肝臟疾病是世界范圍內導致人類死亡的主要原因之一，并且呈逐年上升趨勢。幾種形式的程序性細胞死亡，包括凋亡，壞死和鐵死亡，都與各種肝病的發(fā)病機制有關，因此，阻斷肝細胞死亡可以為保護肝臟免受損傷和相關疾病提供一種有效的策略。
 

鐵死亡是一種鐵依賴性的細胞死亡形式，小優(yōu)之前也整理過幾篇鐵死亡相關文章，從研究歷程到正式命名，再到通路研究，不清楚的同學可以戳鏈接再了解。越來越多的研究表明，鐵死亡在血色素沉著病、酒精相關性肝病(ALD)、丙型肝炎病毒(HCV)感染、非酒精性脂肪性肝炎(NASH)和肝細胞癌(HCC)等多種肝病的發(fā)病機制中起著重要作用。因此，靶向鐵死亡可能為治療肝病患者提供一種有前途的新治療策略。

 

一、肝臟主要代謝途徑

圖1：肝臟中葡萄糖、脂類和氨基酸代謝通路

肝臟作為人體糖、脂類和氨基酸等營養(yǎng)物質的代謝中心，其代謝功能異常會導致細胞氧化應激、肝臟代謝性疾病甚至死亡。在這一過程中，許多代謝通路和代謝產(chǎn)物都與鐵死亡發(fā)生密切相關，例如NADPH的生成和脂肪酸代謝等。在誘發(fā)鐵死亡后，NADPH水平會顯著降低，代謝NADPH途徑通過介導GSH和CoQ10的合成來抑制鐵死亡。因此，NADPH可以被用作鐵死亡的生物標志物。有些氨基酸通過調節(jié)氧化應激也與鐵死亡直接相關。例如，半胱氨酸是谷胱甘肽合成的限制性氨基酸，通過胱氨酸/谷氨酸反轉運蛋白SLC7A11抑制其輸入，就可通過消耗谷胱甘肽水平從而誘發(fā)鐵死亡。

 

二、肝臟中的鐵代謝

圖2：肝臟中的鐵代謝

鐵通過TFR1和SLC39A14運輸?shù)礁渭毎麅葏⑴c各項生理過程和代謝過程，多余的鐵儲存在鐵蛋白(ferritin)中，最后由鐵泵蛋白(ferroportin,FPN)外排。鐵調素(hepcidin)、RNF217和IRP等眾多調控因子構成了胞內精密且復雜的調控網(wǎng)絡。核受體共激活劑(NCOA4)可以作為一種與鐵蛋白結合的受體，將其輸送到自溶酶體可釋放游離鐵。過量的游離鐵就會介導芬頓反應，引起多不飽和脂肪酸的脂質過氧化和最終的鐵死亡。
 

“脂質過氧化”是一個模糊的概念，因為其產(chǎn)物可以通過自氧化（由碳和氧中心自由基介導）或酶催化過程自發(fā)形成。含有雙烯丙基碳的多不飽和脂肪酸 (PUFAs) 對脂質過氧化非常敏感，且多種PUFAs可能參與鐵死亡途徑。而細胞是否發(fā)生鐵死亡很大程度上取決于來自亞細胞器（如線粒體、溶酶體和過氧化物酶體）的交織信號，它們在鐵死亡過程中會調節(jié)ROS的產(chǎn)生和脂質氧化，例如線粒體可以通過對ROS產(chǎn)生、TCA循環(huán)、鐵代謝和線粒體DNA的整合調節(jié)，是鐵死亡的重要調節(jié)因子。

 

三、肝臟中鐵死亡的調控

圖3：鐵死亡過程中的調控信號通路和防御機制

除鐵代謝通路參與了鐵死亡調控以外，還有多條代謝通路和抗氧化系統(tǒng)參與鐵死亡發(fā)生，這些通路包括GSH/GPX4軸、NAD(P)H/FSP1/CoQ10系統(tǒng)和GCH1/BH4/DHFR系統(tǒng)。在線粒體中，mGPX4和DHODH會參與ROS清除，一些轉錄因子如ATF4、NRF2、p53和YAP1/TAZ在調控鐵死亡過程中發(fā)揮了重要的作用。

 

GSH/GPX4 axis 抑制鐵死亡

在催化活性鐵存在的情況下，GSH/GPX4在抑制特定磷脂氫過氧化物的生成中起著重要作用。該系統(tǒng)的上游部分是XC-系統(tǒng)，它是一個由SLC7A11通過二硫鍵連接到調控亞基SLC3A2形成的谷氨酸反轉運蛋白。當細胞內缺乏半胱氨酸，抑制XC-系統(tǒng)會激活細胞發(fā)生鐵死亡。細胞中GPX4表達下調則會對鐵死亡更敏感，敲除GPX4即可誘導鐵死亡發(fā)生；相反，若上調GPX4的表達，則會產(chǎn)生對鐵死亡的耐受。

 

NAD(P)H/FSP1/CoQ10系統(tǒng)抑制鐵死亡

研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)SP1通過促進ESCRT-III以不依賴CoQ10的方式介導膜修復，從而防止鐵死亡，因此，F(xiàn)SP1-CoQ10和ESCRT-III在鐵死亡過程中都在修復膜損傷中發(fā)揮作用。鑒于CoQ10是線粒體電子傳遞途徑中必不可少的輔助因子，同時也是脂溶性抗氧化劑，那我們可以推測FSP1-CoQ10和ESCRT-III具有互補功能。綜上所述，這些發(fā)現(xiàn)表明FSP1可以通過調控途徑之間復雜的相互作用阻止鐵死亡。

 

線粒體和 DHODH 抑制鐵死亡

線粒體對于維持細胞活力至關重要，因為它們在生物能量學、新陳代謝和各種信號通路中發(fā)揮關鍵作用。線粒體呼吸過程中會產(chǎn)生ROS，ROS通過與脂質雙分子層中的PUFAs反應觸發(fā)脂質過氧化誘導細胞死亡。DHODH和線粒體GPX4構成了另外兩種防御酶，可以解毒線粒體中的脂質過氧化物。作為一種含鐵的黃素依賴酶，DHODH可以將嘧啶生物合成途徑與線粒體呼吸鏈結合，這為靶向DHODH治療GPX4low癌癥提供了可能的策略。

 

氧化應激相關轉錄因子調節(jié)鐵死亡

鐵死亡是一個高度復雜且可修改的過程，需要轉錄因子來抑制或激活鐵死亡相關基因的表達。TP53、NRF2、ATF4、YAP1、TAZ 等多種轉錄因子在鐵死亡中的作用總結于圖3。在這些轉錄因子中，NRF2是鐵死亡的關鍵負調節(jié)因子，其活性由KEAP1/CUL3/RBX1/E3泛素連接酶復合物介導。在被激活之后，NRF2可調節(jié) FTH1、FTL1、SLC40A1、ABCB6 和 HMOX1 等鐵相關基因，進而促進 GSH 的合成，限制 ROS 的產(chǎn)生，并再生 NADPH。

 

四、鐵死亡與多種肝臟疾病

 

鐵死亡引發(fā)急性肝損傷（ALI）

ALI的特點是患者的肝細胞功能迅速下降。在大多數(shù)情況下，ALI是由藥物、酒精、缺血/再灌注損傷（IRI）或病毒性肝炎引起的肝毒性所導致的。多種可導致肝毒性的藥物中，APAP是研究最多的，在APAP誘導的ALI動物模型中，鐵下垂抑制劑UAMC-3203和VDAC1寡聚化抑制劑VBIT-12均顯示出通過保護線粒體功能來減少鐵死亡。另外，鐵死亡抑制劑Lip-1可顯著降低肝臟IRI和腎臟 IRI，這表明鐵死亡在IRI中起重要的致病作用。一項涉及人類受試者的研究發(fā)現(xiàn)，肝臟供體中升高的血清鐵蛋白水平與移植受者的肝損傷風險顯著升高有關，并且，使用Fer-1、α-生育酚和DFO等化合物可阻斷鐵死亡，預防肝IRI。綜上所述，這些研究表明鐵死亡可以作為一個治療靶點。

 

鐵死亡增加慢性肝損傷和纖維化

肝纖維化是肝硬化的早期可逆階段，是各種病因引起慢性肝損傷后的疤痕修復反應。其發(fā)生的中心環(huán)節(jié)是肝星狀細胞(HSC)激活后導致的細胞外基質大量積累。靶向活化的HSC死亡是治療肝纖維化的重要目標之一。使用異甘草酸鎂、青蒿琥酯或蒿甲醚作為治療藥物，可以誘導HSC發(fā)生鐵死亡。因為異甘草酸鎂可上調細胞鐵死亡的關鍵調控因子血紅素加氧酶1（HO-1）表達，進而促進轉鐵蛋白、轉鐵蛋白受體、鐵蛋白重鏈過表達，鐵外排泵—膜鐵轉運蛋白低表達，導致細胞內鐵沉積，脂質過氧化物集聚，誘發(fā)HSC鐵死亡，抑制肝纖維化形成。此外，HSC中的某些鐵死亡調節(jié)因子，包括p53、ELAV樣蛋白1(ELAVL1)和鋅指蛋白36 (ZFP36)是預防肝纖維化的有希望的靶點。

 

鐵死亡和脂肪性肝炎

脂肪變性和脂肪性肝炎是肝病的兩種病理表現(xiàn)。通過小鼠模型研究發(fā)現(xiàn)，在NASH的早期階段，鐵死亡與脂肪性肝炎的炎癥發(fā)作有關，抑制鐵死亡可顯著降低NASH的嚴重程度。此外，12/15-脂氧合酶在功能上與過氧化氫-磷脂酰乙醇胺相關的鐵死亡有關�；ㄉ�四烯酸12-脂氧合酶 (ALOX-12) 通過與乙酰輔酶A羧化酶1(ACC1)的相互作用可促進NASH的進展。但鐵死亡是否在ALOX-12介導的NASH中起作用仍是一個未解之謎。

靶向鐵死亡治療肝細胞癌HCC

HCC是造成全球嚴重疾病負擔的惡性腫瘤之一。索拉非尼，是首個獲批用于晚期HCC患者的全身療法的一種多激酶抑制劑。相較于索拉非尼激酶抑制活性的促凋亡效應，其通過抑制system XC-誘發(fā)肝癌細胞鐵死亡效應更加顯著。有研究報道，索拉非尼或許是通過調節(jié)肝細胞核因子4α(HNF4A)和腫瘤高甲基化基因1(HIC1)轉錄調控進而促進肝癌細胞鐵死亡。鐵死亡上調因子由HIC1調控，而鐵死亡下調因子由HNF4A調控。與正常肝組織相比，肝癌中HNF4A上調，而HIC1下調，證實鐵死亡在肝癌中確實是受到抑制。越來越多研究支持激活鐵死亡可能有效地抑制HCC細胞的生長，從而為靶向鐵死亡作為一種新的HCC治療策略提供了科學依據(jù)。

 

五、鐵死亡誘導劑及抑制劑

誘導劑
 
圖4：鐵死亡的遺傳和藥理學誘導劑

鐵死亡誘導化合物（FINs）被廣泛認為是開發(fā)新型癌癥藥物的有前景的方法。根據(jù)其作用方式，F(xiàn)IN可分為四類。I 類 FINs 通過抑制system xc-消耗細胞內GSH來激活鐵死亡；II類FINs通過與GPX4共價結合導致有毒脂質過氧化物的積累并誘導鐵死亡；III類FINs通過角鯊烯合成酶-甲羥戊酸途徑間接抑制和滅活GPX4，該途徑參與線粒體電子傳遞鏈，并且還具有內源性親脂性抗氧化劑的功能；IV類FINs 通過引起鐵過載或激活HO-1誘導鐵死亡。
 

抑制劑

圖5：鐵死亡的遺傳和藥理學抑制劑

目前主要使用三種方法抑制鐵死亡：鐵螯合、防止脂質過氧化和清除脂質過氧化物。在這三種方法中，鐵螯合劑和親脂性抗氧化劑是被廣泛接受的鐵死亡抑制劑。鐵螯合劑如去鐵胺(DFO)、去鐵酮和環(huán)吡酮螯合鐵，并通過限制芬頓反應來防止脂質過氧化的傳播。迄今為止，只有少數(shù)鐵螯合劑獲得FDA批準或進行臨床試驗治療鐵過載相關疾病。親脂性抗氧化劑，包括α-生育酚、fer-1和Lip-1，作為自由基清除劑，可減少脂質過氧化物，并可有效阻斷鐵死亡。但是，不足的藥代動力學和藥效學特征可能會阻礙fer-1和Lip-1在臨床環(huán)境中的使用，例如，fer-1的生物半衰期只有幾分鐘，這對于臨床應用來說通常是不可接受的。對于慢性疾病患者長期使用鐵死亡抑制劑，以前未定義的副作用也可能出現(xiàn)。

 

六、總結

圖6：鐵死亡治療肝病的策略

鐵代謝失調與多種肝病的發(fā)展有關，包括病毒感染性肝病、鐵過載病以及從NAFLD到HCC的進展。這些肝臟疾病可以使用鐵死亡抑制劑或鐵死亡誘導劑進行治療。感染性肝病可以分別使用宿主細胞和病毒的鐵死亡抑制劑和鐵死亡誘導劑來治療。