鐵死亡在肝纖維化治療中(zhōng)的作用機制-武汉义森科技有限责任公司

技術專欄

鐵死亡在肝纖維化治療中(zhōng)的作用機制

供稿：市場部

發布時間：2023-07-20

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2012年，哥倫比亞大(dà)學Brent R. Stockwell團隊首次提出了一(yī)種名爲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(xiǎo)編将帶領大(dà)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(yī)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(wù)酶4(GPX4)活性的降低。當谷胱甘肽過氧化物(wù)無法被GPX4催化還原，脂質過氧化物(wù)将無法代謝，從而破壞細胞膜的完整性，導緻細胞死亡。鐵死亡在形态學、生(shēng)物(wù)化學和遺傳學上有其獨特的表征。

● 形态特征

表現爲線粒體(tǐ)體(tǐ)積縮小(xiǎo)、雙層膜密度增加，線粒體(tǐ)嵴減少或消失，線粒體(tǐ)外(wài)膜破裂；核大(dà)小(xiǎo)正常，無染色質聚集。

● 生(shēng)化特征

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

●免疫特征

釋放(fàng)損傷相關的分(fēn)子模式(DAMPs)，促進炎症反應。

鐵代謝與鐵死亡

鐵是人體(tǐ)中(zhōng)不可或缺的微量元素，對正常的生(shēng)理功能起着重要作用。鐵在細胞内參與多種生(shēng)理過程，如氧的轉運、線粒體(tǐ)呼吸、DNA複制和細胞信号傳導。但鐵的生(shēng)物(wù)利用度有限，因爲它主要以Fe³⁺離(lí)子的形式存在，不溶于水溶液。過量的遊離(lí)Fe²⁺離(lí)子可能引發氧化應激和脂質過氧化。細胞内外(wài)的鐵含量由調節系統控制，通過轉鐵蛋白(bái)導入和鐵轉運蛋白(bái)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，發現鐵死亡可能是肝纖維化等肝髒疾病中(zhōng)診斷、預防和治療的潛在靶标。

鐵死亡與肝纖維化

纖維化疾病由細胞經曆持續慢(màn)性損傷的複雜(zá)病理過程發展而來，鐵死亡相關機制在纖維化疾病進展中(zhōng)發揮重要的調控作用。肝纖維化的主要病理特征是肝髒内HSC的活化與ECM過度沉積，彙管區大(dà)量纖維結締組織異常增生(shēng)，進而破壞肝髒正常結構以及生(shēng)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(zhōng)儲存有大(dà)量的鐵離(lí)子，鐵死亡可以通過調控HSC内鐵離(lí)子含量以及脂質過氧化程度等影響肝纖維化的發展進程，因此靶向HSC鐵死亡可能成爲治療肝纖維化的新策略^[1](圖1)。

圖1：鐵死亡在肝纖維化中(zhōng)的相關調控途徑

01 RNA結合蛋白(bái)ZFP36/TTP和ELAVL1/HuR調控鐵死亡

Sui等^[2]研究發現在大(dà)鼠肝纖維化模型中(zhōng)，異甘草酸鎂可誘導 HO-1上調，促進鐵和脂質過氧化物(wù)的積累，從而促進HSC鐵死亡的發生(shēng)；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(bái)36(ZFP36 ring finger protein 36，ZFP36/TTP)和胚胎緻死性異常視覺樣蛋白(bái)1(ELAV like RNA binding protein 1，ELAVL1/HuR) 在調控HSC鐵死亡中(zhōng)發揮重要作用，下(xià)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(xiǎo)鼠肝纖維化，進一(yī)步機制研究發現ZFP36/ELAVL1可能與下(xià)遊靶基因結合，影響其mRNA穩定性，從而調控HSC中(zhōng)儲鐵蛋白(bái)自噬，釋放(fàng)出鐵離(lí)子，繼而通過芬頓反應産生(shēng)大(dà)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]研究發現采用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(yī)步研究發現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(tǐ)轉位，從而與下(xià)遊SLC25A28相互作用形成複合物(wù)來介導鐵死亡的發生(shēng)。研究者發現小(xiǎo)鼠肝細胞特異性敲除Trf表現爲肝髒非轉鐵蛋白(bái)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(xiǎo)鼠肝細胞Trf和溶質載體(tǐ)家族39成員(yuán)14(solute carrier family 39 member 14，SLC39A14) 可顯著減少肝髒鐵的積聚，改善了高鐵膳食或四氯化碳注射介導的肝纖維化，這些數據表明肝髒轉鐵蛋白(bái)在維持肝功能方面發揮保護作用，爲預防鐵過載誘導的肝纖維化提供了一(yī)個潛在治療靶點^[6]。

03 P62-Keap1-Nrf2信号通路調控鐵死亡

目前研究認爲，鐵死亡的最終執行機制是由于過量的脂質過氧化物(wù)累積引起質膜損傷，造成細胞鐵死亡的發生(shēng)。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(wài)，在HCC細胞移植瘤小(xiǎo)鼠模型以及細胞實驗中(zhōng)發現，核因子E2-相關因子2(nuclear factor erythroid 2-related factor 2，Nrf2) 敲低也表現出增強erastin/sorafenib抗HCC的作用。這些結果表明，P62-Kelch樣ECH關聯蛋白(bái)1(Kelch-like ECH-associating protein 1，Keap1)-Nrf2信号通路可能在鐵死亡中(zhōng)發揮重要作用。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

目前研發發現鐵死亡誘導劑主要是通過靶向system Xc－、GSH、GPX4 以及鐵離(lí)子和ROS實現誘導鐵死亡，其中(zhōng)erastin是最早确定的一(yī)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，促進多種細胞發生(shēng)鐵死亡^[8]。

02 靶向鐵離(lí)子和 ROS誘導鐵死亡

研究顯示，青蒿素和青蒿荜茇酰胺等多種中(zhōng)藥可以通過提高ROS含量，從而影響鐵代謝來誘導鐵死亡，發揮抗肝癌的作用且毒性較低，是非常有前景的藥物(wù)^[9]。FINO2 是一(yī)類具有1,2-二氧戊烷結構的plakinic酸D衍生(shēng)物(wù)，可通過發生(shēng)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(zhōng)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生(shēng)鐵死亡。順鉑可與GSH直接結合形成Pt(鉑)-GSH複合物(wù)，導緻GSH和GXP4失活，從而促進鐵死亡。研究者進一(yī)步使用順鉑與erastin聯合作用于人肺癌細胞和人結腸癌細胞後發現，聯合用藥呈現出顯著的協同抗腫瘤效應^[11]。

04 靶向脂質過氧化抑制鐵死亡

糙米提取物(wù)可以通過抑制鐵死亡來改善GPX4失活導緻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，減少遊離(lí)鐵蓄積而抑制鐵死亡，且其抑制作用明顯優于一(yī)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(wù)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(zhōng)，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(wù)中(zhōng)抑制鐵死亡作用最強的^[14]。一(yī)些研究者還将納米技術與鐵死亡研究相結合，利用納米材料抑制或誘發鐵死亡。因此，探索鐵死亡誘導劑和抑制劑的作用機制及開(kāi)發新的靶向鐵死亡藥物(wù)對于治療肝纖維化具有重要意義。

作爲生(shēng)命科學及醫學領域的蛋白(bái)抗體(tǐ)供應商(shāng)，ELK biotechnology可爲鐵死亡相關研究提供高品質的試劑，這裏将鐵死亡部分(fēn)産品列出來以便大(dà)家參考，詳情見下(xià)表：

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