亡的具體表達仍認識不足。

2.2 酒精性肝病

酒精性肝?。ˋLD）是一種酒精導致的肝損傷，包括一系列肝臟疾病，從脂肪變性、脂肪性肝炎、纖維化、肝硬化到肝細胞癌、肝衰竭的演變。一方面，酒精會誘導肝臟中鐵的過度積累，另一方面，酒精代謝產生大量乙醇，降低線粒體中抗氧化劑GSH 的水平，增加ROS 的產生，導致肝細胞脂質過氧化，兩者的綜合效應加速肝損傷，從而引發鐵死亡［13］。同時，在大量的動物驗中，觀測到抑制鐵死亡信號傳導可減輕酒精性肝病的肝損傷。Strtuin1（SIRT1）與酒精性脂肪性肝病的發病機制有關，在腸道SIRT1 缺乏癥的小鼠模型中觀察到鐵積累水平降低，增強GSH 水平，提高NADP（煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸）/NADPH9（甘油醛-3-磷酸脫氫酶）含量，減弱脂質過氧化，以減輕鐵死亡來減輕乙醇所致肝損傷［14］。高劑量巖藻依聚糖增高了鐵調素水平，抑制鐵調素-腸道二價金屬轉運蛋白1（DMT1）/FPN1對鐵的吸收，來抑制鐵負荷，并通過上調大鼠p62/Nrf2/SLC7A11 通路，減輕了酒精暴露引起的氧化應激，增加了GSH 水平，減弱脂質積累來改善酒精引起的肝過載和鐵死亡［15］。綜上，鐵調素、鐵死亡抑制劑可能成為減少酒精性肝病患者鐵負荷和脂質過氧化的治療方法。

2.3 非酒精性脂肪性肝病

非酒精性脂肪性肝?。∟AFLD）是最常見的肝臟疾病，從簡單的脂肪變性到嚴重的脂肪性肝炎、肝纖維化。非酒精性脂肪性肝炎（NASH）是NAFLD 的一種嚴重形式，其特征是脂肪變性和小葉炎癥［16］。大量數據證實了鐵超負荷與NASH 相關。一項NASH 小鼠模型實驗發現鐵死亡抑制劑Trolox 和DFP 幾乎完全抑制壞死細胞死亡、炎癥細胞浸潤和炎性細胞因子表達，即鐵死亡是引發脂肪性肝炎的觸發因素［17］。鐵死亡參與了NASH 相關肝細胞損傷和病理過程，研究發現鐵死亡誘導劑RSL-3 使NASH 小鼠的肝鐵水平顯著增高，GSH 水平和GPX4 肝臟表達降低，加劇脂肪變性和小葉炎癥，而用亞硒酸鈉（一種GPX4 激活劑）處理的小鼠顯示肝臟GPX4 增加，降低NASH 嚴重程度；鐵死亡抑制劑Lip-1 能減弱NASH 相關的病理過程，包括減弱脂肪積累、炎癥細胞因子水平、脂質過氧化［18］。因NASH 發病機制復雜，其藥物治療相對罕見，主要以生活方式干預為治療手段。所以根據鐵死亡在NASH 中的巨大研究潛力，靶向鐵死亡可能成為未來治療NASH 的新策略。

2.4 自身免疫性肝炎

自身免疫性肝炎（AIH）是一種肝組織學顯示界面性肝炎的慢性炎癥性疾?。?9］。因GPX4 和GSH耗竭、脂質過氧化產物升高和鐵代謝紊亂是鐵死亡和炎癥性疾病的共同特征，已在多種感染性和非感染性炎癥性疾病中觀察到鐵死亡［20］，越來越多的研究發現鐵死亡參與了AIH 的發展。在S100 誘導的AIH 小鼠模型中檢測到了通過下調GPX4 引起了鐵死亡，誘發肝臟炎癥，而鐵死亡抑制劑Fer1 通過抑制核因子E2 相關因子2（Nrf2）/血紅素加氧酶-1（HO-1）途徑介導的鐵死亡來減輕肝損傷，保護肝臟結構［21］。在ConA 誘導的AIH 也存在GPX4 下調和鐵死亡［22］。鐵死亡是AIH 發病機制的關鍵，并且AIH 中鐵死亡的發生受GPX4 的調節。除了傳統鐵死亡抑制劑，許多其他物質也能減弱AIH 中鐵死亡。Caveolin-1 通過調節氮應激反應來抑制AIH 中的鐵死亡［23］。人重組成纖維細胞生長因子（rFGF4）通過上調CISD3 水平及激活Nrf2/HO-1 信號通路來緩解肝細胞中的鐵死亡［24］。因此，深入研究鐵死亡在AIH 中的作用，有助于發現AIH 的致病機制和開發新的治療方法。

2.5 肝衰竭

肝衰竭是一種導致合成、解毒、代謝和生物轉化功能嚴重障礙或失代償的嚴重肝細胞損害，根據起病特點和病情進展速度可分為急性肝衰竭（ALF）、亞急性肝衰竭、慢性急性（亞急性）肝衰竭（ACLF）和慢性肝衰竭［25］。肝移植是目前治療肝衰竭最效的手段，但肝源稀缺加上移植后容易引起肝細胞死亡，導致肝移植失敗，因此，尋找新的治療方法去抑制肝細胞死亡，減輕肝臟損傷，可提高治療存活率［26］。作為細胞死亡形式之一的鐵死亡被證明是誘導肝衰竭時肝細胞死亡的原因。在對乙酰氨基酚（APAP）誘導的急性肝衰竭小鼠模型中觀測到GPX4 耗竭和脂質過氧化，鐵抑制劑抑制APAP誘導的肝毒性和脂質過氧化，證明了鐵死亡是APAP 誘導體內肝衰竭的細胞死亡的初始和主要機制［27］。鐵死亡也被證明參與ACLF 的發病機制，并通過激活Nrf2 介導的途徑減輕脂質過氧化抑制鐵死亡，恢復肝損傷［28］。許多物質被證明能通過抗鐵死亡保護肝臟免受AIF 的影響。UT1（ALF 的治療藥物）通過SIRT1/Nrf2/HO-1 途徑抗鐵死亡和抗氧化作用保護肝臟免受APAP 誘導的急性肝損傷［29］。組蛋白H3 抗體通過NOD2 介導的HDAC6/NF-kb信號通路抑制ALF 小鼠鐵死亡［30］。但是，也有研究者認為基于脂質過氧化導致的細胞死亡推斷鐵死亡引起APAP 肝毒性證據不足［31］。因此，盡管有大量文獻證實了肝衰竭中存在鐵死亡，但需要進一步的研究來確定鐵死亡導致肝細胞損傷的具體靶點，才能為肝衰竭治療提供新策略。

2.6 肝纖維化

肝纖維化是肝星狀細胞（HSC）產生的膠原蛋白和其他細胞外基質（ECM）成分過度積累引起的肝臟損傷，是多種慢性肝臟疾病進展的結果，進一步發展會導致肝硬化，甚至肝細胞癌?？垢卫w維化治療除了可以治療原發病，也可以通過滅活HSC 來逆轉或消除纖維化［32］。鐵死亡在肝纖維化的發展中似乎起著雙重的作用。一方面，肝損傷和纖維化的進展被認為與鐵超負荷通過過度誘導脂質過氧化促進肝細胞鐵死亡有關［33］。另一方面，可以通過調節鐵死亡來抑制HSC 活化而減輕肝纖維化。鐵死亡誘導劑erastin 通過誘導HSC 鐵死亡來改善肝纖維化的病理損傷［34］。許多中藥提取物顯現出有效的抗纖維化作用。雷公藤中提取的一種三萜類化合物celastrol，通過抑制氧化還原蛋白家族成員（PRDXs）和HO-1，以促進ROS 的產生和誘導活化的HSC 中鐵死亡來發揮抗纖維化作用［35］。從水果、蔬菜中分離出的鞣花酸（EA）通過誘導活化HSC 的鐵死亡來損害鐵轉運蛋白附著蛋白受體（SNARE）復合物的形成，來減輕肝纖維化［36］。青蒿素的衍生物蒿甲醚（ART）可以通過促進HSC 中的鐵積累來誘導鐵死亡來發揮抗纖維化的作用［37］。原來越多的證據表明，誘導鐵死亡成為治療肝纖維化的新方向，新型鐵死亡調節因子幫助更好的了解鐵死亡和開發鐵死亡相關疾病的治療方法。但是，鐵死亡在肝纖維化中的具體作用仍不夠明確，需要更多的證據來證明鐵死亡在肝纖維化中的誘導或抑制作用。

2.7 肝細胞癌

原發性肝癌是全球第6 大常見癌癥和第3 大癌癥死亡原因，其中肝細胞癌（HCC）約占75%～85%［38］，早、中期HCC 患者可通過手術切除、肝移植、射頻消融、化療栓塞來治療，但晚期患者僅能選擇六種獲批的全身療法，且因其耐藥性嚴重，治療效果不足，導致患者預后較差［39］。因此為肝癌患者找到新的更好的治療方法很重要。越來越多的研究證實了鐵死亡在殺死癌細胞和抑制癌癥生長中的關鍵作用［40］。鐵死亡誘導劑erastin 增加了鐵和ROS 的積累，并抑制了HCC 細胞的增值和進展［41］。除了傳統的鐵死亡誘導劑，許多其他物質在誘導HCC 鐵死亡的過程中發揮了重要作用。RNA 結合基序單鏈相互作用蛋白1（RBMS1）過表達下調了GPX4 水平，促進HCC 細胞中的鐵死亡并抑制HCC細胞的增值［42］。最近發現了一種FSP1 抑制途徑誘導鐵死亡：鐵死亡抑制蛋白1（FSP1）降低導致細胞內脂質過氧化積累，最終導致鐵死亡誘導的HCC 細胞死亡；而FSP1 抑制劑iFSP1 治療后降低了癌細胞抵消脂質過氧化的能力，誘導了癌細胞中的鐵死亡并顯著抑制了HCC 腫瘤的生長［43］。因此，區別于肝臟的其他疾病，鐵死亡能夠抑制腫瘤生長，為肝癌患者提供一種治療耐藥性的可行治療策略。

3 結論

綜上所述，作為一種新型細胞死亡形式的鐵死亡，受到越來越多的關注，盡管鐵死亡的生理功能仍模糊不清，但它在眾多人類疾病中作用已被廣泛記錄，特別是在肝臟疾病中。過量的鐵蓄積可能通過誘導氧化應激，觸發肝細胞鐵死亡，導致肝損傷，導致病毒性肝炎、酒精性肝病、非酒精性脂肪性肝病、自身免疫性肝炎、肝衰竭等肝臟炎癥的發生發展和肝纖維化。鐵死亡抑制劑被證明可以阻斷氧化應激，保護肝細胞。然而，在肝纖維化和HCC 的治療中，發現了誘導鐵死亡不僅沒有加重病情，反而抑制了肝纖維化和腫瘤細胞的生長?？梢?，鐵死亡不僅參與了各種肝臟疾病的發展和發生，而且能夠抑制肝細胞損害。許多新型鐵死亡調節因子被證實參與了鐵死亡的調控，這將能夠進一步了解鐵死亡調節機制和靶向因子，為未來治療肝臟疾病的新機制、新藥物開發提供研究方向。但是，鐵死亡的研究仍處于起步階段，許多問題仍待解決。目前研究觀察的指標是基于給藥時引起疾病本身變化的臨床指標，并沒有特定的生物標志物來判斷鐵死亡。因此，需要進一步的研究來確認鐵死亡對肝臟病理生理的影響，才能提出更有針對性的治療方法。

作者貢獻度說明：

劉曉萍：負責文獻整理及分析，文章的寫作；毛德文：項目（國家自然科學基金）負責人， 負責對文章進行審校；林玉培，廖瑩瑩：參與文獻整理及分析；莫世聰，羅銀冰，李飛燕：參與文獻搜集與整理。

所有作者聲明不存在利益沖突關系。