技術專欄

鐵死亡在肝纖維化治療中的作用機制

供稿：市場部

發(fā)布時間：2023-07-20

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2012年，哥倫比亞大學Brent R. Stockwell團隊首次提出了一種名為鐵死亡的新型細胞程序性死亡方式。從此，鐵死亡相關研究熱潮逐年攀升。這期小編將帶領大家探究鐵死亡調控與肝纖維化的作用機制。

與細胞凋亡和細胞自噬不同，鐵死亡是一種依賴鐵的過程。鐵死亡的本質是谷胱甘肽(GSH)的耗竭和谷胱甘肽過氧化物酶4(GPX4)活性的降低。當谷胱甘肽過氧化物無法被GPX4催化還原，脂質過氧化物將無法代謝，從而破壞細胞膜的完整性，導致細胞死亡。鐵死亡在形態(tài)學、生物化學和遺傳學上有其獨特的表征。

● 形態(tài)特征

表現(xiàn)為線粒體體積縮小、雙層膜密度增加，線粒體嵴減少或消失，線粒體外膜破裂；核大小正常，無染色質聚集。

● 生化特征

鐵聚積，脂質過氧化，絲裂原活化蛋白酶(MAPKs)系統(tǒng)激活，胱氨酸-谷氨酸反向轉運體(System Xc-，由SLC7A11的SLC3A2組成的異二聚體)抑制胱氨酸攝取降低，谷胱甘肽(GSH)耗竭，NAPDH氧化增加，釋放花生四烯酸介質(如11-HETE和15-HETE)等。

●免疫特征

釋放損傷相關的分子模式(DAMPs)，促進炎癥反應。

鐵代謝與鐵死亡

鐵是人體中不可或缺的微量元素，對正常的生理功能起著重要作用。鐵在細胞內參與多種生理過程，如氧的轉運、線粒體呼吸、DNA復制和細胞信號傳導。但鐵的生物利用度有限，因為它主要以Fe³⁺離子的形式存在，不溶于水溶液。過量的游離Fe²⁺離子可能引發(fā)氧化應激和脂質過氧化。細胞內外的鐵含量由調節(jié)系統(tǒng)控制，通過轉鐵蛋白導入和鐵轉運蛋白輸出。增加可變鐵池的鐵含量會增加氧化損傷和鐵死亡的敏感性。通過對鐵死亡的抑制或誘導調控，發(fā)現(xiàn)鐵死亡可能是肝纖維化等肝臟疾病中診斷、預防和治療的潛在靶標。

鐵死亡與肝纖維化

纖維化疾病由細胞經(jīng)歷持續(xù)慢性損傷的復雜病理過程發(fā)展而來，鐵死亡相關機制在纖維化疾病進展中發(fā)揮重要的調控作用。肝纖維化的主要病理特征是肝臟內HSC的活化與ECM過度沉積，匯管區(qū)大量纖維結締組織異常增生，進而破壞肝臟正常結構以及生理功能。因此，抑制HSC的活化及增殖，誘導HSC死亡是治療肝纖維化的有效方法。研究表明，HSC中儲存有大量的鐵離子，鐵死亡可以通過調控HSC內鐵離子含量以及脂質過氧化程度等影響肝纖維化的發(fā)展進程，因此靶向HSC鐵死亡可能成為治療肝纖維化的新策略^[1](圖1)。

圖1：鐵死亡在肝纖維化中的相關調控途徑

01 RNA結合蛋白ZFP36/TTP和ELAVL1/HuR調控鐵死亡

Sui等^[2]研究發(fā)現(xiàn)在大鼠肝纖維化模型中，異甘草酸鎂可誘導 HO-1上調，促進鐵和脂質過氧化物的積累，從而促進HSC鐵死亡的發(fā)生；而通過鐵死亡抑制劑ferrostatin-1或沉默HO-1則消除了異甘草酸鎂的抗纖維化作用。鋅指蛋白36(ZFP36 ring finger protein 36，ZFP36/TTP)和胚胎致死性異常視覺樣蛋白1(ELAV like RNA binding protein 1，ELAVL1/HuR) 在調控HSC鐵死亡中發(fā)揮重要作用，下調 ZFP36和上調ELAVL1可以促進索拉非尼(sorafenib)/erastin介導的HSC鐵死亡，減輕小鼠肝纖維化，進一步機制研究發(fā)現(xiàn)ZFP36/ELAVL1可能與下游靶基因結合，影響其mRNA穩(wěn)定性，從而調控HSC中儲鐵蛋白自噬，釋放出鐵離子，繼而通過芬頓反應產(chǎn)生大量ROS，促進HSC鐵死亡^[3,4] 。

02 BRD7-P53-SLC25A28軸和Trf調控鐵死亡

Zhang等^[5]研究發(fā)現(xiàn)采用CRISPR/cas9介導的BRD7敲除可減少HSC鐵死亡，而特異性BRD7質粒介導的BRD7過表達可促進HSC鐵死亡，進一步研究發(fā)現(xiàn)BRD7表達升高可通過直接與P53 N-末端轉激活域結合促進P53線粒體轉位，從而與下游SLC25A28相互作用形成復合物來介導鐵死亡的發(fā)生。研究者發(fā)現(xiàn)小鼠肝細胞特異性敲除Trf表現(xiàn)為肝臟非轉鐵蛋白結合鐵蓄積，加重高鐵飲食介導的肝纖維化，而同時特異性敲除小鼠肝細胞Trf和溶質載體家族39成員14(solute carrier family 39 member 14，SLC39A14) 可顯著減少肝臟鐵的積聚，改善了高鐵膳食或四氯化碳注射介導的肝纖維化，這些數(shù)據(jù)表明肝臟轉鐵蛋白在維持肝功能方面發(fā)揮保護作用，為預防鐵過載誘導的肝纖維化提供了一個潛在治療靶點^[6]。

03 P62-Keap1-Nrf2信號通路調控鐵死亡

目前研究認為，鐵死亡的最終執(zhí)行機制是由于過量的脂質過氧化物累積引起質膜損傷，造成細胞鐵死亡的發(fā)生。Sun等^[7]研究報道，沉默P62表達會增加erastin/sorafenib誘導的肝細胞癌(hepatocellular carcinoma，HCC) 細胞鐵死亡。此外，在HCC細胞移植瘤小鼠模型以及細胞實驗中發(fā)現(xiàn)，核因子E2-相關因子2(nuclear factor erythroid 2-related factor 2，Nrf2) 敲低也表現(xiàn)出增強erastin/sorafenib抗HCC的作用。這些結果表明，P62-Kelch樣ECH關聯(lián)蛋白1(Kelch-like ECH-associating protein 1，Keap1)-Nrf2信號通路可能在鐵死亡中發(fā)揮重要作用。因此，Nrf2可能是參與鐵死亡及未來治療多種肝病的重要靶點。

01 靶向system Xc－誘導鐵死亡

目前研發(fā)發(fā)現(xiàn)鐵死亡誘導劑主要是通過靶向system Xc－、GSH、GPX4 以及鐵離子和ROS實現(xiàn)誘導鐵死亡，其中erastin是最早確定的一種特異性鐵死亡誘導劑，可靶向抑制system Xc－的活性，影響GSH的合成，促進多種細胞發(fā)生鐵死亡^[8]。

02 靶向鐵離子和 ROS誘導鐵死亡

研究顯示，青蒿素和青蒿蓽茇酰胺等多種中藥可以通過提高ROS含量，從而影響鐵代謝來誘導鐵死亡，發(fā)揮抗肝癌的作用且毒性較低，是非常有前景的藥物^[9]。FINO2 是一類具有1,2-二氧戊烷結構的plakinic酸D衍生物，可通過發(fā)生類芬頓反應，間接失活GPX4以及直接氧化PUFA的作用誘導細胞鐵死亡，且其在鐵水平高的腫瘤細胞中作用更強^[10]。

03 靶向GSH誘導鐵死亡

丁胱亞磺酰亞胺通過抑制GSH合成限速酶-谷氨酰半胱氨酸連接酶(gluta‐mate-cysteine ligase, GCL)，降低GSH水平和GPX4活性來促進脂質過氧化，進而誘導多種癌細胞發(fā)生鐵死亡。順鉑可與GSH直接結合形成Pt(鉑)-GSH復合物，導致GSH和GXP4失活，從而促進鐵死亡。研究者進一步使用順鉑與erastin聯(lián)合作用于人肺癌細胞和人結腸癌細胞后發(fā)現(xiàn)，聯(lián)合用藥呈現(xiàn)出顯著的協(xié)同抗腫瘤效應^[11]。

04 靶向脂質過氧化抑制鐵死亡

糙米提取物可以通過抑制鐵死亡來改善GPX4失活導致的脂質過氧化和細胞毒性^[12]；黃芩苷也可以通過抑制脂質過氧化，減少游離鐵蓄積而抑制鐵死亡，且其抑制作用明顯優(yōu)于一些典型的鐵死亡抑制劑^[13]。

05 靶向 ACSL4抑制鐵死亡

噻唑烷二酮類藥物羅格列酮、吡格列酮和曲格列酮等可特異性抑制ACSL4表達，從而保護細胞免受 RSL3誘導的鐵死亡和脂質過氧化。其中，曲格列酮雖抑制ACSL4的效應較低，但可能由于其6-色原烷醇結構而具有固有的抗氧化活性，是噻唑烷二酮類藥物中抑制鐵死亡作用最強的^[14]。一些研究者還將納米技術與鐵死亡研究相結合，利用納米材料抑制或誘發(fā)鐵死亡。因此，探索鐵死亡誘導劑和抑制劑的作用機制及開發(fā)新的靶向鐵死亡藥物對于治療肝纖維化具有重要意義。

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