鐵死亡與老年性耳聾研究進展

呂莎，王耀文

作者單位：315010寧波，寧波市第一醫院（呂莎、王耀文）；寧波大學（呂莎）

老年性耳聾是聽覺系統隨年齡增長發生退行性改變的一種神經退行性疾病，細胞衰老與細胞內代謝廢物的沉積有關。有研究發現鐵死亡與阿爾茨海默?。ˋD）、帕金森?。≒D）、亨廷頓病及Friedreich共濟失調癥等多種神經退行性疾病密切相關[1]。因此，鐵死亡很可能也參與老年性耳聾的發病，本文對鐵死亡及其可能導致老年性耳聾的發病機制進行綜述。

1 鐵死亡及其形態學特征

鐵死亡由鐵超載引起脂質過氧化導致細胞程序性死亡[2]，是一種全新的細胞死亡模式。與壞死（細胞質腫脹、質膜破裂）、凋亡（染色質凝結和邊緣化）或自噬（形成雙膜封閉小泡）相關的特征性形態學完全不同，其主要形態學特征是線粒體膜密度較低，體積小于正常線粒體，線粒體嵴減少或消失，外膜破裂[3]。

2 鐵死亡的分子機制

2.1 鐵代謝 膳食中的鐵在酸性壞境中以Fe2+形式在十二指腸和小腸上段直接進入腸上皮細胞。吸收入血液后，在血漿中以Fe3+形式與轉鐵蛋白（Tf）結合，隨血液運輸到全身。結合Fe3+的Tf與細胞表面的轉鐵蛋白受體1（TfR1）結合并內吞形成內涵體。在pH值較小的內涵體中Fe3+從轉鐵蛋白中釋放出來，由Steap家族的鐵還原酶還原成Fe2+，然后，Fe2+通過二價金屬轉運體1（DMT1）或金屬轉運體（ZIP8）轉運入胞質。Fe2+進入胞質后將有鐵的伴侶Poly rC Binding-Protein（PCBP）以3∶1的比例與Fe2+結合并護送至細胞不同的部位[4]。只有非常小比例的一部分Fe2+以游離形式存在于胞質、線粒體基質及溶酶體中，不到細胞鐵總數的5%，被稱為不穩定鐵池（LIP）[5]。轉鐵反應蛋白（IRP）調控LIP的動態平衡。當細胞內Fe2+濃度下降時，IRP與轉鐵蛋白受體（TfR）mRNA的3’-UTP結合能增加其穩定性，促進TfRmRNA翻譯，增加細胞表面TfR的表達，提高細胞內鐵的攝入；與此同時，IRP與鐵蛋白mRNA的5’-UTP結合抑制其翻譯，減少儲存鐵，從而使細胞內LIP增加[6]。細胞中絕大部分Fe2+以鐵蛋白、血紅蛋白（紅細胞內）等儲存鐵形式存在。最后，負載Fe2+的PCBP蛋白能與Tf結合運送至細胞外，這是鐵轉運出細胞外的唯一方式[4]。人體內缺乏排泄鐵的系統，主要通過網狀內皮巨噬細胞吞噬衰老的紅細胞回收再利用鐵[6]。

2.2 脂質過氧化與鐵死亡 甘油磷脂是所有膜的主要成分，與甘油主鏈C-2結合的脂肪酸（通常是多不飽和脂肪酸）因其雙烯丙基碳氫鍵的離解能較低，容易發生氧化損傷，造成膜脂過氧化，從而造成膜厚度的改變、流動性喪失及通透性增加，誘發細胞死亡。其機制如下：花生四烯酸/腎上腺素（多不飽和脂肪酸）在?；鵆oA合成酶（ACSL）和磷脂?；D移酶（LCAT）的催化下成為花生四烯酸-脂酰乙醇胺（AA-PE）和腎上腺素-脂酰乙醇胺（AdA-PE）[4]。Fe2+活化的15-脂氧合酶（15-LOX）高選擇性催化AA-PE和AdA-PE，形成特定底物PE-AAOOH。Fe2+能直接非選擇性氧化裂解這些初始的hoo-衍生物，使氧化脂肪?；鶖嗔?，形成親電試劑如丙二醛（MDA）和羥基壬烯酸（HNE）等，這些親電試劑能夠與蛋白質靶分子相互作用，導致細胞膜上氣孔的形成并使其破裂[4]。

15-LOX選擇性和特異性催化不飽和脂質氧化是細胞發生鐵死亡的信號[2]。同時Fe2+參與fenton反應生成活性氧（ROS），如超氧自由基（O2.-）、羥基自由基（HO.）、脂質過氧化自由基（LO.）及過氧化氫（H2O2）等[5]，這些過氧化自由基的形成又加速細胞發生鐵死亡[4]。

3 鐵死亡和中樞神經退行性疾病

人體內高鐵水平與端粒縮短有關，而端粒是衰老的一種生物標志物[5]。鐵作為體內含量最多的微量元素，在大腦中含量很低。正常人腦脊液轉鐵蛋白的鐵飽和度維持在接近飽和，而外周血清鐵飽和度約為30%[6]，這表明大腦鐵緩沖能力是有限的。隨著年齡的增長，鐵在大腦內逐漸積累，最明顯的區域為黑質、硬膜、蒼白球、尾狀核和皮質。研究表明這些部位鐵的過多沉積誘發鐵死亡，與中樞神經系統退行性疾病AD、PD密切相關[5-6]。

3.1 鐵死亡與AD AD是以進行性認知功能障礙和行為損害為特征的中樞神經退行性疾病，病理表現為大腦皮質區和海馬區神經炎性斑（淀粉樣蛋白形成）和神經原纖維纏結（微管tau蛋白過度磷酸化）[7]。實驗證實鐵超載參與AD病理（淀粉樣蛋白形成與tau蛋白過磷酸化形成神經原纖維纏結）形成，反過來，AD病理也影響神經元鐵代謝[8-10]。神經元鐵超載促進 淀粉樣蛋白（A肽）的前體—淀粉樣前體蛋白（APP）mRNA的翻譯，APP生成增多[6]，從而具有神經毒性的A肽生成增多。同時，鐵超載可以改變A肽的超微結構，使其神經毒性增加。鐵可與tau蛋白結合，誘導其過磷酸化而聚集形成神經元纖維纏結[9-10]。神經元的Fe2+細胞外輸出需要tau蛋白的參與[6]，由此可見，AD和神經元鐵代謝互相影響。動物試驗表明，鐵超載與Gpx4BIKO小鼠海馬神經元衰退密切相關。Hambright等[11]采用腹腔注射他莫西芬制造AD小鼠模型，通過該模型研究證實鐵死亡抑制劑可以改善海馬神經元的衰退。

3.2 鐵死亡與PD PD是老年人第二大常見的神經退行性疾病，可致運動功能障礙、強直和震顫，病理表現為中腦黑質多巴胺能神經元死亡和路易小體形成（-synuclein是路易小體的主要成分）[5]。研究表明，中腦鐵沉積與PD發病密切相關。Ayton等[12]通過對10例維多利亞人PD患者和10例正常人死后腦組織western blot試驗發現：銅藍蛋白（CP）的鐵氧化酶活性較正常人降低，沉積鐵較正常人增高，而皮質區域PD患者和正常人鐵和CP均無明顯差異；同時對腹腔注射1-甲基-4苯基-1，2，3，6-四氫吡啶（MPTP）的小鼠PD模型研究發現，外周注射CP后可以減輕神經退行性變和鐵沉積。表明PD的發病與中腦黑質鐵沉積密切相關。

4 鐵沉積、鐵死亡與聽覺系統

4.1 鐵沉積導致感音神經性耳聾 鐵在聽覺系統的沉積可引起聽覺功能的改變。Nadol等[13]對一例死亡6年前行右耳人工耳蝸植入術的淺表性鐵質沉著癥患者行顳骨病理檢查發現：螺旋器和血管紋器官的嚴重退化和螺旋韌帶的嚴重萎縮，特別是在其與基底膜的連接區域；在退化螺旋韌帶和耳蝸骨壁分離的區域和耳蝸核下區有很明顯的鐵沉積。淺表性鐵質沉著癥是一種中樞神經系統的慢性疾病，主要表現為含鐵血色素沉積于腦膜、室管膜下、大腦半球、腦干、小腦、脊髓和顱神經[14]。臨床表現感覺神經性聾占95%，小腦共濟失調占88%，錐體征占76%，癡呆占24%，膀胱功能紊亂占24%，嗅覺缺失癥占17%[13]。Revesz等[14]發現很多淺表性鐵質沉著癥患者在出現其他癥狀之前首先表現雙側感覺神經性聾，并解釋第8腦神經易受損的可能機制：含鐵血色素較易沉積橋腦池的邊緣，第8顱神經穿過橋腦池，并且聽神經從橋腦發出支配外周聽覺器官的路途較長和易受損所致。

4.2 Fe2+介導的順鉑耳毒性 Fe2+在順鉑耳毒性作用的發揮中起著重要的介導作用。Dehne等[15]在豚鼠耳蝸神經感覺上皮的體外模型中研究化療藥物順鉑耳毒性機制，發現在培養液中加入鐵的螯合劑，如DFO等，可以降低順鉑對OHCs的損傷。

4.3 鐵超載對血管系統的影響 近期有研究發現，動脈粥樣硬化（AS）還與鐵超載相關[5,13,16-17]。電子順磁共振（EPR）[5]證明動脈粥樣硬化組織所含的鐵是同等健康組織的17倍。對耳蝸神經區Gomori鐵染色發現：在髓質毛細血管周圍鐵染色特別明顯[13]。鐵可影響巨噬細胞的可塑性，能使M2巨噬細胞轉變為M1巨噬細胞，促進AS的進程[16]。Vinchi等[17]將ApoE-/-FPNwt/C326S33月齡小鼠（高血脂和鐵超載動物模型）與ApoE-/-3月齡小鼠（高血脂小鼠模型）的整條主動脈通過蘇丹染色比較發現，ApoE-/-FPNwt/C326S3小鼠的主動脈病變范圍是對照組的3.5倍。

AS是一種慢性炎癥性疾病，以斑塊形成為特征，斑塊內含有大量泡沫細胞，AS與血脂代謝關系緊密毋庸置疑。其病理生理學非常復雜，巨噬細胞在AS發生發展過程中起重要作用，M1巨噬細胞表面表達清道夫受體，將氧化低密度脂蛋白內化，積累脂質，轉變為泡沫細胞，是AS的關鍵步驟；M1巨噬細胞分泌金屬蛋白酶水解斑塊纖維帽破壞其穩定性，在不穩定AS中起重要作用[16]。相比M1巨噬細胞，M2巨噬細胞吞噬AS斑塊內凋亡的泡沫細胞，從而促進組織修復，抑制斑塊進一步發展[16]。Hu等[18]在ApoE-/-小鼠（高血脂小鼠模型）的骨髓來源的巨噬細胞（BMDW）培養液里加入檸檬酸鐵銨（FAC）后發現巨噬細胞表達白介素-1（IL-1）、IL-23、腫瘤壞死因子-（TNF-）及轉化生長因子-（TGF-）等炎癥因子增加，并且巨噬細胞向M1巨噬細胞極化使炎癥進一步釋放。

內耳的血液供給只起于基底動脈一根迷路動脈，內耳供血系統鐵沉積可能會影響內耳血供，進而影響內耳的功能。

4.4 鐵死亡與老年性耳聾 有研究發現大鼠老年性耳聾與鐵死亡緊密相關，Chen等[19]將雄性Sprague-Dawley大鼠皮下注射D-半乳糖作為衰老模型。測定大鼠ABR評估聽力水平，發現衰老模型組大鼠隨著月齡增加，聽力減退較對照組大鼠明顯，且衰老大鼠聽皮質層在電子顯微鏡下出現鐵死亡細胞形態學改變的超微結構，包括線粒體變小，電子密度增加，線粒體嵴減少或消失。即在聽力衰退過程中鐵逐漸沉積于聽皮質層，出現與鐵死亡相關的超微結構改變。隨著大鼠月齡的增加，TfR的表達增加，使鐵轉運入細胞，引起腦細胞鐵超載，細胞鐵超載又使脂質過氧化物丙二醛含量增加，同時抗氧化劑谷胱甘肽含量下降，最終導致聽神經元發生鐵死亡。

5 總結

綜上所述，鐵死亡是一種鐵依賴的、以胞內脂質ROS積累為特征的細胞死亡形式。鐵死亡和AD、PD等神經退行性疾病密切相關，而老年性耳聾亦是聽覺系統發生相應的退行性改變的一種神經退行性疾病。鐵在聽覺中樞和內耳都可以沉積，鐵沉積所致鐵死亡可能也參與老年性耳聾的發病。因此，可以深入研究鐵死亡在老年性耳聾發病中的作用機制，為老年性耳聾的預防和干預提供其他可能。