肝移植圍術期誘發腸損傷鐵死亡的研究新進展

吳威 譚永星 王永旺

1桂林醫學院，桂林 541000；2桂林醫學院附屬醫院麻醉科，桂林 541000

鐵死亡是一種新的調節性細胞程序性死亡形式，其發生與脂質活性氧過量累積相關。鐵死亡在細胞形態、基因調控、代謝等方面明顯不同于壞死、凋亡及其他細胞死亡形式。這種由鐵依賴性脂質過氧化引起的獨特的細胞死亡方式受多種代謝途徑的調節，包括鐵離子水平，氨基酸、脂質和糖的代謝，線粒體活性，氧化還原穩態以及與疾病相關的各種信號通路［1-2］。諸多退行性病變及器官損傷均是由鐵死亡引起的。自鐵死亡概念被提出以后，研究者們發現在諸多疾病的發生發展的關鍵過程中都有鐵死亡的參與。缺血再灌注（ischemia reperfusion，I∕R）損傷是肝移植（liver transplantation，LT）的主要問題。LT 時I∕R 損傷會造成肝本身的損傷，也可能導致機體的遠隔器官損傷。鐵死亡可能參與了LT 圍術期I∕R 損傷和機體遠隔器官損傷的發病機制。

鐵死亡概念、形態生化特征

鐵離子穩態對維持細胞平衡有十分重要的作用［3］。細胞內鐵離子穩態取決于鐵離子的細胞外載體［轉鐵蛋白（transferrin，TF）］的表達情況，轉鐵蛋白受體（transferrin receptor，TFR）與其一起內化TF、Fe 及鐵蛋白，以無毒形式儲存細胞內Fe。鐵死亡不會引起細胞形態的變化，主要表現為線粒體皺縮、線粒體嵴減少或消失、線粒體膜密度增加［3］，但細胞核形態未出現明顯改變。在生化層面上，主要體現為細胞內Fe 及致死性活性氧（reactive oxygen species，ROS）的大量聚集，還原型谷胱甘肽、谷胱甘肽過氧化酶4（glutathione per-oxidase 4，GPX4）等的耗竭［4-5］。

鐵死亡過程的相關調節及分子機制

1、鐵離子代謝途徑

鐵離子是一種具有活性的氧化還原金屬離子，其可參與鐵死亡過程中ROS 的形成與累積，故鐵離子的大量累積會增加鐵死亡的發生概率。相關研究證實鐵離子代謝調節相關因子包括TF、核受體輔激活蛋白4（nuclear receptor coactivator 4，NCOA4）、TFR 等。TF 是一種與鐵離子相結合的血清蛋白，在TF 與TFR1 融合后，將細胞外的鐵離子轉運進入細胞內，鐵離子的大量累積從而導致鐵死亡的產生。相反，有實驗證實TF 的免疫缺失會抑制鐵死亡的發生，并且TFR1 的表達量下降也會使鐵死亡激活劑Erastin 的敏感度降低［6-7］。另外，現有研究顯示TFR 還是一種具有特異性的鐵死亡標記蛋白［8］。NCOA4 是將Fe 相關蛋白轉運至細胞溶酶體所必需的調節因子，細胞內缺少NCOA4 會導致細胞無法降解鐵離子相關蛋白，這會使細胞內的鐵離子含量減少，從而減少鐵死亡的發生概率［9］。總之，鐵離子代謝調節因子功能缺失或者表達出現異常都可能導致胞內Fe 含量上升，引起Fe 相關的ROS 積累，繼而誘導細胞發生鐵死亡。相關研究證實，熱休克蛋白β-1（heat shock protein β-1，HSPB1）也可經過鐵離子代謝途徑調控鐵死亡發生。熱休克預處理和HSPB1 的過表達可使Erastin 誘導的細胞鐵死亡受到抑制，而敲除HSPB1 基因則可使Erastin 誘導的細胞鐵死亡增加。另外，磷酸化的HSPB1 可導致細胞鐵離子攝取量減少和脂質ROS 的產生減少，同時對細胞鐵死亡產生負性調節作用［10］。總之，可能還有其他的鐵離子代謝調節因子也對鐵死亡的進程產生影響，這需要以后更加深入的研究和探索。

2、氨基酸及谷胱甘肽代謝途徑

GPX4 是由sulfasalazine（SAS）誘導的細胞鐵死亡發生的關鍵調節因子。同時GPX4 也是還原型谷胱甘肽依賴性的過氧化物酶，它可以將脂質過氧化物（lipid peroxide，LOOH）還原成為脂質醇（lipid alcohol，L-OH）。當SAS 間接或直接抑制GPX4 的活性時，LOOH 轉化為L-OH 則會呈現下降趨勢，進而引發細胞脂質過氧化增強，并誘導細胞發生鐵死亡。胱氨酸∕谷氨酸逆向轉運體（System Xc-）主要功能是將谷氨酸從細胞內轉至細胞外，并將胱氨酸從細胞外轉移至細胞內。研究發現SAS會抑制System Xc-，從而減少細胞內胱氨酸含量，最終導致還原型谷胱甘肽耗竭而誘導產生鐵死亡。谷胱甘肽（glutathione，GSH）在γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶和谷胱甘肽合成酶的催化下，經過兩個步驟合成，并可由氧自由基、活性氧氧化成為GSH 二硫化物（glutathione disulfide，GSSG）。GSH∕GSSG 偶聯則是評價細胞抗氧化能力十分關鍵的分子偶聯［11］，GSH 的合成能力減少或氧化能力增強均可導致細胞的氧化還原失衡。半胱氨酸主要由System Xc-攝取胞外的胱氨酸，并將其還原而生成［12-13］，是胞內GSH 合成過程中的關鍵性因素。System Xc-是由調節亞基溶質載體家族3成員2（SLC3A2）和具有特異性功能結構的催化亞基溶質載體家族7 成員11（SLC7A 11）形成的二硫鍵異二聚體。在一些研究中發現，Erastin、SAS 可通過抑制System Xc-的功能，誘導鐵死亡在細胞內發生［14］。

3、脂質相關代謝途徑

脂質組學相關研究中發現：多不飽和脂肪酸（polyunsaturated fatty acid，PUFAs）在鐵死亡過程中也起關鍵作用，在磷酸化酶激酶G2（phos-phorylase kinase G2，PHKG2）催化下PUFAs 被徹底氧化，當GSH 大量耗竭時，PUFAs 有更強的氧化效果［15-16］。研究證實，鐵死亡的脂質化包括兩種脂肪酰基——花生四烯酸（arachidonic acid，AA）和腎上腺素（adrenaline，AdA）［17］。在2017年Kagan等［18］通過在單倍體細胞中大量植入突變基因的方法，發現參與合成PUFAs 的酰基CoA 合成酶長鏈家族成員4（Acyl-CoA synthetase long-chain family member 4，ACSL4）和溶血磷脂酰膽堿酰基轉移酶3（lysophosphatidylcholine acyltransferase 3，LPCAT3）在鐵死亡信號通路中起主要作用。有研究顯示，ACSL4 有利于鐵死亡途徑中脂質中間產物的累積，所以敲除ACSL4 基因可減輕鐵死亡發生的風險［19］。除PUFAs之外，脂氧合酶（lipoxygenase，LOX）也可誘導鐵死亡發生，同時VE 可通過競爭結合位點來抑制LOX，從而預防鐵死亡［17］。

鐵死亡與肝移植腸損傷

1、腸-肝循環

機體在胚胎發育期，于胚胎分化過程中腸與肝出現共同起源。人體腸和肝之間的相互密切的聯系形成腸-肝軸，肝機能紊亂是導致肝相關疾病產生的十分重要的因素，同時維持機體內部環境的相對穩定也需要健全的腸穩態和良好的肝保護機制。膽汁酸（膽鹽）不僅參與了機體對營養物質的消化過程，還作為一種信號分子和代謝調節因子參與腸-肝循環，其能通過激活核受體和G 蛋白偶聯受體（GPCR）的相關信號通路，而參與調節肝脂質、葡萄糖和能量代謝的平衡，而維持機體穩定。法尼脂X 受體（FXR）主要存在于腸、肝臟、腎和腎上腺等器官，是參與腸-肝循環的最主要的受體之一［20］。腸上皮細胞存在的FXR被膽汁酸激活，進而促進成纖維細胞生長因子19（FGF19）的表達，其從回腸末端通過肝門靜脈及腸系膜靜脈輸送到肝，并作用于肝的成纖維細胞生長因子受體4（FGFR4）及β-klotho（即KLB）受體，FGFR4 和KLB 受體被激活后，可共同抑制肝臟CYP7A1和CYP8B1的蛋白活性［21-23］。高劑量的膽汁酸會對機體細胞造成損害，而且會通過負反饋的形式抑制FXR 激活膽汁酸的合成。FXR 會調節膽汁酸的結合、生成、回收和攝取過程，通過多種途徑影響膽汁酸產生。在一項小鼠實驗中，研究顯示FXR 介導的膽汁酸信號分子通路對膽汁酸產生和代謝穩態有關鍵作用，其不足與諸多疾病的病理生理過程有密切聯系［24-26］。另外，腸道與外界環境相通，微生物群寄居于此，可以產生無數的代謝物質，如抗原∕細菌相關模式分子（P∕MAMPs）、激素∕肽類、細菌產物∕毒素。研究表明，腸道微生態與I∕R 損傷、免疫因素和膽汁酸均有一定的聯系。膽汁酸與腸道微生態之間存在腸-肝循環，主要表現在兩方面：首先，膽汁酸對腸道微生態構成結構有影響；其次，腸道微生態也可以調節膽汁酸的代謝穩態。初級膽汁酸進入腸道后，腸道內多種細菌分泌的酶對進入腸道的初級膽汁酸進行解離、脫羥基、異構化、氧化一系列的過程使膽汁酸的親水性增加，防止其通過疏水的腸上皮丟失。另外，腸道細菌可分泌產生7α-脫羥基酶，初級膽汁酸向次級膽汁酸轉化的過程需要此酶的參與［27-28］。綜上所述，腸道微生態與膽汁酸之間存在重要聯系，腸道菌群失調可影響膽汁酸代謝穩態，膽汁酸代謝失衡同樣也會導致腸道微生態紊亂。

2、腸I∕R損傷中的鐵死亡

腸道發生缺血缺氧性損傷后，由于血液再灌注常引起腸I∕R 損傷，腸I∕R 損傷往往是某些嚴重疾病的主要致死致殘原因，如重癥感染、嚴重創傷導致的休克等。在I∕R 過程中，大量氧自由基隨血液再灌注而造成的毒理損害，其可直接致使細胞凋亡、壞死或鐵死亡的發生［29］。在腸I∕R損傷小鼠實驗模型中，抑制ACSL4 的功能可阻止腸缺血期上皮細胞發生鐵死亡，繼而減輕機體原位器官或遠隔相關臟器的損傷［3］。在腸相關缺血缺氧性疾病的診療過程中，我們可以通過抑制鐵死亡以減輕腸組織細胞I∕R損傷的發生。

SAS與鐵死亡

SAS 是潰瘍性結腸炎治療的重要藥物，也是臨床上常用的抗炎藥物之一。SAS 在關節炎和視網膜炎性病變的治療過程中也起重要作用。有研究顯示，在人纖維肉瘤的治療中，SAS 能抑制其細胞膜上System Xc-的表達，提示SAS可在一定程度上抑制腫瘤的發生與發展，其誘導鐵死亡的可能原因是通過中斷胱氨酸攝取信號通路而引起的［3］。System Xc-的功能性亞基xCT 是由SLC7A11 基因編碼組成的System Xc-輕鏈蛋白，xCT 可調控胞內谷氨酸與胞外胱氨酸的交換，因此通過檢測xCT 的表達水平可反映System Xc-的表達量［30］。SAS 在LT 圍術期腸損傷中的作用與機制目前還未見相關報道。

總結與展望

鐵死亡與L-ROS過量累積密切相關，其主要由氨基酸、脂質或鐵代謝異常而引起，同時這一過程與肝移植圍術期I∕R的發生發展也緊密聯系。目前對鐵死亡在LT圍術期I∕R誘發的腸損傷的研究還處于初步階段，仍有許多問題待解決。首先，鐵死亡分子調控機制較復雜，現已初步揭開鐵死亡分子機制，但關于鐵死亡與線粒體的關系，目前還存在一些爭議，仍需進一步探索。其次，對于鐵死亡與在LT 圍術期I∕R 誘發的腸損傷之間的關系有待進一步明確，對于鐵死亡在肝移植圍術期I∕R 誘發的腸損傷中的具體機制、發生階段及特定靶點有待進一步探究，能否通過鐵死亡實現對LT圍術期I∕R 誘發的腸損傷的臨床靶向治療尚未闡明。另外，在LT 圍術期，長期服用SAS 會不會比同類型未服用SAS 的患者有更高的腸損傷風險？這些都是我們需要思考的問題，總之，鐵死亡可能在LT 圍術期I∕R 誘發的腸損傷中發揮重要作用，但其具體機制還需深入挖掘，隨著對鐵死亡研究的不斷深入，靶向鐵死亡途徑將在LT 圍術期I∕R 誘發的腸損傷的防治中發揮重要作用。

作者貢獻聲明吳威負責文獻檢索及論文撰寫；王永旺負責論文語句修改；譚永星指導論文選題、設計及質量把控。