黃琴，夏中元,雷少青，趙博，邱珍，田立群

(武漢大學(xué)人民醫(yī)院麻醉科，武漢 430060)

鐵死亡是新近發(fā)現(xiàn)的一種調(diào)節(jié)性細(xì)胞死亡形式，與傳統(tǒng)的壞死、凋亡、焦亡等細(xì)胞死亡程序不同，鐵死亡是鐵離子依賴性且致死性高的脂質(zhì)過氧化物蓄積所引起的細(xì)胞死亡程序。鐵死亡的發(fā)生可以由兩類小分子物質(zhì)誘發(fā)：第一類誘導(dǎo)劑，如Erastin、柳氮磺胺吡啶、丁硫氨酸亞砜亞胺等可以通過抑制胱氨酸-谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)體(Xc-)，減少胞內(nèi)谷胱甘肽含量，從而引發(fā)細(xì)胞氧化還原失衡；第二類誘導(dǎo)劑，如Ras選擇性致死化合物(Ras selective lethal compound，RSL)、DPI7等可以直接抑制谷胱甘肽過氧化物酶4(glutathione peroxidase 4，GPx4)活性，并最終導(dǎo)致脂質(zhì)過氧化物蓄積誘發(fā)鐵死亡程序。此外，鐵死亡也可以由索拉菲尼、青蒿素及其衍生物等其他藥物誘發(fā)[1-2]。目前鐵死亡的調(diào)控信號(hào)通路并未完全闡明，但有研究發(fā)現(xiàn)甲羥戊酸信號(hào)通路、轉(zhuǎn)硫途徑以及熱激蛋白(heat shock protein,HSP)F1-B1信號(hào)可能在鐵死亡途徑中扮演重要角色[3]。越來(lái)越多研究表明，這種新發(fā)現(xiàn)的調(diào)節(jié)性死亡程序——鐵死亡可能密切參與哺乳動(dòng)物生理和病理進(jìn)程，特別是在腫瘤、神經(jīng)性、老年化、代謝異常性疾病等疾病的發(fā)生發(fā)展過程中發(fā)揮重要作用[4-6]。現(xiàn)就目前鐵死亡相關(guān)知識(shí)及其機(jī)制予以綜述，以期為疾病的防治提供新的治療思路。

1 鐵死亡的概述

1.1鐵死亡的發(fā)現(xiàn) 鐵是人體必需的微量元素中含量最多的金屬成分，對(duì)人體的健康起著重要的作用。人體內(nèi)鐵總量為4～5 g，主要存在于血液紅細(xì)胞的血紅蛋白和肌肉的肌紅蛋白中，少量存在于酶類，如細(xì)胞色素、細(xì)胞色素氧化酶、過氧化物酶和過氧化氫酶等。以上述形式存在鐵的功能主要是輸送氧、積極參與細(xì)胞內(nèi)生物氧化過程等，這些鐵被稱為“功能性鐵”，大約占總體鐵的3/4；此外，約有1/4的鐵以鐵蛋白、含鐵血黃素的形式貯存于肝、脾與骨髓中，稱為“貯存鐵”[6]。研究表明，細(xì)胞鐵含量特別是二價(jià)鐵過載時(shí)，可以誘發(fā)脂肪酸的脂質(zhì)過氧化[7]。鐵含量過載可以引起線粒體氧化磷酸化途徑異常，在產(chǎn)生ATP時(shí)亦會(huì)產(chǎn)生大量的活性氧類(reactive oxygen species,ROS)，當(dāng)ROS含量超過機(jī)體抗氧化系統(tǒng)的清除水平時(shí)，它可以氧化細(xì)胞膜及細(xì)胞器膜上不飽和脂肪酸，形成脂質(zhì)過氧化物，直接或間接地破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)功能，導(dǎo)致細(xì)胞損傷或死亡等，這種新發(fā)現(xiàn)的細(xì)胞死亡程序被稱為依賴鐵的細(xì)胞死亡形式[1-2,7]。

2003年有學(xué)者在探索腫瘤治療藥物的篩選試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)一種新型化合物Erastin，其可以誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞突變致死亡，且發(fā)生的死亡形式與凋亡不同[8]。隨后相繼發(fā)現(xiàn)兩種新型藥物RSL3和RSL5與Erastin同樣可以誘導(dǎo)細(xì)胞死亡的發(fā)生；同時(shí)還發(fā)現(xiàn)，去鐵胺和抗氧化劑維生素E可以減輕和抑制細(xì)胞死亡[9]。這些發(fā)現(xiàn)證實(shí)，鐵死亡這種形式的細(xì)胞死亡與胞內(nèi)的鐵離子及ROS有關(guān)，由此這種鐵依賴性的脂質(zhì)過氧化物蓄積引起的細(xì)胞死亡形式于2012年被正式命名為鐵死亡[1-2]。目前關(guān)于鐵死亡的研究越來(lái)越廣泛，鐵死亡不同種類的誘導(dǎo)劑和抑制劑相繼被開發(fā)出來(lái)，但是關(guān)于鐵死亡的具體機(jī)制仍處于未知狀態(tài)，如鐵離子在鐵死亡中調(diào)控機(jī)制、ROS誘導(dǎo)鐵死亡的潛在機(jī)制以及鐵死亡對(duì)人類健康的影響等問題，仍需要深入探究。

1.2鐵死亡與凋亡、壞死、自噬的區(qū)別 內(nèi)源性或外源性細(xì)胞毒性物質(zhì)都可以引起細(xì)胞死亡，依據(jù)細(xì)胞死亡時(shí)形態(tài)結(jié)構(gòu)可以將細(xì)胞死亡分為不同類別的死亡形式。凋亡是程序性細(xì)胞死亡形式的一種，它所具有的典型特征是細(xì)胞染色體皺縮、染色質(zhì)濃集及邊緣化，并伴有圓形或橢圓形包漿碎片形成、無(wú)明顯炎癥反應(yīng)等[10]。壞死表現(xiàn)為包膜完整性破壞、胞內(nèi)物質(zhì)釋放并伴有大量炎癥反應(yīng)的過程[11]。自噬是一種重要的細(xì)胞機(jī)制，在正常生理過程中發(fā)揮著“管家”的作用。自噬主要通過與溶酶體融合形成自噬溶酶體的自噬小體，吞噬自身細(xì)胞質(zhì)蛋白或細(xì)胞器并將其包被進(jìn)入囊泡，降解其所包裹的內(nèi)容物的過程，以實(shí)現(xiàn)對(duì)細(xì)胞自身代謝需要的調(diào)控和細(xì)胞器的更新[12]。自噬小體的形成是自噬發(fā)生的關(guān)鍵，自噬不足或者自噬過度都會(huì)引起機(jī)體組織器官結(jié)構(gòu)和功能異常。

鐵死亡與上述細(xì)胞死亡形式不同，它發(fā)生時(shí)并不會(huì)引起細(xì)胞凋亡發(fā)生時(shí)的染色質(zhì)濃縮，壞死發(fā)生時(shí)的包膜完整性破壞以及自噬發(fā)生期間形成的雙層膜泡自噬小體等細(xì)胞死亡特征。然而，鐵死亡啟動(dòng)時(shí)的超微形態(tài)學(xué)特征主要表現(xiàn)為細(xì)胞膜斷裂和出泡，線粒體變小、膜密度增高、線粒體脊減少或消失、外膜斷裂，細(xì)胞核大小正常、無(wú)染色質(zhì)凝聚等[1,13]。同時(shí)鐵死亡發(fā)生時(shí)線粒體及內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中可見大量鐵離子分布[14]。但目前鐵死亡的特征性形態(tài)學(xué)表現(xiàn)仍未被證實(shí)。

2 鐵死亡的機(jī)制

2.1氨基酸代謝 氨基酸代謝是生物體代謝環(huán)路中的重要一環(huán)，氨基酸的代謝異常與鐵死亡密切相關(guān)[15]。谷胱甘肽是一種由3個(gè)氨基酸谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸結(jié)合而成的三肽化合物(γ-谷氨酰-L-半胱氨酰-L-甘氨酸)是體內(nèi)重要的抗氧化劑和自由基清除劑。谷胱甘肽可以與自由基、重金屬等結(jié)合，將機(jī)體內(nèi)有害的毒物轉(zhuǎn)化為無(wú)害物質(zhì)排出體外。谷胱甘肽于1930年確定其化學(xué)結(jié)構(gòu)有還原型(G-SH)和氧化型(G-S-S-G)兩種形式，谷胱甘肽的主要生理功能是清除自由基、抗氧化、抗衰老。機(jī)體內(nèi)新陳代謝產(chǎn)生的許多自由基會(huì)損傷細(xì)胞膜，侵襲生命大分子，促進(jìn)機(jī)體衰老，并誘發(fā)腫瘤或動(dòng)脈粥樣硬化的產(chǎn)生[16]。谷胱甘肽結(jié)構(gòu)中含有一個(gè)活潑的巰基-SH易被氧化脫氫，這一特異結(jié)構(gòu)便使其成為體內(nèi)自由基清除的第一道防線，與非酶系抗氧化劑還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸/煙酰胺腺嘌呤二核苷磷酸一起對(duì)機(jī)體能發(fā)揮強(qiáng)有力的保護(hù)作用[17]。

Xc- 對(duì)維持谷胱甘肽的平衡狀態(tài)和分布發(fā)揮重要作用。Xc- 依賴鈉離子，由輕鏈亞基和重鏈亞基共同組成[18-19]。Xc- 可以將細(xì)胞內(nèi)的谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞胞外，同時(shí)將胞外的胱氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞內(nèi)，通過影響胞外谷氨酸水平調(diào)節(jié)谷胱甘肽的合成。研究發(fā)現(xiàn)，Xc- 敲除小鼠腦細(xì)胞外谷氨酸水平明顯減低，并對(duì)于藥物所誘導(dǎo)的神經(jīng)毒性反應(yīng)較輕[20]。藥源性反應(yīng)發(fā)現(xiàn)，Erastin、柳氮磺胺吡啶以及高濃度谷氨酸可以通過抑制Xc- 功能誘導(dǎo)細(xì)胞鐵死亡的發(fā)生[1,4]。這些發(fā)現(xiàn)提示，Xc- 可能通過影響谷氨酸的攝取及谷胱甘肽的合成來(lái)介導(dǎo)細(xì)胞鐵死亡過程的發(fā)生。研究發(fā)現(xiàn)，胱氨酸缺乏、谷氨酸代謝途徑受阻或Xe-受抑制時(shí)，ROS、脂質(zhì)過氧化物產(chǎn)生會(huì)增加，也會(huì)促進(jìn)鐵死亡的發(fā)生[21]。在中樞神經(jīng)系統(tǒng)，谷氨酸所介導(dǎo)的中樞毒性反應(yīng)也具有鐵依賴性。據(jù)報(bào)道，鐵螯合劑或鐵死亡抑制劑均能抑制谷氨酸介導(dǎo)的神經(jīng)毒性[1]。

然而，并不是所有谷氨酸代謝途徑都可以誘發(fā)鐵死亡。谷氨酸代謝途徑的第一步是將谷氨酰胺轉(zhuǎn)化成谷氨酸，在這個(gè)過程中需要谷氨酰胺酶GLS1和GLS2的參與。這些酶雖然具有相似的結(jié)構(gòu)和酶學(xué)特性，但是僅有GLS2可以誘導(dǎo)鐵死亡的發(fā)生。主要原因可能是GLS2是腫瘤抑制因子p53的靶控基因，上調(diào)GLS2可以誘導(dǎo)p53依賴型鐵死亡[22]。報(bào)道發(fā)現(xiàn)，抑制谷氨酰胺代謝合成可以減弱鐵死亡途徑，減輕缺血再灌注誘導(dǎo)的心肌、腎臟、腦損傷[23]。因而靶控谷氨酰胺合成代謝的治療可能為減輕鐵死亡途徑誘導(dǎo)臟器損傷提供的新思路和方法。

此外，抗氧化系統(tǒng)失衡也會(huì)誘發(fā)鐵死亡。機(jī)體有大量抗氧化防御系統(tǒng)調(diào)節(jié)ROS水平，這些抗氧化物質(zhì)有核轉(zhuǎn)錄因子2、GPx4、過氧化氫酶等。然而研究發(fā)現(xiàn)，抗氧化系統(tǒng)的抑制劑,如超氧陰離子歧化酶抑制劑、硫氧還原蛋白酶抑制劑，只有在胞內(nèi)谷胱甘肽耗竭時(shí)才能誘導(dǎo)人上皮成纖維細(xì)胞死亡[2]，提示Erastin誘導(dǎo)細(xì)胞鐵死亡可能是作用于谷胱甘肽下游特定位點(diǎn)。在GPx家族抗氧化系統(tǒng)中，GPx4是維持谷胱甘肽和GS-SG平衡的關(guān)鍵酶。鐵死亡誘導(dǎo)劑RSL通過直接聯(lián)結(jié)GPx4并抑制其活性，導(dǎo)致脂質(zhì)過氧化物蓄積，從而啟動(dòng)鐵死亡程序。除此之外，鐵死亡其他誘導(dǎo)劑,如DPI7、DPI10、DPI12等也可以通過直接抑制GPx4活性而發(fā)揮作用。研究發(fā)現(xiàn)，GPx4敲除細(xì)胞會(huì)引起大量脂質(zhì)過氧化物蓄積以及細(xì)胞死亡[24]。目前，GPx4被認(rèn)為是觸發(fā)鐵死亡程序的重要靶控點(diǎn)。

2.2脂質(zhì)代謝及脂質(zhì)過氧化物形成 脂質(zhì)是細(xì)胞死亡的重要調(diào)節(jié)劑，在哺乳動(dòng)物中，細(xì)胞凋亡和非凋亡途徑都可以由不同的脂質(zhì)信號(hào)誘導(dǎo)、調(diào)節(jié)或抑制。如細(xì)胞內(nèi)飽和脂肪酸/單聚不飽和脂肪酸比例增加時(shí)，可以啟動(dòng)細(xì)胞凋亡途徑；長(zhǎng)鏈脂肪酸增加時(shí)可以啟動(dòng)細(xì)胞壞死途徑；而外源性單聚飽和脂肪酸可以通過長(zhǎng)鏈?；o酶A合成酶3(acyl-CoA synthetase long chain family member 3,ACSL3)途徑減輕細(xì)胞死亡程序等，這些途徑都發(fā)揮脂質(zhì)毒性[25-27]。與其他類型的細(xì)胞死亡形式不同，鐵死亡不需要類似成孔蛋白樣的蛋白效應(yīng)器，而脂質(zhì)氧化應(yīng)激及其引起的膜損傷是執(zhí)行鐵死亡的關(guān)鍵，尤其是多聚不飽和脂肪酸更易形成脂質(zhì)過氧化物并誘導(dǎo)鐵死亡的發(fā)生[28-29]。鐵死亡期間，大量蓄積的脂質(zhì)過氧化物和脂質(zhì)活性氧主要來(lái)源于多聚不飽和脂肪酸通過酯化和氧化反應(yīng)產(chǎn)生，這些毒性介質(zhì)彌散地分布在細(xì)胞膜和細(xì)胞器膜中，如細(xì)胞膜、線粒體膜、溶酶體膜、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜。脂質(zhì)組學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，脂質(zhì)代謝異常與鐵死亡密切相關(guān)，多聚不飽和脂肪酸中的花生四烯酸和腎上腺素酸是誘導(dǎo)鐵死亡的關(guān)鍵成分[30]。這些多不飽和脂肪酸輔酶-A-衍生物即氧化型磷脂酰乙醇胺(ox-phosphatidylethanolamines，ox-PEs)的形成是產(chǎn)生鐵死亡所必需的信號(hào)，它們的形成需要在多種脂質(zhì)代謝酶的參與下完成，如乙酰輔酶A長(zhǎng)鏈家族4(acyl-CoA synthetase long-chain family member 4,ACSL4)、溶血卵磷脂?；D(zhuǎn)移酶3、15-脂氧合酶/磷脂酰乙醇胺結(jié)合蛋白-1(15-lipoxygenase/phosphatidylethanolamine binding protein-1,15-LOX/PEBP1)等。

多不飽和脂肪酸在ACSL4作用下發(fā)生脂肪酸活化，通過溶血卵磷脂?；D(zhuǎn)移酶3將活化的脂肪酸轉(zhuǎn)移至胞膜內(nèi)外并發(fā)生酯化，使其參與帶負(fù)電膜磷脂的氧化過程。正常情況下15-LOX/PEBP1和GPx4共同調(diào)節(jié)酯化的脂肪酸氧化與抗氧化過程，但兩者失衡時(shí)膜上的長(zhǎng)鏈多不飽和脂肪酸常常被氧化，特別是在RSL3等因素的誘導(dǎo)下引發(fā)細(xì)胞的鐵死亡。

ACSL4是長(zhǎng)鏈脂酰輔酶A合成酶家族的一員，在體內(nèi)可以催化脂肪酸活化合成脂酰輔酶A，也是脂肪酸分解代謝第一步反應(yīng)的關(guān)鍵酶。研究發(fā)現(xiàn)，小鼠胚胎成纖維細(xì)胞敲除ACSL家族中ACSL4以外的其他酶并不會(huì)引起鐵死亡[14]。與ACSL家族其他成員不同，ACSL4可以將長(zhǎng)鏈多不飽和脂肪酸活化參與膜磷脂的合成。其中，ACSL4能將花生四烯酸和腎上腺素酸分別合成為花生四烯酯酰輔酶A和腎上腺脂酰輔酶A，使其參與磷脂酰乙醇胺或磷脂酰肌醇等帶負(fù)電膜磷脂的合成，并成為細(xì)胞膜的組成成分。這些膜上的長(zhǎng)鏈多不飽和脂肪酸易被氧化，特別是鐵死亡誘導(dǎo)劑,如RSL3等誘導(dǎo)下引發(fā)細(xì)胞鐵死亡的發(fā)生。與ACSL4-/-敲除細(xì)胞相比，Lpcat3-/-敲除細(xì)胞僅僅起到輕微減輕細(xì)胞鐵死亡的作用；同時(shí)，脂質(zhì)過氧化物對(duì)GPx4的抑制作用需要在ACSL4的參與下進(jìn)行[14,31]。這些提示著ACSL4或許是鐵死亡至關(guān)重要的決定因子。研究發(fā)現(xiàn)，噻唑烷二酮類物質(zhì)能保護(hù)ACSL4基因被敲除的胚胎成纖維細(xì)胞，在RSL3共作用時(shí)減輕膜脂氧化和細(xì)胞死亡程度，并能顯著延長(zhǎng)ACSL4基因敲除小鼠的生存期[14]。因此，抑制ACSL4或許可以為治療鐵死亡相關(guān)疾病提供新的治療思路和靶點(diǎn)。

脂氧合酶(lipoxygenases,LOXs)是一種非血紅素、含鐵的酶促蛋白效應(yīng)物，也是介導(dǎo)鐵死亡過氧化物形成的重要酶系。游離的多不飽和脂肪酸是LOXs的優(yōu)選底物，敲除LOXs可以減輕Erastin誘導(dǎo)的鐵死亡損傷[29]。研究發(fā)現(xiàn)，LOXs主要通過與PEBP1聯(lián)結(jié)形成復(fù)合體15-LOX/PEBP1，同時(shí)發(fā)生變構(gòu)調(diào)節(jié)提供催化鐵死亡信號(hào)sn2-15-HpETE-PE的位點(diǎn)。參與介導(dǎo)脂質(zhì)過氧化物的LOXs主要有15-LO1和15-LO2兩種亞型。LOXs亞基在不同組織中的分布不同，15-LO1在人主動(dòng)脈內(nèi)皮細(xì)胞中高表達(dá)，而15-LO2在腎小管內(nèi)皮細(xì)胞和神經(jīng)元細(xì)胞中高表達(dá)[32]。氧化還原代謝組學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，15-LO1與15-LO2具有相似性，均可以參與鐵死亡相關(guān)的腦創(chuàng)傷、哮喘、急性腎缺血損傷等疾病[33]。LOXs氧化游離的多不飽和脂肪酸需要在PEBP1幫助下形成15-LOX/PEBP1復(fù)合體，才能使LOXs發(fā)生變構(gòu)調(diào)節(jié)，繼而啟動(dòng)下游磷脂酶A2相關(guān)氧化特定多不飽和脂肪酸的氧化途徑。PEBP1是一種的小支架蛋白，也被稱為RAF1激酶抑制蛋白，在穩(wěn)態(tài)條件下可以與RAF1結(jié)合并抑制其激酶級(jí)聯(lián)反應(yīng)。15-LOs是PEBP1的新型合作伙伴，兩者形成的復(fù)合體可以變構(gòu)激活LOXs，作用其特異性多不飽和脂肪酸亞基15-HpETE形成鐵死亡標(biāo)志性信號(hào)15-HpETE-PE，從而啟動(dòng)鐵死亡程序[34]。

關(guān)于LOX/PEBP1復(fù)合體從多樣化的不飽和脂肪酸中選擇特定多不飽和脂肪酸進(jìn)行氧化的機(jī)制，目前是未知的，這種機(jī)制也是探索調(diào)節(jié)鐵死亡機(jī)制中亟待解決的問題。

2.3鐵離子失衡 鐵是人體所必需的微量元素，鐵缺乏會(huì)引起貧血及含鐵相關(guān)酶異常。然而，鐵蓄積亦會(huì)造成組織損傷并增加腫瘤等疾病的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)。鐵離子產(chǎn)生生物毒性的主要機(jī)制為Fe3+與Fe2+間發(fā)生的經(jīng)典芬頓反應(yīng)，產(chǎn)生可損害細(xì)胞蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、DNA等的羥基自由基[35]。鐵離子也是脂質(zhì)過氧化物蓄積和啟動(dòng)鐵死亡途徑必不可少的成分，鐵離子的吸收、分布、代謝、轉(zhuǎn)化、排泄等過程與鐵死亡的發(fā)生密切相關(guān)。目前可以通過調(diào)節(jié)鐵離子在體內(nèi)的含量治療多種疾病(腫瘤等)[36]。膳食中的鐵主要在十二指腸和空腸上部以Fe3+形式被吸收，然后在轉(zhuǎn)鐵蛋白協(xié)助下轉(zhuǎn)運(yùn)至血液中。血液中部分Fe3+通過與細(xì)胞膜上轉(zhuǎn)鐵蛋白受體結(jié)合轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞內(nèi)，并被內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中的金屬還原酶STEAP3還原為Fe2+。Fe2+需要在溶質(zhì)載體家族11成員2/二價(jià)金屬離子轉(zhuǎn)運(yùn)體(solute carrier family 11a2/divalent metal transporter 1,SLC11A2/DMT1)的協(xié)助下從內(nèi)體釋放至胞質(zhì)不穩(wěn)定鐵池中。過量的鐵可以以鐵蛋白的形式儲(chǔ)存或通過鐵泵SLC11A2/DMT1輸送到循環(huán)中。當(dāng)應(yīng)對(duì)不同種類的鐵死亡激活劑時(shí)，胞內(nèi)Fe3+水平會(huì)增高，鐵代謝相關(guān)的各種蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)體，如鐵蛋白、轉(zhuǎn)鐵蛋白受體等也會(huì)在鐵死亡程序下被重新編排[1，37]。研究發(fā)現(xiàn)，敲除轉(zhuǎn)鐵蛋白受體基因或上調(diào)胞質(zhì)中鐵離子儲(chǔ)備庫(kù)-鐵蛋白可以抑制鐵超載和鐵死亡的發(fā)生[38-39]。而敲除鐵轉(zhuǎn)運(yùn)基因SLC11A3阻止鐵轉(zhuǎn)運(yùn)會(huì)加劇神經(jīng)瘤細(xì)胞中Erastin誘導(dǎo)的鐵死亡[40]。研究發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞自噬也可以通過對(duì)鐵代謝的影響來(lái)調(diào)節(jié)鐵死亡的敏感性，鐵蛋白選擇性自噬可以增加鐵死亡的敏感性[38-39,41]。其他影響鐵代謝的蛋白，如熱激蛋白B1(heat shock protein beta-1，HSPB1)和CISD1等也可以對(duì)鐵死亡的敏感性產(chǎn)生影響。因此，調(diào)節(jié)鐵代謝和鐵自噬過程或可成為調(diào)控鐵死亡的新靶點(diǎn)和方向。

2.4鐵死亡的其他機(jī)制 除了上述3種鐵死亡的主要機(jī)制外，其他機(jī)制可能也與鐵死亡的發(fā)生密切相關(guān)。電壓依賴性陰離子通道也稱為膜孔蛋白主要分布于線粒體外膜上，真核細(xì)胞中鐵離子和代謝物可以通過此通道進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)。鐵死亡誘導(dǎo)劑可以與線粒體外膜上的膜孔蛋白2和膜孔蛋白3聯(lián)結(jié)，改變線粒體膜通透性，降低通道對(duì)鐵離子的敏感性，限制線粒體中的物質(zhì)外流，引起線粒體功能障礙和大量氧化物質(zhì)的釋放，最終導(dǎo)致鐵死亡的發(fā)生[42]。越來(lái)越多的研究發(fā)現(xiàn)p53-SLC7A11P53軸、甲羥戊酸途徑產(chǎn)生輔酶泛醌-等也可能與鐵死亡機(jī)制有著密切的聯(lián)系[43-44]。目前關(guān)于鐵死亡的研究正在深入開展中，鐵死亡的具體機(jī)制也將得到不斷的完善。

3 鐵死亡的信號(hào)通路

目前，關(guān)于鐵死亡相關(guān)信號(hào)通路的研究仍在不斷深入，鐵死亡標(biāo)志性通路仍然未知?，F(xiàn)階段鐵死亡證實(shí)的信號(hào)通路主要有甲羥戊酸信號(hào)通路、轉(zhuǎn)硫信號(hào)通路、HSP-信號(hào)通路等[3]。

3.1甲羥戊酸信號(hào)通路 GPx4是啟動(dòng)鐵死亡的重要機(jī)制之一，而GPx4活性中心是由含有硒代半胱氨酸的硒蛋白組成，且甲羥戊酸信號(hào)通路是硒蛋白合成的重要途徑。甲羥戊酸是由3-羥基-3-甲基戊二酰輔酶A合成，它可以分解代謝為膽固醇及固醇類的前體物質(zhì)——焦磷酸鹽，同時(shí)它也可以轉(zhuǎn)化成異戊二酸焦磷酸酯(isoglutarate pyrophosphate,IPP)用于蛋白質(zhì)的翻譯后修飾[45]。GPx4活性中心的硒代半胱氨酸的遺傳密碼子是UGA(與終末密碼子相同)，因此需要特定的轉(zhuǎn)運(yùn)RNA(transfer RNA,tRNA)-轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白將硒代半胱氨酸插入GPx4使其具有活性。硒代半胱氨酸的tRNA含有異戊烯基腺苷，同時(shí)其需要在異戊烯基轉(zhuǎn)移酶的參與下發(fā)育成熟，催化IPP的異戊酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移到硒代半胱氨酸t(yī)RNA前體特定的腺嘌呤位點(diǎn)上。在這個(gè)過程中，IPP是硒代半胱氨酸t(yī)RNA成熟和合成具有活性的GPx4必不可少的信號(hào)通路[46]。甲羥戊酸信號(hào)通路上調(diào)與多種疾病的病理生理過程密切相關(guān)，尤其是腫瘤，如白血病、淋巴瘤、肺癌、肝癌，使用甲羥戊酸抑制劑后可以促進(jìn)細(xì)胞增長(zhǎng)和分化，改善代謝并達(dá)到治療疾病的效果[47]。甲羥戊酸信號(hào)與氨基酸及其酶代謝密切相關(guān)，在鐵死亡途徑中扮演重要的角色。

3.2轉(zhuǎn)硫信號(hào)通路 含硫氨基酸，如甲硫氨基酸、半胱氨基酸、胱氨酸等是哺乳細(xì)胞中重要的氨基酸組成成分，其中甲硫氨基酸是人體必需氨基酸，只能從食物中獲得。甲硫氨基酸分子可在腺苷轉(zhuǎn)移酶的催化下與ATP反應(yīng)，生成S-腺苷甲硫氨酸，通過去甲基作用生成S-腺苷同型半胱氨酸，再脫去腺苷生成同型半胱氨酸，最終通過轉(zhuǎn)硫信號(hào)通路補(bǔ)充半胱氨酸含量。氨基酸代謝異常是鐵死亡的重要機(jī)制之一，細(xì)胞內(nèi)外半胱氨基酸、胱氨酸、谷氨酸、谷胱甘肽等的平衡失調(diào)都可以誘發(fā)鐵死亡。體內(nèi)的半胱氨酸主要用于合成重要的抗氧化酶系(谷胱甘肽、硫氧還原蛋白等)，在氧化應(yīng)激的條件下活化胱硫醚-β-合成酶，通過轉(zhuǎn)硫途徑促進(jìn)甲硫氨酸/半胱氨酸間的轉(zhuǎn)化和谷胱甘肽的合成，從而減輕氧化應(yīng)激所誘發(fā)的鐵死亡途徑[48]。研究發(fā)現(xiàn)，基因調(diào)控轉(zhuǎn)硫信號(hào)通路，如半胱氨酰-tRNA合成酶的缺失可以抑制Erastin所誘導(dǎo)的鐵死亡[49]。這些提示轉(zhuǎn)硫信號(hào)在細(xì)胞鐵死亡途徑中發(fā)揮重要的作用。

3.3HSP信號(hào)通路 HSP是機(jī)體內(nèi)調(diào)控細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定異常蛋白質(zhì)的重要分子伴侶，HSP家族主要由HSP100、HSP90、HSP70、HSP60、HSP40和小HSP 6種成員參與組成。研究發(fā)現(xiàn)，鐵死亡誘導(dǎo)劑Erastin可以增強(qiáng)HSPB1的表達(dá)，同時(shí)HSF1-HSPB1信號(hào)通路可以負(fù)性調(diào)節(jié)人腫瘤細(xì)胞中Erastin誘導(dǎo)的鐵死亡過程[50]。抑制HSF1和HSPB1信號(hào)會(huì)增加細(xì)胞內(nèi)ROS和鐵含量，而磷酸化的HSFB1可以抑制鐵的攝取和胞內(nèi)磷酸化ROS水平[47]。

除此之外，p62-Keap1-NRF2、MUC1-C/xCT等也可能是調(diào)節(jié)鐵死亡的機(jī)制，但目前對(duì)鐵死亡的標(biāo)志性機(jī)制仍然未知，需要進(jìn)一步探索和發(fā)現(xiàn)。

4 小 結(jié)

自2012年鐵死亡程序被發(fā)現(xiàn)后，鐵死亡分子調(diào)控機(jī)制的研究進(jìn)展一直在不斷進(jìn)步。隨著研究的深入，鐵死亡的調(diào)控因子和不同的生物學(xué)信號(hào)將會(huì)更加完善?，F(xiàn)階段發(fā)現(xiàn)的兩種鐵死亡抑制劑包括鐵螯合劑和親脂性抗氧化劑(篩選鐵死亡抑制劑、維生素E等)，均已被證明可以有效清除脂質(zhì)過氧化物、改善鐵死亡相關(guān)的細(xì)胞損傷。對(duì)于這種新近發(fā)現(xiàn)的程序性死亡形式的研究雖然不斷得到突破，但關(guān)于鐵死亡發(fā)生的原因：它僅僅是生物體損傷的適應(yīng)性反應(yīng)還是確定性反應(yīng)等問題仍是目前亟待解決的問題。

總之，鐵死亡是一種獨(dú)特的調(diào)節(jié)性細(xì)胞死亡形式，它可能廣泛地參與哺乳動(dòng)物的病理生理活動(dòng)中，與多種疾病如腫瘤、神經(jīng)性疾病、代謝性疾病、老年化疾病等密切相關(guān)。雖然目前鐵死亡許多生理機(jī)制尚待確定，但積極地辨別其潛在的機(jī)制及信號(hào)通路可能為不同疾病的治療提供新的干預(yù)靶點(diǎn)。