張 宇，孫文爽綜述，趙建寧，孟 嘉審校

0 引 言

細(xì)胞死亡在所有多細(xì)胞生物的發(fā)育、衰老、組織穩(wěn)態(tài)、免疫和應(yīng)激耐受中起著重要作用[1]。細(xì)胞死亡的形式有多種形式，比如凋亡、壞死、自噬和程序性細(xì)胞死亡等[1-3]。過去調(diào)控細(xì)胞死亡被認(rèn)為是凋亡的同義詞，直到最近才發(fā)現(xiàn)調(diào)控細(xì)胞死亡有多種形式，其分子機(jī)制和形態(tài)學(xué)特征各不相同[4]。鐵死亡是Dixon于2012年提出的一種新的細(xì)胞死亡方式[5]。OS廣泛存在有氧生物體內(nèi)，并已有研究證明OS可以誘導(dǎo)產(chǎn)生細(xì)胞凋亡、壞死、細(xì)胞衰老及炎癥[6]。目前尚未有明顯的證據(jù)證實(shí)鐵死亡與氧化應(yīng)激的關(guān)系，故本文就鐵死亡與氧化應(yīng)激之間的共性進(jìn)行論述，試圖找到兩者之間的關(guān)聯(lián)，并綜述了目前鐵死亡在運(yùn)動系統(tǒng)相關(guān)疾病方面的研究進(jìn)展。

1 鐵死亡和氧化應(yīng)激的關(guān)系

已知在鐵死亡途徑中systemXc-、GPx4、活性氧及Fe均是其核心組成部分，systemXc-、GPx4均與谷胱甘肽 (Glutathione，GSH)的含量密切相關(guān)，systemXc-是GSH的合成原料谷氨酸的運(yùn)載體，GPx4是以GSH為原料合成的過氧化物酶[7]。以下分別從這幾種重要物質(zhì)出發(fā)敘述鐵死亡與氧化應(yīng)激之間的關(guān)系。

1.1GSH和活性氧GSH的合成需要以谷氨酸為原料，細(xì)胞對谷氨酸的攝取有四種途徑,其中一條很重要的途徑是谷氨酸胱氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)體systemXc-[8]。OS帶來的氧化損傷一開始是發(fā)現(xiàn)在谷氨酸誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡途徑中，而谷氨酸誘導(dǎo)的細(xì)胞毒性可由谷氨酸受體激活后的鈣離子內(nèi)流或者競爭性抑制systemXc-產(chǎn)生[7],故GSH的下降很可能就是OS產(chǎn)生的氧化損傷的一個重要原因。有趣的是第一個被報道的鐵死亡誘導(dǎo)劑erastin[5],被證實(shí)是一種systemXc-抑制劑[9]，所以鐵死亡途徑中也存在著GSH的減少。

活性氧是一種高活性氧化自由基，包括超氧陰離子(O2-)、過氧化氫(H2O2)、氧化基(ROO-)和羥基(OH-)[10],正常情況下ROS可以作為信號分子、調(diào)節(jié)分子以及轉(zhuǎn)錄調(diào)控分子發(fā)揮作用，而當(dāng)活性氧等自由基濃度超過臨界水平，體內(nèi)平衡受到干擾時，過高的自由基會對細(xì)胞、細(xì)胞器以及脂類、蛋白質(zhì)和DNA等成分造成損傷，如不及時修復(fù)，就會導(dǎo)致細(xì)胞死亡[11]。鐵死亡發(fā)生于谷胱甘肽(GSH)依賴的脂質(zhì)過氧化物修復(fù)系統(tǒng)受損時，致死的脂質(zhì)活性氧的積累而發(fā)生[5，12]。氧化應(yīng)激是活性氧生成與抗氧化防御系統(tǒng)失衡的結(jié)果[13]。既往研究發(fā)現(xiàn)氧化應(yīng)激的活性氧主要來源于線粒體電子傳遞鏈的復(fù)合體I和能夠被復(fù)合體I的抑制劑DPI所抑制[14]，同時也發(fā)現(xiàn)經(jīng)抗霉素A處理后能抑制erastin誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡，已知抗霉素A是一種線粒體復(fù)合體III抑制劑[15]。即鐵死亡和氧化應(yīng)激都有著GSH的下降，GSH下降又會導(dǎo)致與其相關(guān)的抗氧化系統(tǒng)受損，最終線粒體來源的活性氧產(chǎn)生大于消除，產(chǎn)生細(xì)胞毒性作用。

1.2鐵鐵作為一種生物必需元素，參與許多過程，包括細(xì)胞增殖、氧氣運(yùn)輸和DNA合成，但過量的鐵會產(chǎn)生毒性[16]。因為鐵容易還原為Fe2+和氧化成Fe3+，故鐵經(jīng)常參與底物之間的電子轉(zhuǎn)移[17]，電子的轉(zhuǎn)移是機(jī)體有氧代謝產(chǎn)生活性氧必不可少的一步，F(xiàn)e2+可以與過氧化氫(H2O2)通過芬頓反應(yīng)生成具有更強(qiáng)氧化能力的羥基(OH-)，使細(xì)胞內(nèi)的活性氧水平增加，即Fe2+是能誘導(dǎo)產(chǎn)生氧化應(yīng)激的[18];Luo等[19]在研究以青蒿素為基礎(chǔ)的智能納米藥物時，發(fā)現(xiàn)添加有轉(zhuǎn)鐵蛋白肽能夠增加細(xì)胞內(nèi)Fe2+的水平，從而導(dǎo)致活性氧的增加和GSH的下降，激活氧化應(yīng)激，殺死癌細(xì)胞; Totsuka等發(fā)現(xiàn)OS可以反饋性影響鐵穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)相關(guān)基因的表達(dá)，對細(xì)胞內(nèi)Fe2+濃度起到調(diào)控作用[20]。細(xì)胞內(nèi)的鐵離子水平已被證明在細(xì)胞鐵死亡期間會明顯增加，鐵負(fù)載是鐵死亡的一個重要標(biāo)志[[21-22]，在鐵螯合劑干預(yù)后，鐵死亡會明顯收到抑制。綜上所述鐵離子無論是在氧化應(yīng)激還是鐵死亡中都一同扮演著重要的角色。

1.3其他調(diào)控物質(zhì)可溶性鳥苷酸環(huán)化酶(soluble guanylate cyclase,sGC)抑制劑LY83583被發(fā)現(xiàn)不僅能抑制谷氨酸誘導(dǎo)的氧化作用，還能抑制erastin和RSL3誘導(dǎo)的鐵死亡[23]。瞬時過表達(dá)Bcl-2可抑制HT22細(xì)胞的氧化，而si-RNA介導(dǎo)的Bcl-2敲除可通過增加活性氧的產(chǎn)生使細(xì)胞更加敏感化[24];同樣的在由星形膠質(zhì)細(xì)胞向神經(jīng)元細(xì)胞再編程的細(xì)胞中導(dǎo)入Bcl-2基因后可對鐵死亡起到抑制作用[25]。p53功能失調(diào)可導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞中systemXc-上調(diào)，從而對氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的鐵死亡產(chǎn)生抵抗作用[26]。有研究表明新型的MEK抑制劑U0126可完全抑制鐵死亡，同時U0126具有抗氧化能力和保護(hù)細(xì)胞免受氧化應(yīng)激損傷的作用[27]。還有發(fā)現(xiàn)溶酶體均可以影響氧化損傷和鐵死亡中活性氧的產(chǎn)生[23]。

既往研究認(rèn)為，高氧化應(yīng)激水平會導(dǎo)致細(xì)胞的壞死，中度的氧化應(yīng)激導(dǎo)致細(xì)胞凋亡，低水平的氧化應(yīng)激引起細(xì)胞增殖[28-29]。即可以認(rèn)為氧化應(yīng)激損傷細(xì)胞及組織器官的方式有很多種，比如上述內(nèi)容提到的細(xì)胞凋亡、壞死、自噬等多種方式，而鐵死亡是最近提出來的主要以鐵依賴性、活性氧堆積為特點(diǎn)新的細(xì)胞死亡方式，綜上所述，可以發(fā)現(xiàn)鐵死亡和氧化應(yīng)激在很多方面是非常相似的，不能單純認(rèn)為鐵死亡是一個獨(dú)立的細(xì)胞死亡途徑，甚至有可能就是氧化應(yīng)激損傷作用方式中一種比較特殊的方式。比如Totsuka等[20]在對老年性黃斑變性發(fā)病機(jī)制的研究中，發(fā)現(xiàn)視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞的氧化應(yīng)激損傷是導(dǎo)致其發(fā)病的重要原因，并且發(fā)現(xiàn)多種細(xì)胞死亡模式均參與到氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞死亡，并以鐵死亡尤為重要，鐵死亡抑制劑可以挽救氧化應(yīng)激引起的視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞死亡。又比如Shimada等[30]發(fā)現(xiàn)與NSC319726結(jié)合的銅也能誘導(dǎo)活性氧的生成，從而產(chǎn)生氧化應(yīng)激。即又發(fā)現(xiàn)繼鐵這一過渡金屬之后又一新的與氧化應(yīng)激損傷相關(guān)的銅離子。

2 鐵死亡在運(yùn)動系統(tǒng)疾病方面的應(yīng)用

2.1 運(yùn)動系統(tǒng)腫瘤骨肉瘤是最常見的惡性骨腫瘤，占原發(fā)性骨腫瘤的60%，骨肉瘤患者中70%為兒童和青少年。骨肉瘤的治療是多模式的，主要包括手術(shù)和全身化療[31]。其中化療在提高骨肉瘤預(yù)后生存率中發(fā)揮著重要的作用，非轉(zhuǎn)移性骨肉瘤患者高劑量聯(lián)合化療后5年生存率由55%提高到70%，而轉(zhuǎn)移性骨肉瘤患者的5年生存率僅為5%～20%[32]。Liu等[33]通過測定MG63和Saos-2骨肉瘤細(xì)胞株和其相應(yīng)的耐順鉑細(xì)胞株-MG63/DDP and Saos-2/DDP中鐵死亡相關(guān)指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)順鉑耐藥骨肉瘤細(xì)胞在暴露于低劑量的順鉑后可抑制鐵死亡，在增加鐵死亡激動劑和STAT3抑制劑后，又重新激活了骨肉瘤細(xì)胞的鐵死亡的作用，從而增加了MG63/DDP and Saos-2/DDP對順鉑的敏感性,為體外降低骨肉瘤對順鉑的耐藥性提供了一種新的方法。Isani等[34]在研究青蒿素對D-17犬骨肉瘤細(xì)胞的細(xì)胞毒性作用時，發(fā)現(xiàn)在純青蒿素和黃花蒿提取物的作用下培養(yǎng)后，D-17細(xì)胞的鐵代謝發(fā)生了變化，即細(xì)胞內(nèi)鐵總量顯著減少，并證實(shí)了青蒿素對D-17細(xì)胞毒性作用中包含著鐵死亡這一新的細(xì)胞死亡形式。并且已有報道，青蒿素可誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡和鐵死亡，通過細(xì)胞周期阻滯減少細(xì)胞增殖，抑制腫瘤的血管生成和組織侵襲以及癌癥轉(zhuǎn)移[35-37]。

橫紋肌肉瘤(rhabdomyosarcoma,RMS)是一種來源橫紋肌的惡性軟組織肉瘤(soft-tissue sarcomas,STS)[38]，也是兒童和青少年最常見的軟組織肉瘤[39-40]。Christina等[41]在研究致癌RAS突變體通過調(diào)控氧化應(yīng)激作用作用于RMS13橫紋肌肉瘤細(xì)胞時，發(fā)現(xiàn)致癌RAS基因不僅能保護(hù)RMS13免受像RSL3、Auranofin促氧化應(yīng)激物的刺激作用，而且還證實(shí)了這種作用主要是通過直接或間接的減少谷胱甘肽(glutathione, GSH)量實(shí)現(xiàn)的，即最終證實(shí)了RMS13橫紋肌肉瘤細(xì)胞中鐵死亡的存在[42]。Fanzani等[43]發(fā)現(xiàn)RMS是一種以氧化應(yīng)激為特征的軟組織肉瘤，證實(shí)具有更高水平RAS/ERK活性RMS細(xì)胞系更傾向于對鐵死亡敏感，證實(shí)了GSH在RMS鐵死亡的重要性，盡管沒有發(fā)現(xiàn)在鐵死亡中發(fā)揮重要作用的鐵代謝和鐵蛋白在RMS中也發(fā)揮著作用，但仍可以為更好的了解RMS機(jī)制及改善治療方案提供參考。

2.2骨髓和脊髓損傷骨髓損傷是傳統(tǒng)癌癥治療中最常見的劑量限制副作用之一[44],它會導(dǎo)致劑量減少和耽誤治療。Song等[45]通過發(fā)現(xiàn)范可尼貧血補(bǔ)體組(fanconi anemia complementation group D2, FANCD2)能抑制erastin誘導(dǎo)的骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的DNA損傷的現(xiàn)象，找到并證實(shí)FANCD2同時還通過減少鐵的積累、脂質(zhì)過氧化作用及調(diào)控鐵死亡相關(guān)基因的表達(dá)等多種方式抑制骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的鐵死亡過程。為保護(hù)骨髓細(xì)胞、減少抗癌治療的副作用提供新的治療策略。

脊髓損傷(Spinal cord injury，SCI)可分為初次損傷和二次損傷[46]，初次損傷可導(dǎo)致細(xì)胞立即死亡，而二次損傷是我們可以通過治療干預(yù)減少的[47-48]。有研究通過觀察到外傷性脊髓損傷會導(dǎo)致出血和活性氧的堆積和損傷部位的出血會導(dǎo)致鐵離子的增加等現(xiàn)象[49-50]，大膽猜測脊髓二次損傷中存在鐵死亡，最終發(fā)現(xiàn)SCI的二次損傷和鐵死亡之間很強(qiáng)的相關(guān)性，并找到一個其中有效的鐵死亡抑制劑SRS-16-86[51]。Yao等[52]通過Allen法建立大鼠T10段脊髓損傷模型，用去鐵胺腹腔注射干預(yù),并檢查相關(guān)鐵死亡指標(biāo)后，發(fā)現(xiàn)去鐵胺處理組較安慰劑組的SCI的情況得到緩解,證實(shí)了去鐵胺對SCI的促修復(fù)作用是通過抑制鐵死亡這一機(jī)制完成的[5，49]。

3 展 望

在本文中我們簡要的論述了鐵死亡和氧化應(yīng)激之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)我們還不能簡單的把鐵死亡當(dāng)成一種全新的獨(dú)立的細(xì)胞死亡形式，盡管在某些情況鐵死亡具有它特有的特性，比如說在某種細(xì)胞中鐵死亡只能被鐵死亡誘導(dǎo)劑或抑制劑作用，并且這些誘導(dǎo)劑或抑制劑對氧化應(yīng)激沒有作用，但考慮到我們采用的方法的差異及那怕是同一情景下細(xì)胞類型也會有特異性和變異的情況，不能完全把兩者獨(dú)立分隔開，而相反鐵死亡和氧化應(yīng)激之間存在著千絲萬縷的關(guān)系，很有可能兩者之間存在著包含的關(guān)系，即氧化應(yīng)激中包含著鐵死亡，鐵死亡是氧化應(yīng)激損傷中一個重要的一環(huán)。在理清這個關(guān)系之后，很重要的帶給我們的啟示就是：在一些氧化應(yīng)激所致的疾病當(dāng)中，我們可以做出一個假設(shè)，假設(shè)這些疾病中也存在著鐵死亡，從鐵死亡這一新的角度去理解這個疾病，從而發(fā)掘出新的東西，比如說疾病的發(fā)病機(jī)制；如果這些氧化應(yīng)激疾病中存在著鐵死亡，那么我們還可以通過調(diào)控鐵死亡這一途徑來減輕和治療氧化應(yīng)激帶來的損傷，為治療疾病提供新的靶點(diǎn)；在生命體中發(fā)揮重要作用的過渡金屬元素和非金屬元素有很多，比如鐵、銅、鈣、鎂、鋅等，除了本文提到的鐵、銅、鈣對細(xì)胞活性的影響，是否還存在著其他元素對細(xì)胞的增殖和生長發(fā)揮著重要的作用，這值得我們思考。

氧化應(yīng)激存在于很多種疾病當(dāng)中，在運(yùn)動系統(tǒng)相關(guān)疾病方面，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)很多疾病與氧化應(yīng)激有著密不可分的關(guān)系，比如類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、骨關(guān)節(jié)炎、肩袖損傷和肌腱病等骨骼肌損傷疾病等。關(guān)節(jié)炎的發(fā)病率在運(yùn)動系統(tǒng)疾病占有很大的比重，每年的發(fā)病率也逐年上升，給個人乃至整個社會帶來很大經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，盡管關(guān)節(jié)炎的種類有很多，但總的來說關(guān)節(jié)軟骨的損傷是所有關(guān)節(jié)炎的發(fā)病基礎(chǔ)，已有研究發(fā)現(xiàn)氧化應(yīng)激參與關(guān)節(jié)軟骨的損傷和修復(fù)過程中，那么著其中是否也有鐵死亡的呢？這值得我們?nèi)ド罹?。還有肌腱病，肌腱病的發(fā)病機(jī)制目前也尚不清楚，只發(fā)現(xiàn)與氧化應(yīng)激有關(guān)，那么我們是不是也可以通過鐵死亡這一新途徑去解釋?？傊F死亡因為其自身獨(dú)特性和與氧化應(yīng)激的相似性可以在很多領(lǐng)域得到應(yīng)用，可以解釋一些我們未曾觸及的現(xiàn)象和問題，當(dāng)然鐵死亡也存在著很多不夠完善和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)牡胤剑热缫矔艿揭恍┢渌窍嚓P(guān)因素的影響，所以也需要我們不斷去完善和發(fā)掘。