铁死亡与心血管疾病关系研究进展

刘畅，李晓梅

【摘要】　铁死亡属于新的程序性细胞死亡方式，其病理特征是脂质过氧化和铁过载，涉及一系列复杂的调控机制，包括铁代谢、脂质代谢和氨基酸代谢。近年来铁死亡与癌症和神经退行性疾病的关系已成为研究重点。本文通过综述铁死亡与心血管疾病的关系发现，铁死亡可参与心肌病、动脉粥样硬化、急性心肌梗死、心肌缺血/再灌注损伤、心力衰竭、高血压、心律失常和主动脉夹层等心血管疾病的发生发展，提示靶向铁死亡可能是防治心血管疾病的有效方法。
【关键词】　心血管疾病；铁死亡；综述

  心血管疾病包括高血压、动脉粥样硬化、急性心肌梗死（acute myocardial infarction，AMI）、心律失常、心肌病、瓣膜性心脏病、先天性心血管病和心力衰竭［1］，其是导致全球范围内居民残疾和死亡的主要原因之一［2］。众所周知，心肌细胞死亡是心血管疾病发生发展的基本病理特征。DIXON等［3］提出铁死亡是一种非凋亡形式的细胞死亡，属于新的程序性细胞死亡方式，其病理特征是脂质过氧化和铁过载，形态特征主要涉及线粒体变化，包括线粒体收缩、线粒体膜密度增加、嵴破坏和外膜破裂。近年来铁死亡与癌症和神经退行性疾病的关系已成为研究重点。本研究旨在综述铁死亡与心肌病、动脉粥样硬化、AMI、心肌缺血/再灌注损伤（myocardial ischemia/reperfusion injury，MIRI）、心力衰竭等心血管疾病的关系，以期为心血管疾病的治疗提供新思路。

  1　铁死亡的发生机制
  铁死亡涉及一系列复杂的调控机制，包括铁代谢、脂质代谢和氨基酸代谢。研究表明，转铁蛋白受体1（transferrin receptor 1，TFR1）可将细胞外的Fe3+转运至细胞核并转化为Fe2+，Fe2+与二价金属离子转运蛋白1（divalent metal transporter 1，DMT1）结合后从细胞核中释放出来，引发芬顿反应，激活脂氧合酶，促进脂质过氧化物生成，导致铁死亡［4］。氨基酸代谢涉及胱氨酸/谷氨酸逆向转运系统XC-（由两个亚基SLC3A2和SLC7A11组成）［5-6］和谷胱甘肽过氧化物酶4（glutathione peroxidase 4，GPX4），其中逆向转运系统XC-
抑制剂可减少胱氨酸摄取，进而降低半胱氨酸水平。研究表明，铁死亡和心血管疾病均可抑制谷胱甘肽（glutathione，GSH）产生，进而使GPX4失活［7］及GSH向谷胱甘肽二硫化物转化减少［8］，从而导致氨基酸代谢过程中发生脂质过氧化和铁死亡；此外，多不饱和脂肪酸还可通过激活酰基辅酶A合成酶长链家族成员4和溶血卵磷脂酰基转移酶3而诱导脂质过氧化，进而促进铁死亡［9］。
  2　铁死亡与心血管疾病的关系
  2.1　铁死亡与心肌病的关系
  2.1.1　阿霉素心肌病
  心肌病是一组由异质性因素引起的心肌和/或心电功能障碍，其死亡率较高［10］。阿霉素是第二代蒽环类化疗药物，是一种常用的抗肿瘤药物，具有致命的心脏毒性，其最严重的不良反应是心肌病，称为阿霉素心肌病［11］。TADOKORO等［12］研究发现，线粒体依赖性铁死亡在阿霉素心肌病中具有重要作用，分析其机制如下：阿霉素可下调GPX4并通过阿霉素-Fe2+复合物导致线粒体中脂质过氧化物增多，导致线粒体依赖性铁死亡；此外，细胞凋亡也是多柔比星诱导心肌细胞死亡的主要形式，且铁死亡和细胞凋亡相互独立。研究表明，铁死亡抑制剂Ferrostatin-1联合泛Caspase抑制剂Z-VAD FMK可以抑制铁死亡和细胞凋亡，进而抑制阿霉素诱导的大鼠心肌细胞死亡［13］。此外，FANG等［14］研究表明，阿霉素通过核因子E2相关因子2（nuclear factor E2-related factor 2，NRF2）促进血红素加氧酶1（heme oxygenase 1，HMOX1）表达，诱导局部血红素降解，导致游离铁释放，进一步诱导小鼠心肌组织铁死亡，而锌原卟啉Ⅳ是HMOX1的竞争性抑制剂，可减少阿霉素诱导的铁死亡；此外，该研究还发现，铁死亡抑制剂Ferrostatin-1或铁螯合物右雷佐生可通过维持线粒体功能而预防脂质过氧化和阿霉素心肌病，靶向线粒体抗氧化剂MitoTEMPO可通过特异性清除线粒体中脂质过氧化物而减轻阿霉素心肌病。上述研究表明，HMOX1在阿霉素诱导的铁死亡和阿霉素心肌病中起重要作用，且阿霉素心肌病与线粒体铁超载和铁死亡有关。2021年，HE等［15］体外实验和在体试验证实，铁死亡、自噬和细胞凋亡与阿霉素心脏毒性有关。表没食子儿茶素没食子酸酯（epigallocatechin-3-gallate，EGCG）是绿茶中的多酚类化合物，也是一种天然抗氧化剂，其可上调AMP活化蛋白激酶α2，激活适应性自噬，减少铁沉积，抑制活性氧过量产生并纠正异常脂质代谢，从而逆转阿霉素心肌病发病过程中的铁死亡。同样，SUN等［16］研究证实，抗氧化剂褪黑激素可有效抑制线粒体脂质过氧化并减少多柔比星诱导的心肌细胞铁死亡。
  综上，阿霉素心肌病发病过程涉及多种形式的细胞死亡，其中铁死亡是一个关键的死亡形式。因此，靶向铁死亡可能是防治阿霉素心肌病的有效方法。
  2.1.2　糖尿病心肌病（diabetic cardiomyopathy，DCM）
  DCM被定义为糖尿病患者在无冠状动脉疾病、高血压、瓣膜性心脏病和其他常见心血管疾病危险因素的情况下出现心脏结构和功能紊乱［17］，其发生发展的重要机制之一为活性氧过量产生［18］，而活性氧的积累又可以诱导铁死亡［19］。因此，铁死亡可能参与DCM的发生发展。研究表明，铁死亡抑制剂辅酶Q10和维生素E可能通过抑制氧化应激来保护糖尿病动物模型的心肌［20-21］。GPX4是铁死亡的关键调节因子之一，其缺乏会导致脂质过氧化，引起高脂肪、高蔗糖饮食小鼠心肌代谢紊乱［22］。相反，GPX4过表达可以减轻线粒体功能障碍并保护心脏免受糖尿病损伤［23］。近年研究表明，NRF2激动剂萝卜硫素通过腺苷酸活化蛋白激酶（adenosine activated protein kinase，AMPK）/NRF2信号通路抑制脂质过氧化，从而抑制铁死亡并预防DCM［24］。
  2.1.3　脓毒症心肌病
  脓毒症心肌病是由脓毒症引起的严重危及患者生命安全的并发症［25］。LI等［26］研究发现，在脓毒症心肌病模型中，铁死亡抑制剂Ferrostatin-1或铁螯合物右雷佐生可以减少脂多糖诱导的铁死亡，而铁死亡诱导剂索拉非尼和Erastin可加剧脂多糖诱导的心肌损伤，提示铁死亡可能参与脓毒症心肌病
的发生发展。
  综上，铁死亡在心肌病发病机制中起着至关重要的作用，其抑制剂有望成为治疗心肌病的一种新策略。
  2.2　铁死亡与动脉粥样硬化的关系
  动脉粥样硬化是一种主要累及主动脉和中动脉的慢性炎症性疾病［27］。MARTINET等［28］认为，斑块内出血、铁沉积和脂质过氧化是人类动脉粥样硬化斑块的常见病理特征。GUO等［29］研究发现，GPX4过表达可抑制脂质过氧化，进而延缓ApoE-/-小鼠动脉粥样硬化病理进程，而脂质过氧化积累是铁死亡的病理特征之一，推测铁死亡在动脉粥样硬化发生发展过程中起着至关重要的作用。CD98重链又称为溶质载体家族3成员2，其是逆向转运系统XC-的组成部分。研究表明，逆向转运系统XC-抑制剂可触发内质网应激并导致铁死亡，而血管平滑肌细胞中CD98重链增多有助于动脉粥样硬化斑块形成［30］。BAI等［31］研究表明，铁死亡抑制Ferrostatin-1可以通过减轻小鼠主动脉内皮细胞功能障碍、脂质过氧化及降低铁含量而延缓动脉粥样硬化进展。众所周知，糖尿病可能并发血管疾病，包括动脉粥样硬化。MENG等［32］研究表明，铁死亡可参与糖尿病性动脉粥样硬化的发生发展。在高糖和高脂处理的细胞模型中，HMOX1缺乏可减少细胞中的铁过载、活性氧的产生及减轻脂质过氧化，从而抑制内皮细胞铁死亡［33］，提示HMOX1可能是糖尿病性动脉粥样硬化的治疗靶点，靶向铁死亡可能成为动脉粥样硬化新的治疗方法。

  2.3　铁死亡与AMI的关系
  PARK等［34］研究发现，AMI发病期间GPX4表达下调可诱导铁死亡，导致心肌细胞死亡和心肌损伤。BABA等［35］研究表明，雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）可通过减少活性氧的产生而抑制细胞死亡、铁死亡及减轻左心室重塑。miRNA-23a-3p富集在源自间充质干细胞的外泌体中［36］，其靶基因是DMT1。研究表明，源自人脐带血间充质干细胞的外泌体通过miRNA-23a-3p/DMT1轴抑制铁死亡并介导AMI小鼠的心肌修复［37］。上述研究表明，铁死亡与AMI的发生发展有关，故抑制铁死亡可能是心肌梗死精准治疗的新策略。HUANG等［38］通过机器学习算法筛选AMI患者外周血中特异性表达的铁死亡相关基因，并基于丝裂原活化蛋白激酶3（mitogen-activated protein kinase 3，MAPK3）、WD重复结构域磷酸肌醇相互作用蛋白2（WD repeat domain，phosphoinositide interacting 2，WIPI2）和电压依赖性阴离子通道3（voltage dependent anion channel 3，VDAC3）构建了AMI诊断模型，这为AMI的诊断提供了新方法。
  研究表明，糖尿病可抑制缺血心肌侧支循环的建立，加重心肌损伤，故该病患者AMI发生率和死亡率均较高［39］。糖尿病会提高梗死心肌中活性氧水平［40］，而活性氧被认为是铁死亡的重要信号［41］。上述研究表明，铁死亡可能参与糖尿病合并AMI的病理过程，但尚缺乏证据支持，仍有待进一步研究证实。
  2.4　铁死亡与MIRI的关系
  MIRI指冠状动脉部分或完全闭塞后再灌注引起的心肌损伤加重的病理过程。TANG等［42］研究表明，泛素特异性肽酶7表达上调可激活p53肿瘤蛋白/转铁蛋白受体1信号通路，从而促进MIRI模型大鼠发生铁死亡。研究表明，氧化磷脂酰胆碱可导致线粒体功能障碍和钙瞬变中断，并在MIRI期间通过铁死亡导致心肌细胞死亡，而干预氧化磷脂酰胆碱可预防MIRI患者发生铁死亡［43］。FENG等［44］研究表明，铁死亡抑制剂Ferrostatin-1、右雷佐生或Liproxstatin-1预处理可以减轻MIRI模型小鼠的心肌损伤，其中Liproxstatin-1的主要作用是减少线粒体活性氧的产生、提高GPX4水平及降低电压依赖性阴离子通道1（voltage dependent anion channel 1，VDAC1）水
平。花青素存在于大多数植物中，其主要成分花青素-3-葡萄糖苷（cyanidin 3-glucoside，C3G）具有很强的抗氧化活性，能有效清除自由基，保护心脏［45］。研究表明，铁死亡诱导剂RSL3能有效提高活性氧水平，而C3G可有效降低活性氧水平，减轻氧化应激，降低Fe2+含量，下调TFR1表达并上调铁蛋白重链1表达，抑制铁死亡并减轻MIRI模型的心肌损伤［46］。同样地，从蛇麻草中分离出的黄腐酚也被证实可以降低铁死亡标志物Ptgs2、Acsl4 mRNA相对表达量，其对MIRI诱导的铁死亡损伤具有潜在治疗作用［47］。此外，源自骨间充质
干细胞的lncRNA miR9-3宿主基因miR9-3hg通过调节pumilio RNA结合家族成员2/过氧化物酶6轴而减少MIRI模型小鼠的铁死亡，并在体外实验和在体试验中均显示出了心脏保护作用［48］。

  糖尿病MIRI的病理过程与铁死亡有关。WANG等［49］研究发现，糖尿病通过降低AMPK、诱导与NADPH氧化酶2（NADPH oxidase 2，NOX2）相关的氧化应激和程序性细胞死亡而加剧MIRI。同时，LI等［50］研究发现，抑制铁死亡可以减轻内质网应激和氧化应激损伤，延缓糖尿病MIRI进展，但具体机制仍有待进一步阐明。此外，铁死亡还参与心脏移植相关MIRI，铁死亡主要通过将中性粒细胞募集到移植心脏而参与MIRI，且移植前抑制铁死亡可减轻MIRI及左心室重构，进而改善心脏移植患者预后［51］。
  2.5　铁死亡与心力衰竭的关系
  心力衰竭是一组临床综合征，主要由心脏结构和功能异常导致心排血量不足所致［52］，其中心肌细胞丢失在心力衰竭发展过程中起着至关重要的作用。程序性细胞死亡如自噬和铁死亡发生在心力衰竭阶段，研究表明，敲除Toll样受体4（Toll like receptor 4，TLR4）或NADPH氧化酶4（NADPH oxidase 4，NOX4）基因可抑制铁死亡和自噬，从而减轻心肌细胞损伤并延缓心力衰竭进展；此外，在压力超负荷导致的心力衰竭中也观察到铁死亡［53］。LIU等［54］研究表明，葛根素通过促进GPX4和铁载蛋白1表达而抑制NOX4表达，进而抑制铁死亡，提高大鼠细胞活力，减少经erastin或异丙肾上腺素（isoproterenol，ISO）处理的H9C2心肌细胞死亡并延缓心
力衰竭进展。NITENBERG等［55］研究表明，铁螯合剂去铁胺可通过抑制氧自由基生成而改善2型糖尿病患者冠状动脉微循环，这可能是逆转糖尿病心力衰竭患者心功能恶化的新靶点，但去铁胺存在毒性作用且其t 1/2较短，故铁死亡在心力衰竭中的作用仍有待进一步研究。
  2.6　铁死亡与其他类型心血管疾病的关系
  高血压是一种常见的心血管疾病。目前，关于高血压与铁死亡之间关系的研究报道较少。YANG等［56］研究表明，高血压大鼠大脑中GPX4和GSH减少可导致脂质过氧化和铁过载，从而诱发高血压脑损伤。Elabela是Apelin受体的内源性配体，主要在心脏微血管内皮细胞（cerebral microvascular endothelial cells，CMVEC）中表达。ZHANG等［57］通过探讨Elabela对高血压的影响发现，在血管紧张素Ⅱ处理的CMVEC和高血压模型小鼠中，Elabela可抑制心脏氧化应激、炎症反应、纤维化和铁死亡，从而抑制高血压模型小鼠发生心室重塑。故推测铁死亡可能与高血压有关，其可导致高血压靶器官损伤。主动脉夹层（aortic dissection，AD）是一类死亡率很高的心血管疾病［58］。ZOU等［59］研究表明，铁死亡是Stanford A型AD的重要病理机制。众所周知，平滑肌细胞（smooth muscle cells，SMC）丢失是AD的重要发病机制，而铁死亡参与了SMC丢失和AD进展过程，研究表明，新型铁死亡抑制剂BRD4770可抑制炎症反应，减轻脂质过氧化，抑制AD模型小鼠SMC铁死亡，从而防止AD形成［60］。
  近年研究表明，铁死亡与心律失常可能相关［61-62］。铁过载通过促进线粒体中活性氧生成和膜电位去极化而导致心律失常，而线粒体功能障碍是铁死亡的主要特征之一［61］。频繁饮酒会通过促进铁过载而导致铁死亡，进而增加心房颤动发生风险［62］。而铁死亡抑制剂Ferrostatin-1可降低小鼠因频繁饮酒引起的心房颤动易感性［63］。因此，铁死亡可能是未来治疗心律失常的潜在靶标。

  3　小结与展望
  综上所述，铁死亡是一种调节细胞死亡的方式，可与其他类型程序性细胞死亡方式共同参与心血管疾病的发生发展，包括心肌病、动脉粥样硬化、AMI、MIRI、心力衰竭、高血压、心律失常和AD等。但铁死亡与其他类型心血管疾病（包括瓣膜性心脏病）的关系研究鲜有报道。此外，除了FDA批准的铁螯合剂DXZ和去铁酮（deferiprone，DFP）可用于治疗弥散性血管内凝血和AMI外［64-65］，大多数关于铁死亡与心血管疾病关系的研究仅在细胞实验和动物模型中得到证实，临床证据有限。再者，由于铁死亡抑制剂具有毒性、不稳定性和t 1/2短等特点，其在人体中的应用受到很大限制。LIN等［66］研究发现，自组装吲哚菁绿卵磷脂可用于增强磁共
振/光声成像及降低铁毒性，为铁过载患者个体化诊疗提供借鉴。未来仍需要开发适用于铁死亡诊断的检测方法及寻找铁死亡特征性生物标志物。