中枢神经系统中转铁蛋白受体1的研究进展
基于转铁蛋白受体(TfR1)的肿瘤与脑部疾病靶向治疗研究进展
基于转铁蛋白受体(TfR1)的肿瘤与脑部疾病靶向治疗研究进展人转铁蛋白受体(TfR1)在不同组织器官中普遍表达,其主要功能是协助转铁蛋白在细胞和血脑屏障内外转运,维持细胞铁平衡。
在肿瘤细胞中以及血脑屏障中,TfR1的表达水平明显高于正常细胞组织,因此,TfR1被认为是肿瘤靶向治疗和脑部疾病靶向治疗的重要靶点。
基于TfR1靶向治疗的药物载体主要有转铁蛋白(Tf)、抗TfR1抗体、TfR1结合肽,这些生物大分子能与TfR1特异性结合,结合之后可以通过受体介导的跨胞转运机制进入细胞或穿过血脑屏障。
将小分子药与这些载体偶联可以促进许多亲水性的化疗药物或神经治疗药物进入肿瘤细胞或血脑屏障,而许多中枢神经治疗性大分子则主要通过融合蛋白的方式与抗TfR1抗体连接转运进入中枢神经系统。
Abstract:Human TfR1 was universally expressed in different tissues. The major function of TfR1 was to facilitate delivery of transferrin across cells and blood-brain barrier(BBB). As a result, iron homo-stasis was maintained. TfR1 was recognised as a critical target for tumor and brain disease therapy due to its over expression in tumor cells and BBB. In recent years, drug carriers based on TfR1 recognition were developed such as Transferrin (Tf), anti-TfR1 antibody and TfR1 binding peptide. These carriers bind to TfR1 specifically and enter into cell or BBB through receptor mediated endocytosis. Chemicals conjugated with these carriers can be facilitated to enter into tumor cells and brain tissue. Therapeutic proteins can be engineered to fused with anti-TfR1 antibody and transported across BBB.Key words:TfR1; Tumor target therapy;Brain directed delivery1轉铁蛋白受体(TfR1)简介转铁蛋白受体(TfR1)是一种在不同组织和细胞系中普遍表达的糖蛋白。
铁死亡在脑卒中中作用的研究进展
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Res,2019,79(18):4715-4728.ʌ文章编号ɔ1006-6233(2023)03-0525-04铁死亡在脑卒中中作用的研究进展薛㊀静1,㊀高㊀莹1,㊀王㊀舒2(1.天津中医药大学第一附属医院,㊀天津㊀3000002.天津市中医药研究院附属医院,㊀天津㊀300000)ʌ关键词ɔ㊀铁死亡;㊀铁代谢;㊀脂质过氧化;㊀氨基酸代谢;㊀出血性卒中;㊀缺血性卒中ʌ文献标识码ɔ㊀A㊀㊀㊀㊀㊀ʌdoiɔ10.3969/j.issn.1006-6233.2023.03.035㊀㊀2017年中国疾病预防控制中心系统分析指出,脑卒中㊁缺血性心脏病㊁肺癌㊁慢性阻塞性肺病和肝癌是当年造成死亡损失健康生命年(YLLs)最多的疾病[1]㊂脑卒中作为全球第二大死亡原因,也是导致我国成年人死亡和残疾的主要原因,严重威胁人类健康,给患者㊁家庭和社会带来了沉重负担㊂脑卒中(Stroke)主要是以脑血管病变损伤并伴有大量神经元死亡的脑血管疾病,尽管目前的治疗方案可立即拯救生命㊁降低致㊃525㊃ʌ基金项目ɔ国家自然科学基金青年科学基金项目,(编号:82104998)ʌ通讯作者ɔ王㊀舒残率㊁延缓病情进展,但往往难以逆转神经元损伤[2]㊂近来研究发现脑卒中后神经元细胞发生铁死亡,抑制铁死亡可防止神经元细胞死亡并降低脑卒中后继发性脑损伤,改善患者预后[3]㊂因此,本文以铁死亡为着眼点,对铁死亡发生机制㊁铁死亡与出血性和缺血性脑卒中相关性研究进展方面作一综述,以期为靶向铁死亡指导脑卒中的治疗提供方向㊂1㊀铁死亡1.1㊀铁死亡的概述:2003年Dolma等[4]首先筛选出一种新的化合物Erastin可诱导细胞死亡,其在致癌性细胞中表现出选择性致死性质并可抑制谷胱甘肽的合成,与细胞凋亡有着明显区别,且其致死作用不可逆㊂2008年Yang的团队[5]发现了与Erastin类似的化合物RAS-selective lethal3(RSL3)和RAS-selective lethal5 (RSL5)可触发同类型的细胞死亡,并与铁代谢和细胞内活性氧水平增加有关㊂随后由Dixon等[6]于2012年正式命名为铁死亡(ferroptosis),铁死亡具有独特的形态㊁生化㊁遗传特征,形态上以线粒体体积明显缩小,线粒体膜密度增加,线粒体嵴减少或消失为特征;生化特征则表现在铁㊁脂质活性氧(lipid reactive oxygen species,LROS)所致的脂质过氧化物的大量积累,引发谷胱甘肽过氧化物酶4(glutathione preoxidase4, GPX4)的失活;遗传学特征为多基因调控过程,目前尚不明确㊂1.2㊀铁死亡的发生机制1.2.1㊀铁代谢:铁积累是铁死亡的关键因素之一,铁摄入增加㊁铁储存及铁外流减少可致细胞内铁过载㊂铁离子有血红蛋白铁和非血红蛋白铁两种形态,非血红蛋白变体主要为三价铁,不会引起脂质过氧化产生,而二价铁可通过Fenton反应引发LROS产生㊂研究发现,细胞外的三价铁通过转铁蛋白受体1(transferrin receptor1,TFR1)进入细胞,在还原酶前列腺六跨膜上皮抗原3(six-transmembrane epithelial antigen of pros-tate3,STEAP3)的作用下被还原为二价铁蛋白,由二价金属转运蛋白1(divalent metal-ion transporter-1, DMT1)或ZIP14介导脱去蛋白,形成二价铁㊂转运到细胞质中的二价铁与铁蛋白重链结合被氧化为三价铁,与铁蛋白轻链结合储存在铁蛋白中㊂铁蛋白是细胞内铁存储蛋白复合物,过量的二价铁储存在铁蛋白中形成不稳定铁池,自噬可降解铁蛋白,减少铁储存,从而释放大量游离二价铁,催化H2O2生成脂质氢过氧化物;部分二价铁通过铁转运蛋白1(ferroportin, FPN)转出并继续参与血液运输㊂铁蛋白被大量消耗,二价铁代谢失衡,细胞内二价铁过量积累时,可产生Fenton反应,促使羟基自由基的形成,导致细胞内的ROS不断积累,最终引发铁死亡㊂1.2.2㊀脂质过氧化:铁死亡的核心在于脂质过氧化的致命积累,脂质过氧化是通过破坏细胞膜㊁脂蛋白和其它结构不饱和脂质部分而引起的氧化性损伤的过程㊂多不饱和脂肪酸(polyunsaturated fatty acids,PUFA)导致脂质过氧化氢(lipid hydroperoxide,LOOH)和ROS 的积累,对氧化异常敏感,以花生四烯酸(arachidonic acid,AA)和肾上腺酸(adrenic acid,ADA)为主[7]㊂在氧化之前,PUFA酯化为磷脂酰乙醇胺(phosphatidyl-ethnolamine,PE),AA和ADA在酰基辅酶A合成酶长链家族成员4(long-chain acyl CoA synthetase4, ACSL4)和溶血磷脂酰胆碱酰基转移酶3(LPCAT3)的促进下形成AA-PE或ADA-PE,然后形成脂氧合酶(lipoxygenase,LOX)氧化为氢过氧化物AA-PE-OOH 或ADA-PE-OOH,脂质氢过氧化物与细胞内的活性氧自由基发生作用,由此生成脂质过氧化物[8],最终发生铁死亡㊂有证据证实,谷胱甘肽过氧化物酶4 (glutathione peroxidase4,GPX4)抑制ACSL4及LP-CAT3的活性,即使存在大量高氧化性PUFA,也只有在GPX4失活后才可发生铁死亡[9]㊂1.2.3㊀氨基酸代谢:胱氨酸/谷氨酸逆向转运体(Sys-tem Xc-)以1ʒ1的比例介导细胞内谷氨酸与细胞外胱氨酸的转运,转运至细胞内的胱氨酸可被还原为半胱氨酸,同谷氨酸㊁甘氨酸一起合成还原型谷胱甘肽(GSH),GSH影响着GPX4的活性,从而影响细胞抗氧化能力;GSH有助于GPX4去除PUFA的过氧化,如GSH被耗尽,GPX4失活,可致PUFA-O-OH不断累积增多,形成质膜氧自由基[7]㊂随着PUFA-O-OH的累积和二价铁离子的沉积,诱导Fenton反应,从而引发铁死亡㊂氨基酸代谢的调节点主要在GPX4和半胱氨酸㊂GPX4是一种抗氧化酶,GSH作为GPX4发挥抗氧化作用所必需的辅助因子,在降解细胞内脂质氢过氧化物和有机氢过氧化物水平以及防止细胞发生氧化性损伤方面具有重要作用㊂半胱氨酸的生成主要来源于两个途径,一是通过细胞膜上的System Xc-获得,以完成GSH的合成;二是来源于甲硫氨酸硫转移途径的生物合成或外源胱氨酸的转化[10]㊂研究证实,转硫途径可促进半胱氨酸的合成,而半胱氨酰-tRNA合成酶(cys-teinyl-tRNA synthetase,CARS)可激活转硫途径[11]㊂1.2.4㊀其他代谢途径:线粒体是为细胞提供能量的重要细胞器,与ATP合成㊁细胞内钙离子稳态㊁细胞分化和细胞死亡密切相关,在很大程度上影响着细胞存活㊂㊃625㊃研究证实,Erastin可与膜表面的电压依赖性阴离子通道VDAC2/3(voltage-dependent anion channels, VDACs)结合,改变线粒体外膜通透性㊂线粒体产生Anti Warburg效应致糖酵解效率降低,引发细胞死亡;另一方面线粒体与NOX2发生氧化应激反应,产生ROS,随着ROS不断累积,可导致铁死亡㊂甲羟戊酸途径影响辅酶Q10(CoQ10)的生成, CoQ10通过其抗氧化功能,成为铁死亡内源性抗氧化抑制剂,如果CoQ10被大量消耗,可导致致命脂质过氧化的积累,引发铁死亡[12]㊂铁死亡的发生也受细胞内NADPH水平和硒(Se)丰度的影响,NADPH是一种细胞内还原剂,可消除脂质氢过氧化物,Se是GPX4生物合成所需的,促进了铁死亡的抗性㊂RPL8㊁IREB2㊁ATP5G3㊁CS㊁TTC35㊁ACSF2六个高置信度基因,在Erastin诱导的铁死亡中起特定作用,ATP5G3㊁CS㊁TTC35和RPL8在敲低后可抑制Erastin诱导的铁死亡,IREB2是铁代谢的主要转录因子,其沉默会降低对铁死亡的敏感性㊂2㊀铁死亡与脑卒中相关性2.1㊀铁死亡与出血性脑卒中:出血性脑卒中因血管血压升高㊁血管硬化引起脑血管突然破裂所致,脑出血发生后其病理过程分为两个阶段,分别为原发性脑损伤(PBI)和继发性脑损伤(SBI)㊂原发性脑损伤主要是血液引起的机械损伤,一方面表现为大量出血导致脑组织直接破坏,另一方面表现为血肿对周围神经和脑组织的压迫㊂而继发性脑损伤被认为是脑出血之后的灾难性阶段,炎症㊁氧化应激㊁红细胞裂解物铁的细胞毒性等均与继发性脑损伤有关[13]㊂脑出血后,红细胞裂解释放大量血红蛋白,被激活的小胶质细胞和浸润的巨噬细胞则会吞噬并降解血红蛋白,释放游离铁,铁过度积累,则为神经细胞发生铁死亡创造了天然的铁过载环境㊂已有研究证实在脑出血模型中存在神经元铁死亡,铁死亡抑制剂Liproxsta-tin-1和Ferrostatin-1可直接抑制血红蛋白释放游离铁[14];铁螯合剂去铁胺有效减少铁介导的神经元损伤并改善预后;脑泰方调节神经元细胞铁代谢,减轻铁负荷及脂质过氧化累积,通过抑制脑出血后神经元铁死亡发挥脑保护作用[15],与去铁胺作用类似㊂此外, GPX4作为铁死亡的主要上游调节剂之一,其活性受到抑制时可引起脂质过氧化并诱导铁死亡的发生,与脑出血不良预后相关㊂急性出血性脑卒中大鼠GPX4表达水平急剧下降,增加GPX4水平可以避免神经元继发性铁死亡的发生㊂另外研究表明GPX4抑制与环加氧酶-2(cyclooxygenase-2,COX-2)和脂氧合酶(ALOX15)的表达增加有关,下调COX-2与ALOX15的表达可抑制脂质过氧化,以避免海马神经元细胞遭受氯化血红素诱导而发生铁死亡[16]㊂已有研究提示出血性脑卒中后铁死亡的发生主要与铁过载㊁GPX4及ALOX15表达水平相关,减少游离铁和抑制脂质过氧化的积累可抑制神经元铁死亡㊂目前还没有药物或手术治疗被证实能够显著改善脑出血后神经预后,抑制铁死亡可提高出血性脑卒中后神经元细胞存活率,基于铁死亡的干预治疗应被高度重视㊂2.2㊀铁死亡与缺血性卒中:缺血性脑卒中是颈动脉㊁椎动脉等供血动脉狭窄或闭塞而导致脑内供血不足,脑组织因缺血缺氧而发生坏死的疾病总称㊂缺血性脑卒中的研究目前主要集中于脑缺血再灌注损伤,缺血性脑卒中发生一段时间后,脑部血管可重新恢复正常的血液循环,而重新获得血液供给的脑组织不会修复受损组织,反而会加重脑损伤情况,出现神经细胞死亡等更为严重的现象㊂Tuo通过敲除小鼠Tau基因联合鼻腔注射铁死亡特异性抑制剂Fer-1或Lip-1,发现可显著减轻小鼠神经功能损伤及脑梗面积[16]㊂Tau蛋白异常,会引起细胞内铁积聚,诱导细胞死亡,从而加重铁介导的神经功能损伤㊂铁是参与氧气生成㊁神经递质合成等中枢神经系统的必要金属元素㊂缺血性卒中发生时,血脑屏障被破坏,大量铁会逐渐积聚在脑实质中并导致神经元损伤㊂在脑中动脉阻塞小鼠模型中可观察到缺血脑区的铁蓄积,同时缺血性卒中患者血清中也检测出铁浓度升高[17]㊂脑组织缺血缺氧时,铁蛋白㊁转铁蛋白及转铁蛋白受体表达增加,也可见神经元铁聚积㊂随着人类年龄增长,大脑铁含量也会增加,均提示铁代谢异常诱导的铁死亡是缺血性脑卒中的潜在因素,合理使用铁死亡抑制剂可减少铁含量,减轻神经元死亡㊂ACSL4和LOX是脂质代谢的关键,ACSL4水平上调,造成脂质过氧化,可诱发铁死亡,抑制ACSL4活性并减轻脂质过氧化,可有效保护大脑功能㊂此外,研究证明氨基酸代谢与缺血性卒中相关,其重要调节点位于System Xc-㊁GSH㊁GPX4三个位点㊂GPX4水平上调可有效改善脑卒中后大鼠继发性脑损伤程度㊂GPX4生物合成所必需的微量元素-硒,可增强细胞对铁死亡的抵抗,且腹腔注射含硒肽可增高GPX4表达,抑制ROS和细胞死亡,减少缺血损伤后梗死体积[18]㊂Sys-tem Xc-障碍影响着GSH的合成,缺血性脑卒中发生时,细胞外的谷氨酸水平可能会升高,引起谷氨酸中毒,谷氨酸过量释放可能产生持续的兴奋性毒性损害事件,加重脑缺血后的神经损伤㊂而依达拉奉可有效㊃725㊃抑制因胱氨酸缺乏引起的GSH含量降低所致的铁死亡,目前已用于急性缺血性脑卒中的临床治疗中[19]㊂因此,调控氨基酸代谢并调节GPX4的表达可改善铁依赖性神经元死亡并促进脑损伤恢复㊂以上研究证实铁死亡与缺血性脑卒中密切相关,目前机械取栓或重组组织型纤溶酶原激活剂快速再通是其主要治疗方法,由于整体治疗效果有限,因而深入探索其病理生理机制㊁并针对铁死亡提出新的治疗方案或联合治疗方案将具有重要的意义㊂3㊀总结与展望铁死亡与脑卒中密切相关,抑制铁死亡可减轻脑卒中后神经元细胞死亡并改善神经功能㊂在这篇综述中,我们概述了铁死亡的定义㊁发生机制,讨论了铁死亡与缺血性卒中㊁出血性卒中相关性研究进展,证实了铁死亡是干预脑卒中潜在的有希望的治疗靶点㊂但铁死亡的探索仍有许多问题亟待解决㊂以往研究表明,大脑的正常功能需要铁维持,铁代谢异常势必加重脑卒中后继发性脑损伤及不良预后㊂但现有研究较少,其详实的病理生理机制未明确,且大多为动物实验,仍需开展更广泛的基础及临床研究㊂针灸作为中医学经典疗法,在脑卒中后的治疗及康复中均有较高疗效㊂目前大量的临床研究已证实针刺可多角度改善脑卒中,但围绕铁死亡改善脑卒中后继发性脑损伤的具体作用机制还远远不够,未来需更多深入探索其潜在的作用机制,做到具有理论根据并且有实验结果依附,以期为基础实验及临床治疗提供更新颖的治疗方向㊂ʌ参考文献ɔ[1]㊀Zhou M,Wang H,Zeng X,et al.Mortality,morbidity,andrisk factors in China and its provinces,1990-2017:a sys-tematic analysis for the Global Burden of Disease 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铁死亡调控机制及在肺癌治疗中的研究进展
2021年㊀3月第41卷㊀第3期基础医学与临床Basic&ClinicalMedicineMarch2021Vol.41㊀No.3收稿日期:2020 ̄02 ̄29㊀㊀修回日期:2020 ̄06 ̄30基金项目:山东中医药大学附属医院高层次引进人才项目(2019)ꎻ山东省医药卫生科技发展计划项目(2019WS581)∗通信作者(correspondingauthor):zetaochen2007@126.com文章编号:1001 ̄6325(2021)03 ̄0442 ̄06短篇综述㊀铁死亡调控机制及在肺癌治疗中的研究进展徐㊀飞ꎬ陈维达ꎬ郭溟浩ꎬ陈泽涛∗(山东中医药大学附属医院老年医学科ꎬ山东济南250014)摘要:铁死亡是一种铁依赖性的脂质过氧化㊁活性氧自由基大量累积所致的细胞死亡模式ꎬ在形态和生化水平上都不同于细胞凋亡㊁坏死和自噬ꎮ它在肺癌发生发展中发挥重要作用ꎬ诱导肺癌细胞铁死亡成为抗肺癌治疗的新策略ꎮ本文对铁死亡发生过程中铁代谢㊁氨基酸和谷胱甘肽代谢㊁脂质代谢的主要调节机制和在肺癌发生发展㊁化疗药物耐药㊁放疗抵抗与免疫治疗中的作用分别进行阐述ꎬ以期加深对铁死亡的认识ꎬ为肺癌的临床治疗提供新方向和新思路ꎮ关键词:细胞程序性死亡ꎻ铁死亡ꎻ生化过程ꎻ肺肿瘤ꎻ肺癌治疗中图分类号:R734 2㊀㊀文献标志码:AProgressofferroptosismechanismandapplicationinlungcancertherapyXUFeiꎬCHENWei ̄daꎬGUOMing ̄haoꎬCHENZe ̄tao∗(DepartmentofGeriatricMedicineꎬtheAffiliatedHospitalofShandongUniversityofTraditionalChineseMedicineꎬJinan250014ꎬChina)Abstract:Ferroptosisisanewlydiscoveredmechanismofcelldeathcharacterizedbyaccumulationofirondepend ̄entlipidperoxidationandreactiveoxygenspeciesꎬwhichisdifferentfromapoptosisꎬnecrosisandautophagyinmorphologyandbiochemicalfindings.Itisinvolvedintheoccurrenceanddevelopmentoflungcancerꎬsoinducingferroptosisseemstobecomeanewstrategyforanti ̄lungcancertherapy.Thisreviewincludesthefollowings:mecha ̄nismofferroptosisfromtheaspectsofironmetabolismꎬaminoacidandglutathionemetabolismandlipidmetabo ̄lismꎻitseffectsonlungcanceroccurrenceandprogressionꎬchemotherapyresistanceꎬradiationresistanceandim ̄munotherapyrespectivelyꎬinordertoupdateinformationonferroptosisandthusprovidesanewdirectionandnewstrategyforlungcancertreatment.Keywords:programmedcelldeathꎻferroptosisꎻbiochemicalprocessꎻlungcancerꎻlungcancertherapy㊀㊀肺癌(lungcancerꎬLC)是全球肿瘤相关死亡的主要原因之一ꎬ其高发病率㊁高病死率成为世界关注的焦点ꎮ然而ꎬ传统的治疗手段以及分子靶向药物㊁肿瘤免疫疗法并没有为晚期或复发患者带来理想的利益ꎮ面对上述治疗困境ꎬ进一步探究肺癌的发生发展机制ꎬ发现新的治疗靶点ꎬ寻找有效的治疗方法与药物ꎬ是肺癌研究领域亟需解决的问题ꎮ既往根据细胞形态ꎬ将细胞死亡分为3种类型:凋亡(apoptosis)㊁自噬(autophagy)和细胞坏死(nec ̄rosis)ꎮ2012年ꎬ一种铁依赖性的脂质过氧化损伤徐飞㊀铁死亡调控机制及在肺癌治疗中的研究进展导致的新型非凋亡细胞死亡模式被提出ꎬ命名为 铁死亡 (ferroptosis)[1]ꎮ它本质上是由膜脂修复酶 谷胱甘肽过氧化物酶(glutathioneperoxidase4ꎬGPX4)活性失效㊁细胞内脂质过氧化物代谢障碍㊁铁依赖的脂质活性氧自由基(reactiveoxygenspeciesꎬROS)大量累积所致的细胞死亡ꎬ在形态学㊁遗传学㊁生化特征上与凋亡㊁坏死㊁自噬具有显著差异[1]ꎮ在形态学上ꎬ铁死亡主要表现为线粒体体积缩小㊁线粒体膜密度增加㊁线粒体嵴减少甚至消失㊁外膜破裂ꎬ而无细胞核浓缩㊁染色质边缘化[1]ꎮ与正常细胞相比ꎬ肿瘤细胞对铁需求量增加ꎬROS水平明显升高ꎬ正是这种对铁的高依赖性和高水平ROSꎬ使得肿瘤细胞更容易发生铁死亡[1]ꎮ因此ꎬ诱导肿瘤细胞铁死亡成为一种新型的抗肺癌治疗策略ꎮ本文将对铁死亡调节机制㊁铁死亡与肺癌的关系作一综述ꎬ以期为肺癌的治疗提供理论基础ꎮ1㊀铁死亡的调节机制铁代谢㊁氨基酸和谷胱甘肽代谢以及脂质代谢是铁死亡的3大生化过程ꎮ1 1㊀铁代谢铁在食物中主要以Fe3+形式存在ꎬ经肠道铁还原酶如细胞色素B㊁血红素加氧酶1(HO ̄1)等还原成Fe2+ꎬ并在二价金属转运蛋白1(divalentmetaltransporter1ꎬDMT1)的作用下转运至小肠上皮细胞(intestinalepithelialcellꎬIEC)ꎬ被IEC吸收[2]ꎮ在铁死亡过程中DMT1表达上调[2]ꎮIEC所吸收的铁(Fe2+)在膜铁转运蛋白(ferroportin1ꎬFPN1)的作用下被运输至细胞外ꎬ并在肠细胞基地外侧被多铜氧化酶蛋白氧化为Fe3+ꎬ与转铁蛋白(transferrinꎬTF)结合形成TF ̄Fe3+复合物ꎬ经血液循环ꎬ运输至各组织与脏器[2]ꎮ循环中的TF ̄Fe3+与细胞膜表面上的转铁蛋白受体1(transferrinreceptor1ꎬTFR1)结合ꎬ经胞吞作用进入细胞ꎬFe3+被释放ꎬ继而被前列腺六跨膜表皮抗原3(six ̄transmembraneepithelialantigenofprostate3ꎬSTEAP3)还原为Fe2+ꎬ经DMT1进入细胞质[2 ̄3](图1)ꎮ细胞质中的Fe2+称为不稳定铁池ꎬ具有代谢活性ꎬ在多种生物功能中发挥作用ꎬ如凋亡㊁坏死㊁铁死亡等ꎮ当细胞内铁过载和抗氧化能力不足时ꎬ游离的Fe2+ꎬ一方面ꎬ通过芬顿反应直接催化脂质过氧化物ꎬ产生大量羟自由基ꎬ激起强烈的氧化应激反应ꎬ产生大量的ROSꎬ诱发铁死亡[2]ꎻ另一方面ꎬ作为辅助因子ꎬ增强各种代谢酶(如LOX家族脂氧合酶㊁PDH1)活性ꎬ促进脂质ROS的生成[2]ꎮ因此ꎬ铁是铁死亡的必要元素ꎬ铁代谢是铁死亡的必要过程ꎮ1 2㊀氨基酸和谷胱甘肽代谢谷氨酸/胱氨酸转运体systemXc-ꎬ作为跨膜蛋白ꎬ由两个亚基组成 轻链SLC7A11(也称为xCT)和重链SLC3A2(也称为CD98)[1](图1)ꎮxCT为其主要功能亚基ꎬ由SLC7A11基因编码合成ꎬ对胱氨酸和谷氨酸有高度的特异性ꎬ负责主要的转运活动ꎻSLC3A2ꎬ主要作为伴侣蛋白ꎬ维持xCT蛋白的稳定性ꎮSystemXc-调控着胞外胱氨酸和胞内谷氨酸以1ʒ1比例交换进出细胞[1]ꎮ谷氨酸(glutamicacidꎬGlu)㊁半胱氨酸(cysteineꎬCys)和甘氨酸(glycineꎬGly)在谷氨酸 ̄半胱氨酸连接酶(glutamatecysteineligaseꎬGCL)和谷胱甘肽合成酶(glutamylcysteinesynthetaseꎬGSS)的催化下ꎬ生成还原型谷胱甘肽(glutathioneꎬGSH)(图1)ꎮ谷胱甘肽过氧化物酶(glutathioneperoxidasesꎬGPXs)是一种进化上高度保守的酶ꎬ以GSH为辅助因子ꎬ将过氧化物(如R ̄OOH)还原为相应的醇(如R ̄OH)ꎬ从而限制铁依赖的有毒自由基的形成(如R ̄O )ꎬ抑制脂质ROS的生成[1](图1)ꎮGPX4是铁死亡中最核心的调控因子ꎬ胞内GSH含量直接影响GPX4酶活性ꎮ1 3㊀脂质代谢脂质过氧化是指自由基或非自由基等氧化剂从多不饱和脂肪酸(polyunsaturatedfattyacidsꎬPUFAs)的二烯丙基亚甲基群中获取一个不稳定的氢原子ꎬ通过氧化作用生成大量脂质过氧化自由基和过氧化氢的过程[4]ꎮ细胞内PUFAs的含量决定着细胞脂质过氧化程度以及对铁死亡的敏感性ꎮ细胞经铁死亡诱导剂erastin处理后ꎬPUFAs花生四烯酸等和PUFA衍生物烟油酸盐等含量明显减少[5]ꎮ许多参与调控脂肪酸合成的因子和信号分子ꎬ如谷氨酰胺分解反应㊁柠檬酸合成酶和乙酰辅酶A羧化酶等脂氧合酶ꎬ通过介导脂质氧化参与调控铁死亡过程[6]ꎮ酯酰基辅酶A合成酶长链家族成员4(acyl ̄CoAsynthetaselong ̄chainfamilymember4ꎬACSL4)是344基础医学与临床㊀㊀Basic&ClinicalMedicine202141(3)图1㊀铁死亡调节机制示意图Fig1㊀Regulatorymechanismofferroptosis铁死亡脂质代谢的助力者ꎮ一方面ꎬACSL4和磷脂胆碱酰基转移酶3(lysophosphatidylcholineacyltrans ̄ferase3ꎬLPCAT3)将游离的长链多不饱和脂肪酸活化ꎬ促进溶血卵磷脂转换为卵磷脂ꎬ参与氧化细胞膜磷脂质的合成ꎬ进而介导铁死亡过程[7]ꎻ另一方面ꎬACSL4将花生四烯酸辅酶A酯化成酰基辅酶A(co ̄enzymeAꎬCoA)ꎬ用于脂肪酸氧化和铁死亡所需多不饱和脂肪酸的生物合成[7]ꎮCoA的缺失使得脂质过氧化底物减少ꎬ铁死亡程度下降[7]ꎮ在PUFAs相关的磷脂质中ꎬ含有花生四烯酸(arachidonoylꎬAA)或肾上腺酸(adrenoylꎬAdA)的磷脂酰乙醇胺(phosphatidylethanolaminesꎬPEs)ꎬ是铁死亡中脂质氧化作用的关键底物ꎬ能够被15 ̄脂氧合酶(15 ̄LOX)氧化生成脂质过氧化氢(H2O2)ꎬ促进铁死亡[8]ꎮ当ACSL4基因敲除或功能抑制时ꎬAA或AdA酯化过程受阻ꎬ细胞内脂质过氧化物产生减少ꎬ铁死亡被抑制[7]ꎮ2㊀铁死亡与肺癌的关系2 1㊀铁死亡与肺癌发生发展2 1 1㊀铁离子:流行病学和实验室研究证实ꎬ铁超载与肺癌的发生发展有关ꎬ高铁摄入量与肺癌风险之间存在显著正相关性ꎮ一项临床试验数据表明ꎬ肺癌患者的血清铁㊁铁蛋白㊁总铁结合力明显高于健康对照组ꎬ血清铁浓度越高ꎬ患肺癌风险越大[9]ꎮ与之结果一致的是ꎬ台湾一项研究对2018年至2009年309443名的招募时ꎬ非肿瘤人群进行中位随访时间为7 07年的随访ꎬ其中8060例确诊肿瘤ꎬ3066例因肿瘤死亡ꎬ高血清铁(>120μg/dL)增加了恶性肿瘤的发病与死亡风险ꎬ且与肿瘤发病率与病死率成正相关[10]ꎮ大量基础研究表明ꎬ过量的铁会诱发凋亡㊁坏死和铁死亡[3]ꎮ铁死亡诱导剂erastin促进ROS的累积和细胞死亡ꎬ外源性铁显著增强erastin所诱导的细胞死亡ꎬ而铁离子螯合剂(deferoxamineꎬDFO)能够逆转erastin所引起的细胞死亡现象[1]ꎮ在裸鼠肺癌肿瘤模型中ꎬ过表达转铁蛋白受体1(transferrinreceptor1ꎬTFR1加快肺癌细胞对铁的吸收速度ꎬ促进肿瘤生长ꎬ缩短小鼠生存期[11]ꎮ热休克蛋白B1(heatshockproteinB1ꎬHSPB1)通过抑制TFR1循环ꎬ降低细胞内铁离子浓度ꎻHSPB1的失活有助于铁的积累ꎬ促进erastin所诱导的肿瘤细胞铁死亡[12]ꎮ值得一提的是ꎬ虽然铁444徐飞㊀铁死亡调控机制及在肺癌治疗中的研究进展可以通过芬顿反应促进脂类ROS生成ꎬ但其他途径(如H2O2)造成的ROS累积并不会引起铁死亡ꎮ因此ꎬ铁在铁死亡中的作用机制和应用方面的许多问题仍然没有答案ꎮ2 1 2㊀SLC7A11:SLC7A11为一种潜在的肺癌生物标志物ꎬ与癌旁组织相比ꎬSLC7A11在NSCLC组织中高表达ꎬ与生存期成负相关[13]ꎮ在体内外ꎬSLC7A11均能促进肺癌细胞的增值与转移ꎬ敲减SLC7A11可逆转上述现象[13]ꎮ在人肺腺癌细胞系A549中ꎬSLC7A11通过介导胱氨酸摄取帮助肺癌细胞在细胞应激下重建氧化还原稳态ꎬ减少ROS的生成ꎬ具有促进肿瘤的作用ꎻ反之ꎬsiRNA干扰敲低SLC7A11表达ꎬ降低细胞内GSH含量ꎬ抑制A549细胞增殖[13]ꎮ在KARS突变型肺腺癌患者中ꎬSLC7A11高表达ꎬ与肺癌进展呈正相关[14]ꎮ与之对应的是ꎬ在KARS突变的肺腺癌细胞系中ꎬ胞内胱氨酸㊁GSH含量较高ꎮ敲除SLC7A11基因或阻断SLC7A11功能ꎬ能够降低胞内胱氨酸摄取㊁抑制细胞内GSH的生物合成ꎬ在体外显著抑制肿瘤生长与转移㊁延长小鼠生存期ꎬ在体内选择性杀伤KARS突变的肺癌细胞[14]ꎮKARS突变型肺腺癌细胞对SLC7A11的缺失更为敏感ꎬ这为KARS突变肺癌的治疗带来希望ꎮ2 1 3㊀GPX4:GPX4在癌组织中的表达高于正常组织ꎬ与肺癌TNM分期㊁淋巴转移和远处转移成正相关ꎬ与患者预后㊁生存期呈负相关ꎻ肺癌细胞系亦呈现GPX4高表达状态[15]ꎮ过表达GPX4能够促进肺癌细胞增殖ꎬ抵抗铁死亡ꎻ反之ꎬsiRNA敲减GPX4表达或RSL3抑制GPX4活性ꎬ抑制H1299㊁A549和NCI ̄H460细胞增殖㊁迁移㊁侵袭ꎬ而铁死亡抑制剂ferrostatin ̄1(Fer ̄1)可逆转上述现象[15]ꎮ这意味着抑制GPX4能够诱导肺癌细胞发生铁死亡ꎬ靶向GPX4可能是一种新的肺癌治疗模式ꎮ2 1 4㊀FSP1:FSP1是一种独立于经典GPX4信号通路的铁死亡抑制因子和非线粒体CoQ抗氧化剂系统的关键成分[16]ꎮ当肺癌细胞GPX4基因缺失时ꎬFSP1被豆蔻酰化修饰ꎬ利用NAD(P)H还原CoQ10ꎬ生成亲脂性自由基捕获抗氧化剂(radical ̄trappingantioxidantsꎬRTA)阻止脂质过氧化ꎬ从而抑制铁死亡[16]ꎮFSP1表达水平越高ꎬ肺癌细胞铁死亡抵抗程度越大ꎬ而FSP1抑制剂(iFSP1)可逆转FSP1所致的铁死亡抵抗ꎬ增加肺癌细胞对铁死亡的敏感性ꎬ促进肺癌细胞发生铁死亡[16]ꎮ目前ꎬ对于FSP1的研究还处于萌芽阶段ꎬ后续还需进一步研究ꎮ2 2㊀铁死亡与化疗药物耐药顺铂(cisplatinꎬDDP)通过促进脂质过氧化ꎬ升高MDA㊁ROSꎬ促进HO ̄1和NQO ̄1的表达ꎬ诱导肺癌细胞铁死亡ꎬ而这一过程可被Fer ̄1所抑制[17]ꎮNrf2/xCT通路的激活是NSCLC细胞耐顺铂的主要机制之一ꎮErastin和索拉菲尼通过抑制Nrf2下游靶基因xCT的表达ꎬ耗竭GSHꎬ诱发铁死亡ꎬ降低细胞活性ꎬ增强NSCLC细胞对顺铂的敏感性[18]ꎮ相反ꎬ过表达SLC7A11增强肺癌细胞对顺铂的耐药性[18]ꎮ将SLC7A11的表达与1400种候选抗癌药物的效力联系起来ꎬ其中ꎬ与39种药物药效呈正相关ꎬ与296种药物药效呈负相关ꎬ提示SLC7A11可作为谷胱甘肽介导的抗癌药物耐药性的预测因子ꎬ预测多种化学药物敏感性[19]ꎮ与A549细胞相比ꎬA549 ̄DDP细胞(A549顺铂耐药株)高表达GPX4[20]ꎮ抑制GPX4可增强顺铂的细胞毒性作用ꎻ反之ꎬ过表达GPX4导致顺铂细胞毒性减弱[20]ꎮ与单纯顺铂或GPX4特异性抑制剂RSL3治疗相比ꎬ顺铂联合RSL3显著抑制了H1299和A549细胞活性㊁迁移与侵袭ꎬMDA㊁ROS㊁脂质过氧化物含量升高ꎬ提示RSL3可增强顺铂的敏感性[20 ̄21]ꎮ此外ꎬ铁自噬被证实促进癌细胞铁死亡ꎮ在这一过程中ꎬ铁蛋白降解ꎬ铁离子从内涵体释放到细胞质内不稳定的铁池中ꎬ从动态铁池释放的过量的铁通过芬顿反应ꎬ产生大量的ROSꎬ诱发铁死亡ꎮ顺铂处理肺癌细胞所引起的细胞内铁离子浓度㊁MDA和ROS含量升高㊁铁蛋白(ferritin1ꎬFTH1)表达下降ꎬ被自噬抑制剂3 ̄MA所逆转ꎬ提示顺铂能够诱发铁自噬[20]ꎮ在体外ꎬ与顺铂组相比ꎬ顺铂联合RSL3组FTH1水平下降ꎬ自噬标志物LC3BⅡ/LC3BⅠ比值升高㊁P62蛋白水平下降ꎬ细胞内铁离子浓度和MDA含量增加[20]ꎮ总之ꎬ上述现象表明ꎬ顺铂能够通过介导铁自噬ꎬ诱发铁死亡ꎮ2 3㊀铁死亡与放疗抵抗经放射治疗(ionizingradiationꎬIRꎻ简称放疗)处理后ꎬNSCLC细胞ROS含量升高ꎬACSL4㊁SLC7A11㊁544基础医学与临床㊀㊀Basic&ClinicalMedicine2021 41(3)GPX4表达升高ꎬ线粒体缩小ꎬ膜密度增强ꎬ为典型的铁死亡形态学特征ꎻ铁死亡抑制剂Fer ̄1可逆转IR所引起的细胞死亡ꎬ提高NSCLC细胞活性[22]ꎮ采用CRISPR/Cas9技术沉默H460和A549细胞中ACSL4表达后ꎬACSL4的缺失显著减弱了erastin所诱导的肺癌细胞铁死亡ꎬ促进放疗抵抗[22]ꎮ过表达SLC7A11或GPX4基因削弱IR所诱导的脂质过氧化反应ꎬ降低铁死亡标志基因PTGS2的表达ꎬ抑制铁死亡ꎬ增强NSCLC细胞的放疗抵抗性[22]ꎮ与正常NSCLC细胞相比较ꎬGPX4在放疗抵抗性NSCLC细胞中表达明显升高[23]ꎮRNA干扰技术沉默GPX4后ꎬ放疗抵抗性A549(A549 ̄R)和H460(H460 ̄R)对铁死亡的敏感性增强[23]ꎮ因此ꎬ铁死亡激活剂erastin能够增强A549 ̄R和H460 ̄R细胞对放疗的敏感性ꎬ降低NSCLC细胞对放疗的耐药性ꎬ促进细胞死亡ꎻ反之ꎬ铁死亡抑制剂DFO可部分 挽救 erastin所诱导的细胞死亡[23]ꎮMicroRNA(miRNA)是一种非编码RNAꎬ参与调控多种癌基因表达ꎬ在放疗抵抗性NSCLC细胞中ꎬmiR ̄7 ̄5p表达升高ꎬmiR ̄7 ̄5p通过下调线粒体铁转运蛋白ꎬ降低Fe2+浓度ꎬ减弱芬顿反应ꎬ降低细胞内ROS含量ꎬ抑制铁死亡ꎬ增强细胞放射抵抗性[24]ꎮ2 4㊀铁死亡与免疫治疗T细胞介导的细胞免疫在肿瘤发生发展中过程中发挥重要作用ꎮ在免疫治疗过程中活化的CD8+T细胞能够增强肿瘤细胞内铁死亡特异性的脂质过氧化反应ꎻ反之ꎬ铁死亡的激活有助于免疫治疗的抗肿瘤效果[25]ꎮCD8+T细胞释放的IFN ̄γ下的表达ꎬ抑制胱氨酸的摄取ꎬ促进脂质过氧化和铁死亡[25]ꎮ耗竭胞内胱氨酸或阻断PD ̄L1免疫检查点ꎬ显著增强T细胞介导的抗肿瘤免疫ꎬ诱导肿瘤细胞铁死亡[25]ꎮ同时ꎬ临床数据显示ꎬ在黑色素患者中ꎬ胱氨酸相关转运蛋白SLC7A11和SLC3A2的表达与CD8+T细胞的数量㊁IFN ̄γ的表达水平以及患者的预后成负相关[25]ꎮ虽然目前针对肺癌ꎬT细胞与铁死亡的关系未明确指出ꎬ但是ꎬ不难发现T细胞促进肿瘤细胞铁死亡是一种潜在的治疗方法ꎬ有助于增强免疫治疗疗效ꎮ3㊀总结铁死亡ꎬ作为一种新发现的细胞死亡形式ꎬ在肿瘤治疗中表现出独特的优势和巨大的潜力ꎮ许多侵袭性和抗药性的癌细胞对铁死亡的敏感性ꎬ以及美国FDA批准六甲蜜胺(altretamine)㊁索拉菲尼(sor ̄afenib)㊁二氧化硅纳米颗粒(silicananoparticles)作为铁死亡诱导剂用于肿瘤治疗ꎬ这使得人们对铁死亡的治疗潜力产生了很高的期望ꎮ虽然ꎬ近年来铁死亡相关研究取得了巨大的进展ꎬ但仍有一些悬而未决的问题有待解决ꎬ如铁死亡中ROS的特殊性㊁铁死亡在免疫治疗中的具体作用等ꎮ此外ꎬ不同组织间细胞对铁死亡的敏感性存在很大的差异ꎬ对铁死亡诱导剂索拉菲尼㊁erastin等敏感性也具有显著的个体间差异ꎮ因此ꎬ寻找能够反映细胞㊁个体对铁死亡敏感性的生物指标㊁发现新的铁死亡诱导剂ꎬ对于提高对铁死亡相关疾病的认识㊁肺癌诊疗水平具有重要意义ꎮ铁死亡将成为肿瘤治疗的一种新策略ꎬ打破目前肺癌治疗的瓶颈ꎬ为肺癌患者带来利益ꎮ参考文献:[1]DixonSJꎬLembergKMꎬLamprechtMRꎬetal.Ferropto ̄sis:aniron ̄dependentformofnonapoptoticcelldeath[J].Cellꎬ2012ꎬ149:1060 ̄1072.[2]TortiSVꎬManzDHꎬPaulBTꎬetal.Ironandcancer[J].AnnuRevNutrꎬ2018ꎬ38:97 ̄125.[3]TortiSVꎬTortiFM.Ironandcancer:moreoretobemined[J].NatRevCancerꎬ2013ꎬ13:342 ̄355. 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[8]StoyanovskyDAꎬTyurinaYYꎬShrivastavaIꎬetal.Ironcatalysisoflipidperoxidationinferroptosis:regulateden ̄zymaticorrandomfreeradicalreaction?[J].FreeRadicBiolMedꎬ2019ꎬ133:153 ̄161.[9]SukiennickiGMꎬMarciniakWꎬMuszyńskaMꎬetal.Ironlevelsꎬgenesinvolvedinironmetabolismandantioxida ̄tiveprocessesandlungcancerincidence[J].PLoSOneꎬ2019ꎬ14:1 ̄13.[10]WenCPꎬLeeJHꎬTaiYPꎬetal.Highserumironisasso ̄ciatedwithincreasedcancerrisk[J].CancerResꎬ2014ꎬ74:6589 ̄6597.[11]CaiJꎬGuBꎬCaoFꎬetal.Atransferrin ̄targetmagnetic/fluorescentdual ̄modeprobesignificantlyenhancesthedi ̄agnosisofnon ̄smallcelllungcancer[J].Oncotargetꎬ2016ꎬ7:40047 ̄40059.[12]SunXꎬOuZꎬXieMꎬetal.HSPB1asanovelregulatorofferroptoticcancercelldeath[J].Oncogeneꎬ2015ꎬ34:5617 ̄5625.[13]JiXꎬQianJꎬRahmanSMJꎬetal.xCT(SLC7A11) ̄me ̄diatedmetabolicreprogrammingpromotesnon ̄smallcelllungcancerprogression[J].Oncogeneꎬ2018ꎬ37:5007 ̄5019.[14]HuKꎬLiKꎬLvJꎬetal.SuppressionoftheSLC7A11/glutathioneaxiscausessyntheticlethalityinKRAS ̄mutantlungadenocarcinoma[J].JClinInvestꎬ2020ꎬ130:1752 ̄1766.[15]LaiYꎬZhangZꎬLiJꎬetal.STYK1/NOKcorrelateswithferroptosisinnon ̄smallcelllungcarcinoma[J].BiochemBiophysResCommunꎬ2019ꎬ519:659 ̄666.[16]DollSꎬFreitasFPꎬShahRꎬetal.FSP1isaglutathione ̄independentferroptosissuppressor[J].Natureꎬ2019ꎬ575:693 ̄698.[17]SatoMꎬKusumiRꎬHamashimaSꎬetal.Theferroptosisinducererastinirreversiblyinhibitssystemxc ̄andsynergizeswithcisplatintoincreasecisplatin scytotoxicityincancercells[J].SciRepꎬ2018ꎬ8:1 ̄9.[18]LiYꎬYanHꎬXuXꎬetal.Erastin/sorafenibinducescis ̄platin ̄resistantnon ̄smallcelllungcancercellferroptosisthroughinhibitionoftheNrf2/xCTpathway[J].OncolLettꎬ2020ꎬ19:323 ̄333.[19]HuangYꎬDaiZꎬBarbacioruCꎬetal.Cystine ̄glutamatetransporterSLC7A11incancerchemosensitivityandche ̄moresistance[J].CancerResꎬ2005ꎬ65:7446 ̄7454. 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转铁蛋白的研究进展_赵建辉
1转铁蛋白的结构与理化性质转铁蛋白是Holmberg和Laurell首次发现的[1]。
不同种类的转铁蛋白有不同的物理、化学和免疫特性,但均有两个三价铁离子结合位点[2,3]。
在不同研究中,按其含铁数目,分普通转铁蛋白或铁饱和转铁蛋白、单铁转铁蛋白、脱铁转铁蛋白。
按其构型,分普通型转铁蛋白和异构型转铁蛋白。
转铁蛋白是单链糖基化蛋白,糖基约占6%,由N端和C端两个具有高度同源性的结构域组成,两个结构域由一短肽连接,N端、C端结构域又由两个大小相同的小亚基构成,小亚基间的间隙是Fe3+结合位点,能可逆地结合Fe3+[4]。
Fe3+与来自两个赖氨酸的氧原子、一个组氨酸的氮原子、一个天门冬氨酸的氧原子和碳酸阴离子中的两个氧原子通过配位键形成一个八面体的几何形状。
除了Fe3+,很多其他二价和三价金属离子也可结合到这个结合位。
转铁蛋白二硫键对其结合金属离子以及受体有一定影响。
已经证实人转铁蛋白是由两个结构相似的分别位于N-端和C-端的球形结构域组成的单一肽链,含有679个氨基酸残基,共有38个Cys,形成19对二硫键,其中,N结构域有8个,C结构域有11个[5]。
二硫键对于蛋白质维持其构象起很重要的作用,这不仅可以稳定二级和三级的肽链内部结构,而且可以介导肽链间四级结构的形成[6]。
转铁蛋白的特异吸收光谱是转铁蛋白结合铁离子后的反映[5],大多数转铁蛋白结合铁后的特异吸收峰在400~500nm之前。
转铁蛋白在生物体内有调节铁离子平衡和能量平衡的双重作用,即转铁蛋白在机体中的铁离子交换的动力学不仅包括物质的量的变化,也包括物质的能量转化。
此外,转铁蛋白特异吸收峰的差异,也可能反映了转铁蛋白分子上结合铁离子部位在结构上的差异。
等电点(PⅠ)是蛋白质最典型的物理特性,大多数转铁蛋白的等电点偏酸性,如人血清转铁蛋白等电点为5.9[7]。
转铁蛋白显酸性是由其蛋白质中氨基酸总的电荷决定的,这与转铁蛋白在结合铁的过程中形成Fe3+-TRF-CO2-红色三元配合物而传递铁离子的生理功能是吻合的[8]。
铁调素及其调控机制研究进展
铁调素及其调控机制研究进展李笑飞(综述);李英梅(审校)【摘要】铁调素是一种肝脏分泌的小分子肽,其对铁代谢调节起负调控作用。
铁的缺乏与过载会导致多种疾病,但机体本身缺乏对铁排泄的调控机制,所以铁调素的负调控作用对维持机体铁代谢平衡尤为重要,对铁调素调控机制的研究也逐渐受到关注。
研究发现铁代谢异常、贫血、炎症、缺氧等因素均对铁调素的生成起调控作用,从而间接地影响机体铁代谢平衡。
随着分子生物学的发展,在明确铁调素基因表达及分子构成的基础上,对刺激其表达的信号通路也取得了研究进展,如经典的BMP/SMAD信号通路和JAK/STAT信号通路。
调节信号通路的调节因子也随之被发现,如铁调素调节蛋白、跨膜丝氨酸蛋白6、Neogenin蛋白、遗传性血色素沉着症候选基因等。
它们的发现有助于阐明生理性和病理性铁代谢异常的分子生物学机制,同时使铁调素有望成为新的诊治铁代谢异常疾病的手段。
%Hepcidin is a small molecular peptide synthesized and secreted by liver which is responsible for the degenerative regulation of iron metabolism.Iron deficiency and overload will lead to many diseases, because there is no regulation mechanism of iron excretion in human body ,the degenerative regulation of hep-cidin is particularly important to maintain iron metabolism balance.Study on this regulation mechanism has more attention.Study found that abnormal ironmetabolism,inflammation,anemia and hypoxia can affect hep-cidin formation and indirectly affect iron metabolism balance .With the development of molecular biology , after clarifying gene expression and molecular signaling pathways of hepcidin ,progress has been made in thepathways of stimulating hepcidin expression,such as the classicBMP/SMAD and JAK/STAT signal path-ways.Regulators have also been found such as HJV,TMPRSS6,Neogenin,HFE,the discovery of which is helpful to elucidate the molecular biological mechanisms of physiological and pathological abnormal iron metabolism,and make hepcidin promising to become the new diagnosis and treatment method of abnormal i-ron metabolism.【期刊名称】《医学综述》【年(卷),期】2016(000)003【总页数】4页(P436-439)【关键词】铁调素;铁代谢;调控机制【作者】李笑飞(综述);李英梅(审校)【作者单位】上海中医药大学附属普陀医院老年科,上海200062;上海中医药大学附属普陀医院老年科,上海200062【正文语种】中文【中图分类】R589.9机体缺乏有效的铁排泄机制,控制铁吸收对维持铁代谢平衡十分关键。
转铁蛋白研究进展
。由于每个 T f 分子 。apo2T f 对 Fe 和
3+ 2+ 3+
可逆地结合两个三价铁离子 ,二硫键对于 T f 结合金 属离子及其受体显得十分重要
2+ 2+ [18 ]
Cu 均有较强的亲和力 ,但 Fe 与 T f 的亲和力大于 Cu 与 T f 的亲和力
[19 ]
3+
, 即使 T f2Cu 和 T f2Fe
,它们的 T f 仍然表现出多态性 , 生理活性也
一被铁饱和 。T f 的两个铁离子位点的结合能力是 不同的 ,因此 ,两个半分子在结构 、 序列和功能上是 有区别的 。Aisen 等 从生理的角度 , 用 Fe 2 NTA ( 氨三乙酸 ) 复合物测定盲鳗血清 T f 的铁结合
[38 ] [39 ,40 ] 3+
第一作者简介 :龙华 ,男 ,1964 年 8 月出生 , 副研 。工作单位 : 湖北省 荆州市中国水产科学研究院长江水产研究所 , 邮编 :
434000 。
键 ,其中 ,N 结构域有 8 个 ,C 结构域有 11 个来自[16 ]。二
硫键对于蛋白质维持其构象起很重要的作用 , 这不 仅可以稳定二级和三级的肽链内部结构 , 而且可以 介导肽链间四级结构的形成
erophilins) 在长期的进化过程中 , 形成了若干分支 ,
[44 ]
输与代谢 ,参与呼吸 、 细胞增殖和免疫系统的调节 , 还能调节铁离子平衡和能量平衡 , 更具有抗菌杀菌 的保护功能 , 因而 T f 具有较全面的蛋白质生理功 能
[36 ]
。
T f 的主要生理功能是把铁离子从吸收和储存
由于不同种的 T f 氨基酸序列有相当大的同源性 ,它 们的空间结构也十分相似 ,形成的结构域也很类似 。 由于 T f 结构域中还存在更小的空间结构单位 ,因而 具有空间结构的稳定性 , 故 T f 有较强的热稳定性 , 这与 T f 进化的保守性和氨基酸序列的保守性是一 [38 ] 致的 。此 外 , 一 些 冷 水 性 鱼 类 ( 鳕 科 、 鲑科 等)
铁死亡的发生机制及其在脑出血中的作用与相关药物治疗研究进展
中,脑出血后继发性脑损伤是目前临床治疗的难点。研究表明,铁死亡与脑出血后继发性脑损伤的过程密切相关。
深入研究脑出血后铁死亡的发生机制及其药物治疗的前景,将为脑出血后继发性脑损伤的诊治提供新思路和新
靶点。
力降低,氧化还原失衡,对 ROS 和脂质过氧化物清除
维持正常生理过程的重要微量元素之一,参与体内不足Leabharlann 诱发铁死亡;氨基酸反转运蛋白系统对胱氨
多种代谢途径。生理状态下,机体摄取铁主要是通
酸、谷氨酸的反向转运可以直接影响细胞内胱氨酸
过食物及衰老红细胞回收利用铁,从食物中摄取的
的含量进而影响 GSH 的生成,影响 GPX4 的活性,也
2024 年 4 月
第 41 卷
第4期
·373·
酸转运通路的调节[6]。相关研究表明,铁死亡病理
负责为合成 GSH 提供原料,将细胞外的胱氨酸转运
过程主要与机体铁代谢紊乱诱导脂质过氧化、GSH到细胞内,进一步还原为半胱氨酸而参与 GSH 的合
GPX4 依赖性抗氧化防御系统的失活有关,是介导铁
成,同时将胞内谷氨酸转运出去[19]。氨基酸反转运
[3]
患者生存质量 。ICH 的不良预后不仅归因于血肿
性氧(reactive oxygen species,ROS)、脂质过氧化物的
机械压迫与高颅压损伤,还包括以细胞毒性、血脑屏
积累、胱氨酸摄取减少、谷胱甘肽合成量下降而消耗
障破坏和细胞内代谢紊乱为特征的继发性损伤(sec⁃
增加、GPX4 活性下降等[1]。在基因水平上,受铁代
血 管 病 的 15% 左 右[2]。 ICH 发 病 率 高 、预 后 差 ,约
铁死亡与自噬在疾病中的研究进展
㊀㊀ʌ摘㊀要ɔ㊀铁死亡是一种铁依赖的㊁以谷胱甘肽过氧化物酶4活性丧失㊁脂质过氧化物沉积为特点的细胞死亡方式ꎮ自噬是一种高度保守的㊁用于降解和回收利用生物大分子或受损细胞器的过程ꎮ当自噬过度激活时ꎬ也会引起细胞的自噬性死亡ꎮ文章就铁死亡与自噬的相互关系及其在神经系统疾病㊁循环系统疾病和肿瘤中的研究进展作一综述ꎬ以期加深对铁死亡及自噬关系的认识ꎮʌ关键词ɔ㊀铁死亡ꎻ自噬ꎻ相互关系ꎻ铁离子ʌDOIɔ㊀10.3969/j.issn.1671 ̄6450.2019.12.023Researchprogressofirondeathandautophagyindiseases㊀PENGXiaꎬFANGCongcongꎬXUYuming.DepartmentofPediatricsꎬRenminHospitalofWuhanUniversityꎬHubeiProvinceꎬWuhan430060ꎬChinaCorrespondingauthor:YAOBaozhenꎬE ̄mail:professoryao@aliyun.com㊀㊀ʌAbstractɔ㊀Irondeathisaniron ̄dependentcelldeathmodecharacterizedbylossofglutathioneperoxidase4activityandlipidperoxidedeposition.Autophagyisahighlyconservativeprocessusedtodegradeandrecyclebiologicalmacromole ̄culesordamagedorganelles.Whenautophagyisoveractivatedꎬautophagicdeathofcellsisalsocaused.Thisarticlereviewstherelationshipbetweenirondeathandautophagyanditsresearchprogressinnervoussystemdiseasesꎬcirculatorysystemdis ̄easesandtumorsinordertodeepentheunderstandingoftherelationshipbetweenirondeathandautophagy.㊀㊀ʌKeywordsɔ㊀FerroptosisꎻAutophagyꎻCorrelationꎻIronion㊀㊀早在铁死亡被命名之前ꎬ研究者们就已经发现了erastin㊁RSL3可以诱导细胞以一种不同于凋亡的方式死亡ꎬ且这种细胞死亡方式可以被铁螯合剂及抗氧化剂抑制ꎬ从而明确了这种细胞死亡方式与细胞内铁和活性氧(ROS)有关ꎮ2012年ꎬDixon等[1]发现这种细胞死亡方式在形态学㊁生化和遗传学上均与凋亡㊁坏死及自噬不同ꎮ由于这种细胞死亡方式特异地依赖于细胞内铁ꎬ故将其命名为铁死亡ꎮ铁死亡的机制尚未完全阐明ꎬ研究发现铁死亡存在复杂的细胞内调控机制ꎬ铁代谢㊁氨基酸代谢及脂质代谢都参与其中ꎮ自噬广泛存在于真核生物中ꎬ是依赖于细胞内溶酶体分解衰老或损伤的大分子或细胞器的过程ꎬ从而维持细胞内稳态[2]ꎮ然而ꎬ当细胞面对各种不利因素刺激时ꎬ自噬会过度激活ꎮ过度激活的自噬可以导致细胞发生自噬性死亡[3]ꎮ铁死亡和自噬作为2种不同的生物过程ꎬ在细胞内发挥着各自重要的作用ꎮ在铁死亡发现之初ꎬ研究者们认为这是一种与自噬截然不同的细胞死亡方式ꎮ近年来ꎬ虽然仍然存在很多争议ꎬ但是越来越多的研究在逐渐揭示铁死亡与自噬的关系ꎬ并在不同的疾病中证实ꎮ1㊀铁死亡的发生机制1.1㊀细胞内铁与铁死亡㊀铁作为生命必需的微量元素之一ꎬ主要以二价和三价铁离子的形式存在于机体内ꎮ正常情况下ꎬ小肠吸收或红细胞降解释放出的亚铁离子(Fe2+)被氧化为三价铁离子(Fe3+)ꎬFe3+经膜上转铁蛋白(transferrinꎬTF)㊁膜蛋白转铁蛋白受体1(transferrinreceptorprotein1ꎬTFR1)的作用后内吞入胞体ꎮ内吞入细胞内的Fe3+被还原成亚铁离子Fe2+ꎬ然后由二价金属离子转运蛋白1(divalentmetaltrans ̄porter1ꎬDMT1)或锌铁调控蛋白家族8/14(ZRT/IRT ̄likeproteins8/14ꎬZIP8/14)介导Fe2+储存到细胞内不稳定的铁池(labileironpoolꎬLIP)中和铁蛋白轻链多肽(ferritinlightchainꎬFTL)与铁蛋白重链多肽1(ferritinheavychain1ꎬFTH1)组成的铁储存蛋白复合物中ꎮ剩余部分亚铁离子将被氧化成Fe3+出胞ꎬ参与体内铁再循环ꎬ严格把控细胞内铁稳态ꎮ㊀㊀铁参与了生物体很多重要的功能ꎬ包括新陈代谢㊁氧转运㊁抗氧化反应及DNA合成等一系列生物过程ꎮFe ̄S是线粒体电子传递链中氧化还原酶类的重要辅助因子ꎬ如NADH㊁辅酶Q等ꎮ活性氧(reactiveoxygenspeciesꎬROS)的产生与铁稳态的扰动密切相关ꎬ而铁硫团簇(iron ̄sulfurclusterꎬISC)机械系统功能障碍明显加剧了ROS的产生[4]ꎮ然而ꎬ细胞内过多的铁通过芬顿反应产生羟自由基ꎬ从而促进不饱和脂肪酸(PU ̄FAs)的羟化ꎬ由此产生的脂质过氧化物和氢过氧化物严重影响细胞膜的结构和功能[5]ꎬ这个过程就是铁死亡ꎮ铁死亡过程可以被铁螯合剂阻断ꎬ说明细胞内铁与铁死亡密切相关[6]ꎮ而这些有毒的脂质过氧化物ꎬ在谷胱甘肽和谷胱甘肽过氧化物酶4(GPX4)的作用下才可以转变为为无毒的醇类物质ꎬ从而避免其对细胞的杀伤作用[7]ꎮ㊀㊀虽然细胞内铁与铁死亡密切相关ꎬ但是细胞内铁在铁死亡中的具体作用机制至今仍不明确ꎮDixon等[8]认为铁螯合剂抑制铁死亡最有可能的解释是阻止了铁向氧化物传递电子ꎬ从而抑制活性氧的生成ꎮ也有报道提出ꎬ铁螯合剂能够直接作用于含铁离子的酶ꎬ其中以脂氧合酶的可能性最大[9]ꎮ1.2㊀XC ̄系统与铁死亡㊀胱氨酸 谷氨酸反向转运系统(XC ̄系统)是一个广泛分布于磷脂双分子层的氨基酸逆向转运体ꎬ由轻链xCT(SLC7A11)和重链4F2(SLC3A2)组成[10]ꎮ通过XC ̄系统ꎬ胱氨酸与谷氨酸(GLu)以1ʒ1的比例在细胞内外进行交换ꎮ在细胞内ꎬ胱氨酸被谷胱甘肽(GSH)或硫氧还蛋白还原酶1还原为半胱氨酸ꎬ在γ ̄谷氨酰半胱氨酸合成酶和谷胱甘肽合成酶的作用下进一步合成GSH[11]ꎮ细胞摄取半胱氨酸是谷胱甘肽合成的关键步骤ꎬGSH的产生和维持对保护细胞免受氧化应激反应所造成的损伤至关重要ꎬ而半胱氨酸的含量需要转硫途径的调节[12 ̄13]ꎮKang等[14]发现高浓度Glu孵育神经细胞可以抑制XC ̄系统ꎬ从而抑制胱氨酸的摄入ꎬ引起细胞内谷胱甘肽减少和ROS的聚集ꎬ而抑制铁死亡可以抑制Glu引起的神经元死亡ꎮ这些研究都表明XC ̄系统参与了铁死亡过程ꎮ当XC ̄系统被抑制时ꎬ胱氨酸不能转入细胞内ꎬ谷胱甘肽合成减少ꎬ不能将有毒的脂质过氧化物还原成无毒的醇类物质ꎬ进而诱导了铁死亡的发生ꎮ1.3㊀GPX4与铁死亡㊀抑制XC ̄系统导致GSH减少和活性氧的聚集ꎮ当XC ̄系统功能正常且GSH正常合成时ꎬGSH也必须在GPX4的作用下将有毒的脂质过氧化物还原成无毒的醇类物质ꎮGPX4是铁死亡关键的调节因子ꎬ在预防脂质过氧化中起着至关重要的作用[15]ꎮ研究发现ꎬGPX4是唯一一种能够降低生物膜内脂质过氧化氢的酶ꎬ所以当GPX4功能受限时ꎬGSH并未耗竭ꎬ但脂质ROS明显升高ꎻ其次ꎬGSH是GPX4活性的一个必要的辅助因子[16]ꎮGPX4被抑制时将导致脂质ROS的形成及脂质过氧化ꎬ最后诱导铁死亡的发生[17]ꎮ1.4㊀脂质过氧化物与铁死亡㊀不饱和脂肪酸在氧存在情况下很容易发生脂质过氧化ꎬ这种过氧化反应在铁的存在下会加剧[18]ꎬ其中与铁死亡密切相关的不饱和脂肪酸包括花生四烯酸和肾上腺酸ꎮ酯酰基辅酶A合成酶长链家族成员4(AcylCoAsynthetaselong ̄chainfamilymember4ꎬACSL4)和脂质重塑相关的溶血卵磷脂酰基转移酶3(lysophosphatidyl ̄cholineacyl ̄transferase3ꎬLPCAT3)是参与脂质过氧化物形成的2种关键酶ꎬ在它们的作用下ꎬ不饱和脂肪酸转化成脂质过氧化物[19 ̄20]ꎮ脂质过氧化的积累会不可避免地会造成很大的损伤ꎮ丙二醛(MDA)是活性氧作用于生物膜不饱和脂肪酸而产生的脂质过氧化反应的最终产物ꎮ其积累可引起蛋白质与核酸的交联聚合ꎬ导致膜结构的不可逆破坏ꎬ最终导致细胞死亡[21]ꎮ2㊀自噬的过程㊀㊀相较于铁死亡ꎬ自噬的研究则更深入ꎮ目前研究认为ꎬ自噬主要有3种形式:(1)巨自噬ꎬ细胞内损坏的蛋白质㊁细胞器及胞内病原体等被细胞质产生的膜结构包裹ꎬ形成自噬体ꎬ最终与溶酶体融合后被降解ꎻ(2)微自噬ꎬ被降解物直接被溶酶体通过变形运动进行内吞ꎬ使其降解ꎬ这个过程不形成自噬体ꎻ(3)分子伴侣介导的自噬ꎬ待降解物需要与分子伴侣结合ꎬ然后被溶酶体上的溶酶体相关膜蛋白(lysosomalassociatedmembraneproteinꎬLAMPs)识别ꎬ并最终被溶酶体降解[22]ꎮ目前研究较多的自噬类型为巨自噬(以下简称为 自噬 )ꎮ自噬是一个复杂的过程ꎬ具体包括4个步骤:自噬的诱发ꎻ隔膜的延伸㊁闭合ꎬ形成自噬体ꎻ自噬体与溶酶体结合ꎬ形成自噬溶酶体ꎻ自噬体和内部物质的降解[23]ꎮ㊀㊀随着对自噬研究的深入ꎬ人们发现自噬也是有选择性的ꎮ细胞内存在这一些特殊的自噬ꎬ它们在某些特定的条件下对某种大分子或者细胞器进行特定的降解[24]ꎬ如线粒体自噬㊁内质网自噬㊁过氧化物酶体自噬㊁核糖体自噬和脂类自噬ꎮ3㊀铁死亡与自噬的关系㊀㊀铁死亡在发现之初ꎬ人们认为它是一种在生化㊁形态及基因水平与凋亡㊁坏死及自噬不同的细胞死亡途径[25]ꎬ然而随着研究的不断推进ꎬ越来越多的证据表明铁死亡的发生需要自噬机制的参与[26]ꎮHou等[27]通过在永生化小鼠胚胎成纤维细胞(MEFs)㊁人胰腺癌细胞系(PANC1和PANC2.03)和人纤维肉瘤细胞系HT ̄1080中敲低ATG5和ATG7抑制自噬后发现细胞内游离铁水平和脂质过氧化终产物(如MDA)水平均显著下降ꎬ而细胞内稳定铁蛋白标志物FTH1的表达显著上升ꎬ该研究首次从基因层面揭示了自噬和铁死亡关系ꎮZhou等[28]通过实验进一步证实了这种关系ꎬ发现这种特殊的自噬过程是以铁蛋白为底物的ꎮ之后ꎬ许多研究证实与铁死亡密切相关的大分子物质参与自噬的发生过程中ꎮGSH㊁GPX4及脂质过氧化物都是铁死亡过程中关键的大分子物质ꎬ研究表明在饥饿和氧化应激等条件下ꎬ自噬发生时伴随着GSH的下降[29]ꎻ而GPX4过表达可抑制ROS介导的自噬的发生ꎬ脂质过氧化物可以促进自噬体的形成[30 ̄31]ꎮ核受体辅激活因子4(NCOA4)是铁自噬过程中的选择性受体[32]ꎬ而下调NCOA4可以抑制erastin诱导的铁死亡ꎮ脂质自噬介导的脂滴降解可以促进铁死亡的发生[33]ꎮ其他如SLC7A11㊁NRF2㊁p53㊁HSPB1和ACSL4等铁死亡调控因子已经被证实是自噬的潜在调控因子ꎮ目前越来越多的研究证实过度的自噬可以促进铁死亡ꎮ然而ꎬ也有一些学者通过实验证实ꎬ铁死亡的发生可独立于自噬ꎮ4㊀铁死亡与自噬在疾病中的研究4.1㊀铁死亡与自噬在神经系统疾病中的研究㊀蛛网膜下腔出血(subarachnoidhemorrhageꎬSAH)是神经系统疾病中重要的一种ꎮ梁译丹等[33]研究证实ꎬ在SAH的大鼠模型中ꎬ通过侧脑室注射慢病毒沉默ATG5mRNA的表达从而抑制自噬ꎮ与单纯SAH组相比ꎬ慢病毒干预组PCR显示ATG5mRNA显著降低ꎻWestern ̄blot检测结果显示ATG5和LC3Ⅱ/Ⅰ蛋白表达量显著降低(P<0.05)ꎬ表明自噬被成功抑制ꎮ与此同时ꎬ与SAH组相比ꎬ慢病毒干预组的铁死亡标志物FTH1和GPX4表达升高(P<0.05)ꎬGSH含量提高ꎬ细胞内铁沉积减少ꎬ铁含量㊁MDA减少ꎮ上述研究结果表明自噬通过降解铁蛋白ꎬ促进铁死亡ꎮ该研究认为铁死亡的发生依赖于自噬的介导ꎬ在这之中铁蛋白发挥重要的中介作用ꎮ与之前的研究结果一致[28 ̄29]ꎬ即自噬通过降解铁蛋白ꎬ增加细胞内游离铁离子的浓度ꎬ从而促进铁死亡ꎮ这项研究为铁死亡和自噬的相关性提供了实验依据ꎮ4.2㊀铁死亡与自噬在循环系统疾病中的研究㊀Chen等[34]研究证实ꎬ在心力衰竭模型中ꎬ自噬铁死亡是同时发生的ꎮ激活的自噬与铁死亡与心力衰竭的发生发展密切相关ꎮ而Baba等[35]在心肌梗死的研究中得出了不同的结论ꎬ认为雷帕霉素机制靶点(mTOR)可以抑制心脏细胞中铁死亡的发生ꎬ从而发挥保护性作用ꎮ与此同时ꎬmTOR介导的对铁死亡的抑制过程中并没有伴随着自噬标志物的改变ꎬ这提示铁死亡可独立于自噬发生ꎮ4.3㊀铁死亡与自噬在肿瘤中的研究㊀香蒲新苷(typhaneoside)是一种可显著降低急性髓系白血病(acutemyeloidleukemiaꎬAML)细胞活力的药物ꎮ研究表明ꎬ香蒲新苷可通过作用于AMP活化蛋白激酶(AMP ̄activatedproteinkinaseꎬAMPK)信号通路激活自噬ꎬ从而进一步激活自噬依赖的铁蛋白的降解ꎬ最终诱导铁死亡的发生ꎬ而抑制自噬后则可以抑制这种细胞死亡方式[36]ꎮ这充分说明在香蒲新苷促进AML细胞发生铁死亡的过程是依赖于自噬的激活的ꎮ该研究再次为铁死亡和自噬的相互关系提供了充分的实验依据ꎮ而铁死亡与自噬在乳腺癌中的研究得出了不一样的结论ꎮ联合使用西拉米辛和拉帕替尼可以显著诱导乳腺癌细胞发生铁死亡ꎬ也可诱导细胞发生自噬性死亡ꎮ但是Ma等[37]通过实验证实这种联合用药诱导乳腺癌细胞发生自噬性死亡在时间上是落后于铁死亡的ꎮ这表明在西拉米辛和拉帕替尼治疗乳腺癌的过程中ꎬ铁死亡与自噬是独立发生的ꎮ铁死亡的发生并不总是依赖于自噬ꎬ铁死亡与自噬的关系仍未明确ꎬ其内在联系更为复杂ꎬ需要学者们更多的研究与探索ꎮ5㊀小㊀结㊀㊀铁死亡作为一种新型的细胞死亡方式ꎬ与多种疾病的发生发展密切相关ꎮ自噬作为一种保守的大分子或细胞器的降解过程ꎬ在病理情况下也会导致细胞的死亡ꎮ关于铁死亡与自噬的关系ꎬ目前尚无统一结论ꎮ虽然越来越多的研究证实铁死亡的发生伴随着自噬的激活ꎬ但是也有不少的研究表明铁死亡可独立于自噬的激活而存在ꎮ铁死亡与自噬的关系目前仍有许多未知的问题ꎬ且它们在疾病中的关系也处在研究的初级阶段ꎬ未来将在进一步的研究中深入揭示两者间的联系ꎮ参考文献[1]㊀DixonSꎬLembergKꎬLamprechtMꎬetal.Ferroptosis:AnIron ̄De ̄pendentFormofNonapoptoticCellDeath[J].Cellꎬ2012ꎬ149(5):1060 ̄1072.DO:10.1016/j.cell.2012.03.042.[2]㊀TurcoEꎬFracchiollaDꎬMartensS.RecruitmentandActivationoftheULK1/Atg1KinaseComplexinSelectiveAutophagy[J].JMolBi ̄olꎬ2019ꎬPii:S0022 ̄2836(19)30471 ̄1.DOI:10.1016/j.jmb.2019.07.027.[3]㊀HouJꎬRaoMꎬZhengWꎬetal.AdvancesonCellAutophagyandItsPotentialRegulatoryFactorsinRenalIschemia ̄ReperfusionInjury[J].DNACellBiolꎬ2019ꎬ38(9):895 ̄904.DOI:10.1089/dna.2019.4767.[4]㊀YangLꎬMihNꎬAnandAꎬetal.Cellularresponsestoreactiveoxygenspeciesarepredictedfrommolecularmechanisms[J].ProcNatlAcadSciUSAꎬ2019ꎬ116(28):14368 ̄14373.DO:10.1073/pnas.1905039116.[5]㊀ZhuTꎬShiLꎬYuCꎬetal.FerroptosisPromotesPhotodynamicThera ̄py:SupramolecularPhotosensitizer ̄InducerNanodrugforEnhancedCancerTreatment[J].Theranosticsꎬ2019ꎬ9(11):3293 ̄3307.DOI:10.7150/thno.32867.[6]㊀YuHꎬGuoPꎬXieXꎬetal.Ferroptosisꎬanewformofcelldeathꎬanditsrelationshipswithtumourousdiseases[J].JournalofCellularandMolecularMedicineꎬ2016.21(4):648 ̄657.DOI:10.1111/jcmm.13008.[7]㊀GongYꎬWangNꎬLiuNꎬetal.LipidPeroxidationandGPX4Inhibi ̄tionAreCommonCausesforMyofibroblastDifferentiationandFer ̄roptosis[J].DNACellBiolꎬ2019ꎬ38(7):725 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铁死亡在肺纤维化中作用机制的研究进展
㊃呼吸科专栏㊃[收稿日期]2023-02-15[基金项目]西安市科技计划项目[20200001Y X 001(1)][作者简介]刘茜(1998-),女,陕西榆林人,延安大学医学院学生,从事呼吸病学习研究㊂*通信作者㊂E -m a i l :128129130@s i n a .c o m铁死亡在肺纤维化中作用机制的研究进展刘 茜1,曹钰洁1(综述),李建英2*(审校)(1.延安大学医学院2021级内科学专业,陕西延安716000;2.陕西省西安市胸科医院呼吸与危重症医学科,陕西西安710100) [摘要] 铁死亡(f e r r o p t o s i s )是一种新型的调节性细胞死亡,其特征是细胞内铁离子与氧化还原系统失衡导致脂质过氧化产物过量生成㊂铁死亡在各种急慢性肺疾病的发生和发展中起着关键作用,已成为近年来研究的焦点㊂本文主要介绍铁死亡的调节机制,并概述铁死亡在肺纤维化中的显要作用,以阐明抑制铁死亡在治疗和预防肺纤维化中的潜力,以期为肺纤维化的治疗和预防提供更可靠的基础和原则㊂[关键词] 肺纤维化;铁死亡;综述文献 d o i :10.3969/j.i s s n .1007-3205.2024.04.008 [中图分类号] R 563.13 [文献标志码] A [文章编号] 1007-3205(2024)04-0413-05细胞死亡是所有生物体生命过程中必不可少的重要环节,意味着细胞生命的结束㊂2012年,D i x o n等[1]首先提出了铁死亡(f e r r o pt o s i s )的概念,这是新发现的不同于细胞凋亡㊁坏死㊁自噬㊁焦亡以及坏死性凋亡的一种氧化性㊁铁依赖性的细胞死亡形式㊂肺纤维化(p u l m o n a r y fi b r o s i s )是一种间质性肺疾病,由长期吸烟和粉尘(如石棉㊁二氧化硅和煤炭)㊁使用药物(如博来霉素和胺碘酮)㊁意外接触百草枯或放射治疗导致的肺损伤,病因多样,发病率高且生存率低㊂随着对肺纤维化机制研究的不断深入,越来越多证据表明,铁死亡与肺纤维化的发病有关㊂因此,深入了解铁死亡潜在调节机制将有助于提高铁死亡的靶向性,开发肺纤维化的新疗法㊂1 铁死亡的作用机制铁死亡已被证明与癌症相关细胞死亡㊁缺血再灌注损伤㊁神经系统疾病和急性肾损伤等有关[2-4]㊂在形态学上,经历铁死亡的细胞超微结构表现为线粒体皱缩㊁膜密度增加㊁嵴减少或消失[5]㊂这种线粒体结构上的变化是铁死亡的形态学标志,有助于与细胞凋亡(染色质凝聚㊁细胞骨架破裂和凋亡小体形成)㊁坏死性凋亡(细胞器肿胀㊁质膜破裂)和自噬(形成双膜封闭液泡)区分开来[6]㊂在生物化学上主要表现为谷胱甘肽(g l u t a t h i o n e ,G S H )耗竭,谷胱甘肽过氧化物酶4(g l u t a t h i o n e p e r o x i d a s e 4,G P X 4)失活,以及铁㊁脂质和氨基酸的代谢失衡导致脂质过氧化物(l i p i d p e r o x i d e s ,L P O )积累㊂在遗传学上,铁死亡与多个铁代谢相关基因㊁脂质合成和氧化应激途径有关[7]㊂1.1 铁代谢 铁是细胞增殖所必需的微量元素,也是人体中含量最丰富的金属元素之一㊂在正常的生理条件下,细胞内铁通过摄入和代谢总是处于稳态㊂经消化道吸收或由衰老红细胞分解形成的二价铁被铜蓝蛋白氧化成三价铁,细胞外液的三价铁通过细胞膜表面转铁蛋白和转铁蛋白受体1介导的内吞作用还原为二价铁并进入细胞质㊂该过程通过芬顿反应产生羟基自由基和活性氧(r e a c t i v e o x y ge n s pe c i e s ,R O S ),最终导致大量铁死亡标志物 磷脂氢过氧化物的形成,破坏细胞的细胞膜㊁蛋白质和D N A ,引发铁死亡[8]㊂除了直接利用铁外,细胞的许多氧化还原反应过程中,脂氧合酶和过氧化物酶的催化活性都需要铁的参与㊂有研究表明,转化生长因子β(t r a n s f o r m i n gg r o w t hf a c t o r -β,T G F -β)刺激上调人肺成纤维细胞系和小鼠原代肺成纤维细胞中转铁蛋白受体蛋白1的表达,转铁蛋白受体1通过T G F -β-T A Z -T E A D 信号通路使得细胞内二价铁过载,促进了成纤维细胞向肌成纤维细胞的转化[9],证明铁代谢和铁死亡在肺纤维化进展中发挥潜在作用㊂1.2 氨基酸代谢 由氨基酸代谢障碍引起的铁死亡主要与G S H 代谢异常有关㊂G S H 是哺乳动物细胞氧化还原平衡中不可替代的成分,且氧化还原反㊃314㊃第45卷第4期2024年4月河北医科大学学报J O U R N A L O F H E B E I M E D I C A L U N I V E R S I T YV o l .45 N o .4A pr . 2024应离不开G P X4㊁胱氨酸-谷氨酸抗转运蛋白(S y s t e m X c-)以及硫转移途径[10]㊂G S H是由细胞中胱氨酸还原的半胱氨酸通过谷氨酸半胱氨酸连接酶和谷胱甘肽合酶催化合成的[11]㊂半胱氨酸不仅是蛋白质合成的原料,也是G S H抗氧化的关键底物,以保护细胞免受氧化损伤㊂当半胱氨酸缺乏时,细胞通过胱氨酸-谷氨酸抗转运蛋白和硫转移途径获得半胱氨酸,以恢复细胞内G S H水平并保护细胞免受氧化损伤㊂除此之外G P X4能特异性还原过氧化的磷脂和脂肪酸,从而保护机体免受L P O 介导的氧化损伤,直接或间接抑制G P X4活性可使细胞膜L P O积累而导致细胞铁死亡[12]㊂简单来说,当胱氨酸-谷氨酸抗转运蛋白功能受损㊁硫转移途径失调㊁细胞内半胱氨酸不足㊁G P X4活性丧失时,间接使G S H减少,导致R O S的产生和L P O的积累从而引起铁死亡㊂有研究表明,G S H是G P X4所必需的还原剂,G S H的耗竭反而会影响G P X4活性降低并进一步导致细胞抗氧化能力降低,加快铁死亡的发展[13]㊂1.3脂质代谢脂质过氧化产物的积累是铁死亡的重要驱动因素㊂无论是铁代谢还是氨基酸代谢,最终都会影响脂质代谢㊂有研究表明,铁死亡是关于含有多不饱和脂肪酸的磷脂过度氧化引起的细胞死亡[14]㊂多不饱和脂肪酸参与维持细胞的形态与功能,包括细胞膜组成㊁能量储存和信号传递,而细胞内脂质过氧化过程可分为非酶脂过氧化和酶脂过氧化[15]㊂非酶脂过氧化又称脂质自氧化,即细胞质存在大量铁离子的情况下形成有毒的脂质自由基来参与脂质R O S的形成;酶脂质过氧化是指在脂氧合酶催化下生成各种脂质氢过氧化物[16]㊂而多不饱和脂肪酸由于其不稳定的分子结构,很容易被脂氧合酶氧化成L P O㊂同时,多不饱和脂肪酸旁边的质子可以被脂质自氧化产生的脂质自由基转移,然后开始新一轮的脂质氧化反应,最终导致更严重的氧化损伤[17]㊂1.4线粒体功能障碍线粒体是F e-S簇生物合成和血红素合成的位点,是铁代谢和体内平衡的焦点枢纽㊂线粒体的经典代谢途径即三羧酸循环和电子传递链,可以产生足够的脂质R O S以启动铁死亡㊂鉴于线粒体是R O S的重要发生器,铁和R O S在共存时细胞器极易发生氧化损伤,并且线粒体在铁死亡中的作用是依赖于环境的:当半胱氨酸缺少时,线粒体代谢会促进G S H快速消耗,使得脂质R O S过量产生;另一方面,在G P X4抑制时,其他机制产生的少量脂质R O S可能通过芬顿反应迅速放大,即使线粒体活性降低,也会导致细胞死亡;此外G P X4失活可能也会将信号转导到负责脂质R O S生成的某些酶,从而过度激活[18]㊂有研究表明铁代谢和线粒体功能障碍在香烟烟雾诱导的肺纤维化中也具有致病作用[19]㊂1.5其他铁死亡过程除涉及以上机制外,还受一些信号分子调控㊂J i a n g等[20]发现细胞核中的p53可以通过转录或翻译后机制调节铁死亡,同时抑制氧化应激;血红素加氧酶1过度活化也会导致大量二价铁在细胞质中累积并促进R O S的产生,最终导致铁死亡[21];下调N C O A4分子表达可通过抑制铁蛋白降解㊁减少铁蓄积和脂质过氧化来抑制铁死亡[22]㊂除此之外,异戊烯基焦磷酸盐(甲羟戊酸活化后脱羧形成的化学物质)可以通过调节硒代半胱氨酸t R N A的成熟来调节G P X4的合成[23],且甲羟戊酸通过产生辅酶Q10和异戊烯基焦磷酸盐参与了调控细胞铁死亡的过程㊂2铁死亡与肺纤维化肺纤维化作为一种间质性肺疾病,其主要病理特征包括肺泡结构破坏㊁肺成纤维细胞增殖和细胞外基质沉积,导致肺顺应性降低和通气障碍,最终使得广泛瘢痕形成㊁肺功能丧失甚至死亡㊂肺纤维化的调控机制包括上皮间充质转化(e p i t h e l i a l-m e s e n c h y m a l t r a n s i t i o n,E MT)㊁肌成纤维细胞异常增殖与活化㊁氧化应激和缺氧,主要涉及W n t/β-c a t e n i n通路㊁N o t c h通路㊁P13K/A K T/m T O R通路㊁T G F-β/s m a d通路等㊂一些细胞因子例如肿瘤坏死因子α(t u m o rn e c r o s i s f a c t o r-α,T N F-α),白细胞介素(I L-6,I L-13和I L-33)㊁T G F-β和R O S,共同形成促炎和促修复的微环境,可以激活分泌胶原蛋白的间充质细胞,这些细胞从静止状态转变为功能状态并参与E MT[24]㊂R O S调节T G F-β信号传导并促进纤维化,且R O S可以稳定氧化还原平衡的主调节剂核因子E2相关因子2(n u c l e a rf a c t o r e r y t h r o i d2-r e l a t e df a c t o r2,N r f2)[25-26]㊂N r f2是细胞抗氧化反应的关键转录因子,也是细胞核中主要的铁死亡信号分子[27]㊂通过K E G G和G O分析表明,铁死亡相关基因参与了氧化应激反应㊁缺氧信号通路㊁花生四烯酸代谢等信号通路[28]㊂除此之外,在肺纤维化患者的支气管肺泡灌洗液也发现了铁死亡相关基因[29]㊂G u o等[30]发现博来霉素(b l e o m y c i n,B L M)诱导的肺泡Ⅱ型上皮细胞中有大量铁沉积物,且利用铁依赖性方式产生过量脂质R O S,导致肺泡Ⅱ型上皮细胞损伤㊂这些证据均表㊃414㊃河北医科大学学报第45卷第4期明铁死亡参与了肺纤维化的发展演变㊂2.1二氧化硅诱导的肺纤维化石棉是一种含有铁㊁镁和钙的硅酸盐矿物,核心是二氧化硅㊂石棉肺患者尸检结果显示,肺中铁㊁铁蛋白㊁二价金属转运蛋白1和铁转运蛋白1的表达都相应增多,且石棉纤维在间皮细胞层附近积聚,产生L P O,引起炎症细胞浸润,导致肺泡破环㊁D N A损伤和潜在的癌变[31]㊂除此之外,铁蓄积和脂质过氧化改变了巨噬细胞中铁死亡相关基因的表达和线粒体形态[32]㊂铁死亡抑制剂(F e r r o s t a t i n-1)通过抑制脂质过氧化和细胞死亡以及调节铁死亡相关基因可以减轻二氧化硅诱导的小鼠巨噬细胞的促纤维化细胞因子和胶原蛋白的分泌[33]㊂根据最近的一项研究,二氢花旗松素通过抑制人支气管上皮细胞中铁蛋白吞噬介导的铁死亡来改善对二氧化硅诱导的肺纤维化[34]㊂2.2百草枯诱导的肺纤维化百草枯作为一种剧毒物质,一旦误吸会在肾脏和肺等器官和组织中积聚,可能导致快速进展和严重的肺纤维化㊂百草枯诱导的细胞毒性是通过线粒体的氧化损伤导致线粒体功能障碍和R O S生成,而这与铁死亡的驱动因素有一定的相似性[35]㊂铁死亡激活剂会加剧R O S的产生和脂质过氧化,抑制G P X4活性,促进T G F-β1诱导的成纤维细胞到肌成纤维细胞的分化,并最终诱导胶原沉积和肺泡结构破坏,从而加速肺纤维化的发展[30]㊂而铁死亡抑制剂则可以减轻这些病理过程,有效抑制百草枯对肺部的损伤[35]㊂铁螯合剂(去铁胺)通过抑制羟基自由基的产生和抑制肺泡上皮Ⅱ型细胞对百草枯的摄取来预防百草枯毒性[4]㊂依达拉奉作为R O S清除剂可以通过清除自由基和改善氧化剂/抗氧化剂平衡来抑制铁死亡,保护肺部免受百草枯毒性[36]㊂总之,这些发现提高了抑制铁死亡治疗百草枯导致的肺纤维化的可能性㊂2.3放射性肺纤维化(r a d i a t i o ni n d u c e dl u n gf i b r o s i s,R I L F) R I L F是胸部肿瘤放疗后危及生命的晚期并发症㊂R I L F是涉及电离辐射后的一系列炎症事件,电离辐射诱导的炎症细胞因子会刺激R I L F的进展㊂在这些细胞因子中,T G F-β1在R I L F的发病机制和发展中起关键作用[37]㊂据报道,由射线诱导产生的过量R O S可诱发肺损伤㊁炎症和纤维化,R O S诱导的氧化损伤是R I L F中炎症事件的重要起因㊂细胞内过量R O S可以抑制内源性N r f2信号通路的过表达,铁死亡抑制剂可以在R I L F小鼠模型中通过激活N r f2途径下调T G F-β1来抑制胶原蛋白沉积,缓解R I L F[38]㊂因此,抑制铁死亡治疗可能会延迟放射性肺纤维化的进展㊂3治疗铁死亡抑制剂包括以F e r r o s t a t i n-1, L i p r o x s t a t i n-1为代表的芳胺类抗氧化剂㊁α-生育酚类似物㊁氮氧化物㊁以姜黄素㊁天麻素㊁黄岑素为代表的多酚类天然化合物㊁铁螯合剂以及脂氧合酶A L O X s抑制剂等[39],尽管体内和体外实验已经验证了这些抑制剂的保护作用,但大多数化合物在肺纤维化中的作用靶点和潜在应用仍不详㊂除了前文提到的F e r r o s t a t i n-1㊁L i p r o x s t a t i n-1可通过抑制脂质过氧化和增强G P X4表达来抑制肺纤维化和铁死亡[33,38],去铁胺可有效延缓铁死亡对肺的靶向攻击甚至逆转了博来霉素诱导的肺纤维化[40],一些中草药及其有效成分被证实可通过干预细胞铁死亡发挥抗纤维化的作用,成为抑制铁死亡相关通路治疗肺纤维化的新热点㊂紫杉素又称二氢花旗松素,通过抑制铁蛋白吞噬介导的铁死亡来缓解二氧化硅诱导的肺纤维化[34]㊂研究表明,博来霉素诱导的肺纤维化小鼠模型的肺组织及T G F-β1诱导的肺成纤维细胞在给予安五脂素(从南五味子中新提纯的单体)后,铁死亡通路中G P X4㊁溶质载体家族7成员11㊁转铁蛋白的表达水平上调[41]㊂参龙煎剂可改善特发性肺纤维化大鼠模型的一般生命体征,可以降低大鼠呼吸频率,缓解心率过快㊁维稳精神状态及改善肺组织病变程度;并且通过调控细胞铁死亡抑制转录因子N F I L3治疗特发性肺纤维化[42]㊂而且,中药异甘草素也可以降低铁死亡标志物G P X4表达,减轻S i O2所致的肺泡破坏,抑制肺纤维化[43]㊂另外,益气化痰祛瘀胶囊通过调节肺组织中氧化还原系统的平衡,减少了细胞炎性介质的分泌,减轻了R O S对肺组织的氧化应激,从而缓解博莱霉素对大鼠模型肺组织的损害,减缓肺纤维化实变的程度[44]㊂综上所述,铁死亡是一种新型的程序性细胞死亡,在肺纤维化中起着重要的调节作用[7]㊂对于严重肺纤维化患者,除肺移植以外,药物治疗仍是主流治疗方式㊂越来越多的研究证实,铁死亡在肺纤维化的发展过程中扮演着重要的角色,希望利用更加精确㊁有效的方法来干预细胞的纤维化,然而,目前在体外或动物模型中发现的许多前瞻性治疗靶点尚未被应用于临床试验中㊂因此,需要积极深入研究铁死亡的潜在调节机制,以提高对铁死亡在肺纤维化中作用机制的认识㊂在未来,铁死亡的研究可能为肺纤维化的治疗开创新的可能性,为患者带来新的希望㊂㊃514㊃河北医科大学学报第45卷第4期[参考文献][1] D i x o nS J,L e m b e r g KM,L a m p r e c h tM R,e t a l.F e r r o p t o s i s:a ni r o n-d e p e n d e n tf o r m o fn o n a p o p t o t i cc e l ld e a t h[J].C e l l,2012,149(5):1060-1072.[2] L i 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血脑屏障的结构与功能研究进展
血脑屏障的结构与功能研究进展王顺蓉,张 英综述,李著华审校(泸州医学院病理生理教研室,泸州 646000) 哺乳动物中枢神经系统为了有效地执行其功能,需要一个超稳定的内环境,这一内环境稳定性的维持,依赖于血脑屏障(Blood Brain barrier,BBB)。
BBB是由无窗孔的毛细血管内皮细胞及细胞间紧密连接、基膜、周细胞、星形胶质细胞足突和极狭小的细胞外隙共同组成的一个细胞复合体,是存在于脑和脊髓内的毛细血管与神经组织之间的一个动态的调节界面。
研究认为这个界面不单纯是被动保护性屏障,还能选择性地将脑内有害或过剩物质泵出脑外,保持脑的内环境稳定。
BBB中的脑毛细血管内皮细胞(Brain Microvascular Endothilial Cells, BMECs)具有与机体其它部位的毛细血管内皮细胞不同的特殊结构与功能。
目前已证实:BBB的屏障作用的主要由覆盖在脑毛细血管腔面的BMECs及其细胞间紧密连接完成。
星形胶质细胞仅参与诱导和维持BBB的特性。
1 血脑屏障的屏障功能 血脑屏障功能由机械性作用、载体、受体介导的运送系统及酶等共同参与构成。
1.1 机械的屏障功能 BMECs之间几乎没有间隙,近管腔面为紧密连接(环绕成带),胞内吞饮小泡数目极少、细胞内收缩蛋白少,细胞不易皱缩及高阻抗(限制离子通过)的存在,形成BBB的机械屏障;内皮细胞之间有紧密连接使内皮层形成一个完整的屏障界面,胶质细胞产生的可溶性分子促进紧密连接的形成,从而限制BBB的通透性;内皮细胞外存在带负电的基底膜,主要对内皮细胞起支撑作用,防止由于静脉压改变导致的毛细血管变形。
特殊的结构使脑微血管内皮细胞更具上皮细胞的特点,使血液中的溶质只能由内皮细胞的特异性转运系统进入脑,而不能像机体其它部位那样,可以经由内皮细胞裂隙,细胞内孔道或吞饮作用通过血管,但脑的毛细血管并非全部为“紧密结合”的内皮细胞层,少数区域结合疏松,呈网络状。
铁死亡的相关机制及其在临床疾病中的研究进展
铁死亡的相关机制及其在临床疾病中的研究进展苏 展,王蕴凤,单奕迪,葛敬岩 (吉林大学基础医学院生理学系,吉林 长春 130021)[关键词] 铁死亡;ROS ;谷胱甘肽;GPX4;神经退行性疾病;肿瘤通讯作者:葛敬岩 调节性细胞死亡(regulated cell death,RCD)对于生物体的正常发育和体内稳态的维持至关重要㊂RCD 过多或不足都会导致疾病,包括神经退行性疾病,自身免疫性疾病和癌症等㊂最近,越来越多的RCD 被证明涉及非凋亡途径,包括坏死性凋亡㊁细胞焦亡㊁PARP-1依赖性细胞死亡㊁自死亡和铁死亡等[1]㊂这些非凋亡细胞死亡途径的性质㊁调控和功能仍然是人们非常感兴趣的话题㊂ 铁死亡(ferroptosis)是一种非凋亡性的新的细胞死亡形式,其特征是细胞内铁依赖的脂质过氧化物蓄积引起的细胞死亡,在形态学㊁生物化学和遗传学上与典型的坏死㊁凋亡和自噬不同,具有独特性㊂铁螯合剂㊁亲脂性抗氧化剂㊁脂质过氧化抑制剂和多聚不饱和脂肪酸的消耗可以抑制铁死亡㊂铁死亡与多种生物过程密切相关,包括氨基酸㊁铁和多聚不饱和脂肪酸的代谢,以及谷胱甘肽㊁磷脂㊁NADPH 和辅酶Q10的生物合成等㊂铁死亡与神经系统退行性疾病㊁肿瘤等多种疾病的发生发展相关,为临床疾病的治疗提供了新的思路和方法㊂ 2003年在大规模筛选各种化合物对肿瘤细胞杀伤作用的研究实验中,发现了一种新的化合物,即erastin,可以导致RAS 突变的肿瘤细胞以不同于传统细胞凋亡的方式死亡[2];2008年Stockwell 等人发现了两种新的化合物RSL3和RSL5,与erastin 具有相同的作用,他们还发现铁螯合剂去铁胺B-甲磺酸盐(DFOM)和抗氧化剂维生素E 可以抑制细胞死亡[3];2012年Stockwell 等人用 ferroptosis”描述由铁依赖性脂质过氧化物蓄积引起的这种类型细胞死亡,即 铁死亡”[4]㊂目前认为铁死亡与阿尔茨海默症㊁帕金森病等退行性疾病以及肿瘤㊁中风㊁缺血再灌注损伤和肾细胞变性等病理性细胞死亡相关,铁死亡亦具有抑制肿瘤的功能,因而有望成为肿瘤新的治疗方法㊂1 铁死亡过程及其特征 铁死亡是近年来发现的一种氧化性㊁非凋亡的细胞死亡途径㊂在小分子物质诱导下通过不同的信号通路直接或间接地影响谷胱甘肽过氧化物酶(glutathione peroxidase,GPXs),从而导致细胞抗氧化能力下降㊁氧化还原水平失衡㊁活性氧(re⁃active oxygen species,ROS)累积过多而发生膜脂质过氧化反应,从而损伤细胞膜的完整性,导致细胞死亡㊂铁死亡在形态学上的特征主要表现为线粒体体积变小,线粒体膜密度增加,线粒体嵴减少或消失,线粒体外膜破裂,而细胞核大小正常,无核浓缩或染色质边缘化现象[4-5],这是铁死亡区别于凋亡㊁坏死和自噬的主要形态学特征㊂铁死亡的生化特点主要表现为细胞内铁和ROS 的积累,MAPKs 信号传导系统的激活,胱氨酸/谷氨酸转运蛋白系统的抑制以及NADPH 氧化增加等[6]㊂2 铁死亡的相关机制及其调节 越来越多的研究表明,铁代谢和脂质过氧化是介导铁死亡的关键因素,本文主要从铁代谢和脂质过氧化及其调节对铁死亡的机制进行概述㊂2.1 铁代谢:铁和铁的衍生物(如血红素等)对线粒体电子传递链产生活性氧的酶和亚单位的功能至关重要,如NADPH 氧化酶㊁黄嘌呤氧化酶㊁脂氧合酶㊁细胞色素P450等㊂过多的铁能够通过Fenton 反应生成ROS 导致铁死亡的发生㊂循环中的铁主要是三价铁离子(Fe 3+),以与转铁蛋白(transferrin)结合的形式存在,通过细胞膜转铁蛋白受体1(transferrin receptor 1,TFR1)结合内吞进入细胞内,形成核内体㊂在核内体中,Fe 3+通过铁还原酶STEAP3被还原为二价铁离子(Fe 2+)㊂二价金属转运体1(divalent metal transporter 1,DMT1,也称为SLC11A2)最后将Fe 2+从核内体释放到细胞质不稳定的铁池中,过量的铁储存在铁蛋白(ferritin)中㊂细胞膜铁转运蛋白(ferroportin,也称为SLC11A3)能够将Fe 2+氧化成Fe 3+,并将细胞内的铁转运至细胞外[7]㊂在Ras 基因突变的铁死亡敏感细胞中,TFR1表达增加,而储存铁的铁蛋白表达降低[3]㊂铁代谢的主要转录因子铁反应元件结合蛋白2(iron response ele⁃ment binding protein 2,IREB2)基因沉默后能够使铁蛋白重链和轻链表达增加,降低细胞内铁含量,抑制erastin 诱导的铁死亡[4],表明铁的摄取增加和储存减少导致的铁超载有助于铁死亡的发生㊂因此,调控细胞铁的摄取㊁贮存和利用是调控铁死亡的重要节点㊂2.2 脂质代谢:ROS 是部分还原的含氧分子,包括超氧化物(O -2)㊁过氧化物(H 2O 2和ROOH )和自由基(HO㊃和RO ㊃)[5]㊂虽然低水平和可控的ROS 对正常的细胞和机体功能起重要作用,但ROS 的异常积累与许多急性器官损伤和慢性退行性疾病有关㊂线粒体是最重要的细胞器之一,通过电子传递链从正常的代谢产能中产生大量ROS㊂铁死亡可以被各种抗氧化剂和ROS 清除剂抑制,因此ROS 在铁死亡中发挥重要作用㊂目前普遍认为,铁死亡的最终执行者是脂质过氧化物,ROS 与脂膜上的多聚不饱和脂肪酸(polyunsaturated fatty acids,PUFAs)发生反应,生成过量的脂质过氧化物导致细胞膜损伤,最终导致铁死亡发生㊂细胞膜胱氨酸/谷氨酸反向转运体(System Xc-)㊁GPX4以及NADPH氧化酶等也可通过影响脂质ROS生成进而调控铁死亡的发生[8]㊂ 细胞膜System Xc-能够将细胞外的胱氨酸摄入细胞内,同时将细胞内谷氨酸转运至细胞外㊂胱氨酸是细胞合成谷胱甘肽(glutathione,GSH)的原料,GSH是细胞内重要的抗氧化剂,对清除自由基维持细胞内外氧化还原平衡起到重要的作用㊂铁死亡促进剂erastin和柳氮磺胺吡啶主要通过抑制细胞膜system Xc-对胱氨酸的摄取,使内源性抗氧化剂谷胱甘肽耗竭,导致铁依赖的脂质ROS蓄积[4]㊂GPX4是GSH依赖性酶,能将还原型谷胱甘肽转化为氧化型谷胱甘肽(GSSG),同时将脂质氢过氧化物(L-OOH)还原为脂质醇(L-OH),或将游离过氧化氢转化为水,对抗依赖铁和O2的脂质过氧化㊂Erastin 通过消耗谷胱甘肽来抑制GPX4的活性,而RSL3可以直接抑制GPX4的活性[9]㊂GPX4目前被认为是多种铁死亡诱导剂如erastin㊁RSL3等引发铁死亡的关键靶点㊂NADPH是生物体中主要的还原剂,参与多种代谢反应㊂GSH脱氢形成GSSG,在NADPH存在下,谷胱甘肽还原酶将GSSH还原为GSH[10]㊂3 铁死亡与相关临床疾病进展 明确铁死亡发生的机制及其调节能够为涉及铁代谢紊乱㊁氧化损伤等相关疾病提供新的研究思路和治疗手段,具有重要的临床意义㊂3.1 铁死亡与神经系统疾病:铁死亡已被证明与多神经系统疾病相关㊂研究发现铁死亡与帕金森病(Parkinson's disease, PD)有关㊂铁死亡是多巴胺能神经元的一个重要的细胞死亡途径,铁死亡抑制剂ferrostatin-1可以抑制体外和体内的神经元细胞死亡[11-12]㊂阿尔茨海默病(Alzheimer disease,AD)是由学习和记忆所需的神经元退化引起的,在患有AD的大脑中发现脂质过氧化和铁的失调㊂水迷宫实验表明,敲除特定大脑皮层和海马神经元GPX4的小鼠表现出明显的认知障碍,以及海马神经元的退化,给予维生素E或铁死亡抑制剂liproxstatin-1后,神经退行性病变的程度降低[13-14]㊂这些研究表明,铁死亡在学习和记忆相关的神经元中发挥重要作用㊂缺血性中风是由于颈内动脉㊁大脑中动脉或椎体/基底动脉阻塞而引起的局部供血受限,氧气和营养物质的消耗,从而导致氧化应激㊁线粒体损伤,最终导致细胞死亡㊂研究表明,在大脑中动脉闭塞(middle cerebral artery occlusion,MCAO)模型中,铁死亡抑制剂可以保护小鼠免于缺血-再灌注的损伤,表明铁死亡可以导致缺血性脑卒中后神经元的死亡[15]㊂3.2 铁死亡与肿瘤:铁死亡与多种肿瘤的发生发展有关,激活铁死亡途径能够抑制癌细胞增殖,因此,铁死亡为肿瘤的治疗和新药研发提供了新途径㊂许多研究已证实铁死亡在杀死癌细胞和抑制癌细胞生长中的重要作用㊂阿糖胞苷㊁顺铂㊁阿霉素㊁替莫唑胺等化疗药物联合应用铁死亡诱导剂对其抗肿瘤活性有显著的协同作用㊂与正常细胞相比,癌细胞对铁的依赖性更强,对铁的敏感性也更强㊂Erastin作为铁死亡的诱导剂,能进一步促进顺铂对非小细胞肺癌细胞的治疗作用[16]㊂肝细胞癌是最常见的肝癌类型,索拉非尼是治疗肝癌的有效药物,铁螯合剂去铁胺能显著抑制肝癌细胞抵抗索拉非尼引起的铁死亡,因此认为铁死亡是索拉非尼治疗肝癌的潜在机制之一[17]㊂胰腺癌恶性度高,存活率较低㊂青蒿素作为一种抗疟化合物,可诱导胰腺导管腺癌细胞发生铁死亡[18]㊂此外,铁死亡抑制剂ferrostatin‐1能显著抑制青蒿素诱导的卵巢癌细胞ROS产生和铁死亡㊂弥漫性大B细胞淋巴瘤对erastin诱导的铁死亡最敏感,而对其他致死性化合物不敏感,这种敏感性的增加可能是由于某些类型的白血病和淋巴瘤缺乏硫传递途径[9],GPX4过表达也能够抑制ROS诱导的弥漫性大B细胞淋巴瘤中细胞死亡[19]㊂GPX4抑制剂RSL3可以诱导乳腺癌细胞发生铁死亡,此外,溶酶体破坏剂(西拉美新)和酪氨酸激酶抑制剂(拉帕替尼)通过增加转铁蛋白表达,抑制铁转运蛋白1的表达对诱导乳腺癌细胞铁死亡具有协同作用,铁死亡抑制剂ferrastatin-1能抑制该效应[20]㊂这些研究表明铁死亡在抑制肿瘤中发挥重要的作用㊂因此深入研究铁死亡通路的分子机制,对肿瘤的治疗和抗癌药物的研发均具有重要意义㊂4 小结 铁死亡的发生涉及多种基因的表达㊁调控以及不同的信号通路,产生一系列复杂的生化反应,主要表现为代谢的失衡和氧化还原稳态的破坏㊂大量的半胱氨酸和NADPH的存在对GPX4的抗氧化功能至关重要,GPX4的失活有助于脂质过氧化,进一步导致铁死亡㊂因此,铁死亡中的代谢过程不是独立的,而是复杂代谢网络的一部分㊂虽然铁死亡的生理功能尚未明确,但已确定其在人类疾病中的作用㊂因此,更好地了解相关临床疾病的发生以及与铁死亡的关系无疑将促进对各种疾病的潜在治疗㊂5 参考文献[1] Galluzzi L,Vitale I,Aaronson SA,et al.Molecular mecha⁃nisms of cell death:recommendations of the Nomenclature Commit⁃tee on Cell Death2018[J].Cell Death Differ,2018,25(3):486-541.[2] Dolma S,Lessnick SL,Hahn WC,et al.Identification of genotype-selective antitumor agents using synthetic lethal chemi⁃cal screening in engineered human tumor cells[J].Cancer Cell, 2003,3(3):285-296.[3] Yang WS,Stockwell BR.Synthetic lethal screening identi⁃fies compounds activating iron-dependent,nonapoptotic cell death in oncogenic-RAS-harboring cancer cells[J].Chem Biol,2008, 15(3):234-245.[4] Dixon S,Lemberg K,Lamprecht M,et al.Ferroptosis:an i⁃ron-dependent form of nonapoptotic cell death[J].Cell,2012,149 (5):1060-1072.[5] Stockwell BR,Friedmann Angeli JP,Bayir H,et al.Ferrop⁃tosis:a regulated cell death nexus linking metabolism,redox biolo⁃gy,and disease[J].Cell,2017,171(2):273-285.[6] Xie Y,Hou W,Song X,et al.Ferroptosis:process and func⁃tion[J].Cell Death and Differ,2016,23(3):369-379.[7] Lane DJ,Merlot AM,Huang ML,et al.Cellular iron uptake,trafficking and metabolism:Key molecules and mechanisms and their roles in disease[J].Biochi Biophys Acta,2015,1853(5):1130-1144.[8] Cao JY,Dixon SJ.Mechanisms of ferroptosis.Cell Mol Life Sci[J].2016,73(11-12):2195-2209.[9] Yang W,Sriramaratnam R ,Welsch M ,et al.Regulation of ferroptotic cancer cell death by GPX4[J].Cell,2014,156(1-2):317-331.[10] Zhao Y,Hu X,Liu Y,et al.ROS signaling under metabolic stress:cross -talk between AMPK and AKT pathway [J ].Mol Cancer,2017,16(1):79.[11] Kabiraj P,Valenzuela CA,Marin JE,et al.The neuropro⁃tective role of ferrostatin -1under rotenone -induced oxidative stress in dopaminergic neuroblastoma cells[J].Protein J,2015,34(5):349-358.[12] Do Van B,Gouel F,Jonneaux A,et al.Ferroptosis,a newly characterized form of cell death in Parkinson’s disease that is reg⁃ulated by PKC[J].Neurobio Dis,2016,94:169-178.[13] Hambright WS,Fonseca RS,Chen L,et al.Ablation of fer⁃roptosis regulator glutathione peroxidase 4in forebrain neuronspromotes cognitive impairment and neurodegeneration[J].RedoxBiol,2017,12:8-17.[14] Lane DJR,Ayton S,Bush AI.Iron and Alzheimer's Dis⁃ease:An Update on Emerging Mechanisms[J].J Alzheimers Dis,2018,64(s1):S379-S395.[15] Tuo QZ,Lei P,Jackman KA,et al.Tau-mediated iron ex⁃port prevents ferroptotic damage after ischemic stroke [J].Mol Psychiatry,2017,22(11):1520-1530.[16] Yamaguchi H,Hsu JL,Chen CT,et al.Caspase-independ⁃ent cell death is involved in the negative effect of EGF receptor in⁃hibitors on cisplatin in non-small cell lung cancer cells[J].Clin Cancer Res,2013,19(4):845-854.[17] Louandre C,Ezzoukhry Z,Godin C,et al.Iron-dependent cell death of hepatocellular carcinoma cells exposed to sorafenib [J].Int J Cancer,2013,133(7):1732-1742.[18] Eling N,Reuter L,Hazin J,et al.Identification of artesu⁃nate as a specific activator of ferroptosis in pancreatic cancer cells.Oncoscience,2015,2(5):517-532.[19] Kinowaki Y,Kurata M,Ishibashi S,et al.Glutathione per⁃oxidase 4overexpression inhibits ROS-induced cell death in dif⁃fuse large B-cell lymphoma[J].Lab Invest,2018,98(5):609-619.[20] Ma S,Henson ES,Chen Y,et al.Ferroptosis is induced following siramesine and lapatinib treatment of breast cancer cells [J].Cell Death Dis,2016,7:e2307.[收稿日期:2018-12-23 编校:王丽娜]Caprini 风险评估的临床应用对ICU 预防静脉血栓栓塞(VTE )的影响研究进展李缘婷,米雪纯,田 莹 (昆明医科大学第一附属医院,云南 昆明 650032)[关键词] ICU ;VTE ;Caprini ;风险评估工具基金项目:云南省应用基础研究(昆医联合专项)[项目编号:2015FB036]通讯作者:田 莹 静脉血栓栓塞(venous thromboembolism,VTE),包括深静脉血栓形成(deep vein thrombosis,DVT)和/或肺血栓栓塞(plumonary embolism,PE)两种主要形式[1],在住院患者中有很高的发病率,是导致院内非预期死亡和围手术期死亡的主要因素之一㊂2008年,美国外科医生发布了防止DVT 和PE 的行动呼吁,该呼吁报告揭示了美国每年因DVT(60,000-350,000)和PE(>10万)死亡的大量患者[2]㊂VTE 也是重症监护室(ICU)患者比较严重的并发症之一[3],重症患者发生VTE 的风险高于其他住院患者,很多因素是发病率升高的主要来源,包括患者因素㊁创伤㊁败血症㊁固定㊁中心静脉导管等㊂VTE 的致死率极高,因此ICU 医护人员必须做好防控工作[4]㊂Caprini 风险评估量表被广泛应用于呼吸科(肺栓塞)㊁妇科恶性肿瘤㊁颅脑手术患者㊁国内综合医院住院患者㊁骨科及外科大手术等患者的VTE 预防治疗过程,而ICU 患者因其特殊性,更需要高效且适宜的早期风险评估工具㊂本文旨在综述Caprini 风险评估工具在临床各科室的使用情况,结合目前其在ICU 的应用,以期为ICU 患者的VTE 防范工作提供参考㊂1 Caprini 风险评估工具1.1 概述:Caprini 风险评估量表由美国外科博士Joseph A.Caprini 设计,Caprini 博士基于临床经验和研究结果设计了该量表[5]㊂自20世纪80年代后期以来,Caprini 博士及其小。
铁死亡在肿瘤中的研究进展
the current progress on the mechanism of ferroptosis regulation in tumors from the aspects of
铁死亡在肿瘤中的研究进展
徐 畅, 黄 楠, 孙奋勇
( 同济大学附属第十人民医院检验科,上海 200072)
【摘要】 铁死亡作为近年来定义的一种调节性细胞死亡方式,以细胞内游离铁增加和脂质过氧化物累积为主要特
点。 肿瘤是全球第二大致死因素,保护正常细胞的同时有效清除肿瘤细胞是肿瘤治疗的关键。 随着铁死亡研究的
【 Key words】 ferroptosis; metabolism; epigenetic regulation; cancertherapy
细胞死亡对于机体维持正常发育稳态、抑制肿瘤
是亚铁离子积累和膜上过氧化脂质的聚集[3] 。 细胞
意外细胞死亡(accidental cell death, ACD) 和调节性
形成 15 碳异戊二烯法尼基焦磷酸酯( FPP) ,除了生
成角鲨烯和胆固醇外,还能够进一步反应生成泛醌
( CoQ) [27] 。 其中,角鲨烯 [28] 和泛醌 [29] 具有抗氧化
通过谷氨酸草酰乙酸转氨酶 1( GOT1) 生成 α 酮戊
二酸( αKG) ,都能抑制铁死亡 [38] , 另一方面, αKG
表现出的线粒体外膜通透化和 caspase 途径激活,或
内的游离铁与过氧化氢发生 Fenton 反应,催化羟基
铁死亡在神经系统肿瘤中的作用及其机制研究进展
110J Clin Neuosug,Febgag2021,Vol.18,No.1 DOP10-3969/j.ion.1672-3770-2021.01.025-综述.铁死亡在神经系统肿瘤中的作用及其机制研究进展赵甦,李巧玉,孙而艺!摘要】铁死亡(fergptwo)是近年来新提出的细胞死亡方式,其不同于传统的细胞死亡方式,区别于细胞凋亡、细胞坏死及自噬⑴。
其分子层面的特性有脂质活性氧(ROS)的铁依赖性积累、线粒体形态改变和膜通透性损伤[2]$在神经系统方面,研究发现其在帕金森病%PD)、阿尔兹海默病(AD)等神经变性疾病中起到了重要作用⑶。
随着对铁死亡研究的深入,发现铁死亡在缺血性及出血性脑卒中、神经系统肿瘤中也均起了重要的作用⑷$目前关于这方面的中文综述相对较少,本文章对铁死亡在神经系统肿瘤中的作用及其机制的相关研究进展进行综述。
!关键词】铁死亡;神经系统肿瘤;调节剂!中图分类号】R739.41[文献标志码】A[文章编号】1672-7770(2021)01—110—4Recent progress of ferroptosis in nervous system thmor ZHAO Su,LI Qiao-gu,SUN Er-yi.Department f Neurosurgerg,Peoplep Hospital AAmted to Jiangsp University,Zhenjiang212002,ChinaCo g epionding au hog!LIQiaogiuAbstract:Ferroptosis is a newly proposed cell death mode in recent years,which is dOferent from the Wadidonaicell death mode,apoptosis,cell necrosis and autophagy.Its molecular characteristics include ion-dependentaccumulation of lipiU reactive oxyyen species%ROS),mitochondrial morphological changes and damage to membranepermeability-In the nervous system,studies have found that it plays an important ole in neuodegeneraVvo diseasessuch as Parkinson's disease%PD)and Alzheime/s disease(AD).With the further study on ferroptosis,it has beenrevealed that ferroptosis plays an important ole in ochemio and hemorrhagic stroke and nervous system tumors.Atpresent,the reviews on this aspect in China are relatively few.In this paper,the research progress in the mechanismof ferroptosis in neoous system tumors will be reviewed.Key wo+s:feroptosis;nervous system tumor;regulatorStockwel l实验室在2001—2003年期间,成功地筛选出能够选择性杀死具有致癌性人成纤维瘤BJ细胞的小分子化合物“ecWtO”$经过进一步实验,StwkweW等在进行细胞凋亡检测时,始终没有发现其与细胞凋亡相关的证据,没有caspase激活以及caspase底物的裂解,也没有细胞核形态的变形等⑸$直到2008年Stockwell等才在实验室首次证实这种铁依赖形式的非细胞凋亡的死亡形式。
铁缺乏与神经发育及神经系统疾病关系的研究进展
铁缺乏与神经发育及神经系统疾病关系的研究进展陈小瑞;于飞【摘要】在中枢神经系统的发育过程中,铁扮演着十分重要的角色.铁缺乏问题是一个不可忽视的营养问题.铁缺乏不仅影响大脑的能量代谢,如多不饱和脂肪酸代谢和单胺类化合物的代谢,而且从多个层面影响中枢神经髓鞘形成.应予以重视铁缺乏相关的神经系统疾病,如感音性神经耳聋、不宁腿综合征、多动症及脑发育异常造成的认知水平障碍等.本文主要从铁缺乏影响大脑神经发育的主要机制以及铁缺乏引起的神经系统疾病等方面展开综述.【期刊名称】《广西医学》【年(卷),期】2016(038)009【总页数】3页(P1279-1281)【关键词】铁缺乏;神经系统疾病;神经发育;感音性神经耳聋;行为认知障碍;不宁腿综合征;多动症;综述【作者】陈小瑞;于飞【作者单位】中国医科大学公共卫生学院,沈阳市110122;中国医科大学公共卫生学院,沈阳市110122【正文语种】中文【中图分类】R151.4+1铁是大脑内最丰富的过渡金属,二价铁和三价铁的氧化还原循环参与了各种生命必不可少的电子转移反应[1]。
铁参与了氧气输送、一氧化碳代谢、单胺类化合物代谢以及谷氨酸和γ-氨基丁酸的稳态建立等重要的代谢过程[2]。
新生儿机体含铁量多,仍容易发生铁缺乏,而早期铁缺乏会造成更严重的后果,所以铁缺乏问题应予以重视。
在中枢神经系统发育过程中,铁不仅参与了神经递质的合成、释放和降解,以及树突和突触的形成等神经递质信号传递的多个过程[2],还参与了大脑的物质能量代谢,可以影响大脑内单胺类化合物及其转运体、受体的浓度[3]。
铁在髓鞘化的启动与维持中也发挥着十分重要的作用,不仅可以影响髓鞘脂类成分以及髓鞘蛋白的形成,而且从多个方面影响髓鞘形成细胞的发育[4]。
髓鞘化缺失则会导致神经元传导速度变慢、反应迟缓,造成大脑发育异常,从而引起认知、行为、感觉的障碍。
本文主要从铁缺乏影响大脑神经发育的主要机制,以及铁缺乏引起的神经系统疾病等方面展开综述。
铁死亡在骨肉瘤防治中的研究进展
㊀㊀[摘要]㊀骨肉瘤(OS)是一种好发于儿童和青少年的原发性恶性骨肿瘤,其传统治疗方法主要以多药化疗为主㊂由于其对化疗药物存在耐药性问题,探寻新的OS治疗靶点以及开展对OS化疗耐药性的相关研究尤为迫切㊂铁死亡是一种铁依赖性㊁非凋亡性的新型细胞程序性死亡方式,其特征为脂质活性氧的积累㊂目前,相关研究已证实铁死亡在OS的治疗㊁预后及降低耐药性等方面发挥着重要作用㊂该文对铁死亡在OS中的研究进展进行综述,以期为OS的防治提供理论依据㊂㊀㊀[关键词]㊀骨肉瘤;㊀铁死亡;㊀铁超载㊀㊀[中图分类号]㊀R738 1㊀[文献标识码]㊀A㊀[文章编号]㊀1674-3806(2023)07-0751-05㊀㊀doi:10.3969/j.issn.1674-3806.2023.07.23Researchprogressofferroptosisinpreventionandtreatmentofosteosarcoma㊀LIMing,CHENLong⁃ju.Depart⁃mentofAnatomy,HealthScienceCenter,HubeiMinzuUniversity,Enshi445000,China㊀㊀[Abstract]㊀Osteosarcoma(OS)isakindofprimarymalignantbonetumorthatispronetooccurinchildrenandadolescents.Itsmaintraditionaltreatmentismulti⁃drugchemotherapy.Duetotheproblemofdrugresistancetochem⁃otherapydrugs,itisparticularlyurgenttoexplorenewtherapeutictargetsforOSandcarryoutrelevantresearchesondrugresistancetoOSchemotherapy.Ferroptosis,aniron⁃dependent,non⁃apoptoticnewtypeofprogrammedcelldeath,ischaracterizedbytheaccumulationoflipidreactiveoxygenspecies.Atpresent,relevantstudieshaveconfirmedthatferroptosisplaysimportantrolesinthetreatment,prognosisandreductionofdrugresistanceofOS.Theresearchpro⁃gressofferroptosisinOSisreviewedinthispapertoprovidetheoreticalbasisforthepreventionandtreatmentofOS.㊀㊀[Keywords]㊀Osteosarcoma;㊀Ferroptosis;㊀Ironoverload㊀㊀骨肉瘤(osteosarcoma,OS)又称为成骨肉瘤,是儿童和青少年中最常见的原发性恶性骨肿瘤,主要好发于股骨远端㊁胫骨近端和肱骨近端的干骺端[1]㊂目前OS的病因及发病机制尚不明确,但与其他恶性肿瘤相比,OS具有恶性程度高且易转移的特点,其中肺转移途径常成为OS患者首要死亡原因[2⁃3]㊂OS明确诊断后一般采用多药化疗方法,但经上述治疗的OS患者存活率不仅无明显提高,还产生了极强耐药性,对人们的生命健康造成威胁[4]㊂铁死亡是一种新发现的以脂质活性氧(lipidreactiveoxygenspecies,L⁃ROS)的积累为特征且具有铁依赖性㊁非凋亡性的细胞程序性死亡方式,已被证实在恶性肿瘤的预防和治疗方面发挥重要作用[5]㊂近年来的相关研究已证实铁死亡不仅在OS的进展㊁治疗及预后方面发挥了重要作用,还降低了OS细胞对化疗药物的耐药性,可成为一种新的治疗靶点㊂因此,本文对铁死亡及其在OS中的研究进展进行综述,旨在为OS的防治提供理论依据㊂1㊀铁死亡的概念及主要信号通路铁死亡是一种不同于自噬㊁凋亡及坏死形式的新型细胞死亡方式,其与肿瘤㊁神经系统疾病㊁炎症㊁缺血⁃再灌注损伤㊁败血症和急性肺损伤等多种疾病的病理过程相关[6⁃7]㊂铁死亡在形态学上主要表现为线粒体显著收缩,膜密度增加,线粒体嵴减少或消失[8]㊂激活铁死亡的关键事件为磷脂中酯化的多不饱和脂肪酸(polyunsaturatedfattyacid,PUFA)残基过氧化[9]㊂铁死亡可在对传统疗法有抵抗性的恶性肿瘤治疗时被激活[10],因此诱导铁死亡可延缓恶性肿瘤的进展并在其治疗方面发挥积极作用㊂目前,关于铁死亡相关信号通路研究仍在不断深入,已证实的铁死亡信号通路主要有胱氨酸/谷氨酸反向转运体(cystine/glu⁃tamateantiportersystemXc⁃,systemXc⁃)⁃谷胱甘肽(glu⁃tathione,GSH)⁃谷胱甘肽过氧化物酶4(glutathioneper⁃oxidase4,GPX4)信号通路和还原型辅酶(nicotinamideadeninedinucleotidephosphate,NADPH)Ⅱ⁃铁死亡抑制蛋白1(ferroptosissuppressorprotein1,FSP1)⁃辅酶Q10(CoQ10)信号通路㊂铁死亡主要由GSH耗尽或谷胱甘肽过氧化物酶抗氧化作用失活驱动[11]㊂GSH是一种含硫醇的三肽,主要通过细胞表面的半胱氨酸(cysteine,Cys)或systemXc⁃的轻链亚基SLC7A11(又称xCT)输入的Cys合成[12]㊂systemXc⁃由SLC7A11和溶质载体家族3成员2(solutecarrierfamily3member2,SLC3A2)组成,其可介导胱氨酸的转入和谷氨酸的转出,进入细胞的胱氨酸会被systemXc⁃转换为Cys,然后Cys再进一步合成GSH,当细胞内systemXC⁃活性降低时,Cys的含量㊁GSH的合成和GPX4活性都会降低,导致脂质过氧化,进而诱发铁死亡[13]㊂相关研究也证实了systemXc⁃的底物特异性亚基⁃GSH轴的激活在内皮细胞铁死亡中发挥了关键作用[14]㊂GPX4是铁死亡的关键因子,也是维持GSH和谷胱甘肽二硫化物平衡的关键酶,主要位于铁死亡信号通路的下游,GPX4利用GSH作为其辅助因子可将氢过氧化物(R⁃OOH)还原为相应的醇(R⁃OH),GSH则被氧化为氧化型谷胱甘肽,可降低脂质过氧化,进而抑制铁死亡,此外GPX4的表达可被4⁃羟基壬烯醛抑制,引起缺铁,可驱动铁死亡[15]㊂因此,GSH的合成㊁GPX4的功能以及systemXc⁃的活性对于保护细胞免受铁死亡发挥着重要作用㊂FSP1已被证实是一种有效的抗铁死亡因子,在肉豆素被酰化的条件下,可作为一种氧化还原酶,通过NADPH将CoQ10催化成一种亲脂性自由基清除剂泛素醇,可减少脂质过氧化产物(lipidperoxide,LPO)产生,进而降低脂质过氧化,从而抑制铁死亡㊂FSP1作为一种典型的铁死亡抑制剂,最初被描述为p53应答基因[16]㊂p53是重要的肿瘤抑制因子,在肿瘤细胞生长发育中的周期调控㊁衰老及凋亡等过程中发挥着关键作用[17]㊂细胞内p53激活和表达量上调会抑制SLC7A11的表达,使细胞对胱氨酸的摄取减少,Cys生成量降低,GSH产生也随之减少,进而导致细胞对膜PUFA产生的L⁃ROS敏感性增加,最终诱发铁死亡[18],但p53在铁死亡过程中发挥的具体作用仍需进一步研究㊂CoQ10是一种具有抗氧化性且可移动的亲脂性电子载体,可参与溶酶体膜的能量生成,已证实在某些情况下,通过抑制CoQ10可以增强细胞对铁死亡的敏感性[19]㊂有研究显示,通过阻断CoQ生物合成途径,可使作为抗铁死亡因子的FSP1失效[20]㊂NADPH氧化酶[nicotinamideadeninedinucleotidephosphate(NADPH)oxidases,NOX]作为一组具有氧化活性的蛋白,其生物学功能主要是产生活性氧(reactiveoxygenspecies,ROS),其抑制剂二甲基苯碘已被证实在人体肺癌中可部分抑制爱拉斯汀诱导的铁死亡[21]㊂铁死亡信号通路在抑制铁死亡发生方面发挥了重要作用,但其作用机制仍需进一步探讨㊂2㊀铁死亡的机制2 1㊀脂质过氧化㊀铁死亡是由脂质过氧化驱动,脂质过氧化的过程即ROS与生物膜的磷脂㊁酶和膜受体相关的PUFA的侧链等大分子物质产生脂质过氧化反应,形成LPO,如丙二醛(malondialdehyde,MDA)和4⁃羟基壬烯醛,导致细胞结构和功能改变,从而诱发细胞铁死亡[15]㊂其中PUFA对脂质过氧化反应尤其敏感,其含量及所处位置对细胞中脂质过氧化程度具有决定性,使其在铁死亡机制中发挥着不可替代的作用[22]㊂铁死亡脂质过氧化的主要底物为含PUFA的磷脂,也是生物膜的重要组成部分,磷脂与PUFA结合主要通过其sn⁃2位置与一个酰基残基连接,该酰基残基又与1个PUFA结合[23]㊂此外,酯酰辅酶A合成酶长链家族成员4(acyl⁃CoAsynthetaselong⁃chainfamilymember4,ACSL4)也是脂肪酸代谢的重要组成部分,可通过辅酶A的酯化反应激活PUFA,从而参与铁死亡的执行过程中[24]㊂因此脂质过氧化的过程及其产物在铁死亡发生的机制中发挥了关键作用㊂2 2㊀铁超载㊀铁是人体必需的微量元素之一,一定量的铁对正常的细胞和器官功能至关重要,但铁的异常积累会对人体产生一定的伤害[25]㊂铁超载,即体内过量的铁积聚,过量的铁主要以铁蛋白轻链(ferritinlightchain,FTL)和铁蛋白重链1(ferritinheavypoly⁃peptide1,FTH1)的形式储存在细胞内[26]㊂在细胞层面,铁超载会导致L⁃ROS增加,诱导氧化应激反应进而参与细胞的铁死亡过程[27]㊂在OS疾病中,铁超载也主要通过诱导氧化应激反应来促进OS细胞的凋亡㊁自噬和铁死亡[28]㊂铁的代谢功能障碍会导致细胞内亚铁离子水平增加,引起ROS富集,进而促进脂质过氧化,最终导致铁死亡[29]㊂其主要机制为Fe3+与转铁蛋白受体1(transferrinreceptor1,TFR1)结合后,通过细胞膜进入细胞核内体,定位于内胚层,在内胚层被铁还原酶还原为Fe2+,然后Fe2+被释放到细胞质中不稳定的铁池中,多余的铁被储存在铁蛋白中,二价金属转运体1也会从细胞核中释放Fe2+到细胞质不稳定的铁池中,就会导致细胞内Fe2+超载,细胞内超载的Fe2+通过芬顿反应催化产生过量的L⁃ROS,就会诱发铁死亡[26]㊂Dong等[30]发现亚铁离子在维持缺氧诱导因子(hypoxia⁃induciblefactor,HIF)⁃脯氨酰羟化酶(prolylhydroxylasedomain,PHD)活性方面发挥着重要作用,铁的减少可以抑制PHD活性,从而诱导HIF的积累并激活下游基因介入到铁死亡的进程中㊂Yao等[31]发现软骨细胞能在铁超载的条件下发生铁死亡,且在铁死亡的诱导下软骨细胞中基质金属蛋白酶⁃13(matrixmetalloproteinase⁃13,MMP⁃13)表达增加,胶原Ⅱ表达减少㊂因此,铁离子的摄取㊁转运㊁储存异常都会对铁死亡产生一定的调节作用,当细胞内Fe2+增多,导致铁超载的状态,进而诱导铁死亡㊂2 3㊀线粒体功能障碍㊀线粒体的代谢是细胞ROS的主要来源,当Cys不足时,线粒体代谢可促进GSH的快速消耗,进而产生L⁃ROS以驱动铁死亡,且谷氨酰胺的分解调节铁死亡主要是通过在线粒体三羧酸循环中提供的α⁃酮戊二酸酯来实现的,还有研究表明,通过抑制线粒体三羧酸循环㊁敲除线粒体电压依赖性阴离子通道2/3或抑制电子传递链可使LPO减少,使铁死亡受到抑制,且线粒体被阻断会使铁死亡受抑制的程度进一步加强㊂当GPX4被抑制时,铁死亡还可以独立于线粒体进行,这表明线粒体在铁死亡中的作用可能与上下游分子都有关[32]㊂铁死亡的易感性㊁起始和实施与线粒体呼吸异常有关,但线粒体在铁死亡中的具体作用有待进一步研究[33]㊂3㊀铁死亡相关基因及信号通路参与OS的研究进展及治疗㊀㊀童也等[34]研究发现,铁死亡的相关基因FANCD2㊁HSPB1㊁ATF4和TMBIM4,在转移性OS组织中的表达异常可能会减少铁死亡相关的细胞凋亡,最终加快OS的发展进程㊂Lv等[35]的研究证实β⁃异硫氰酸苯乙酯可抑制GPX4表达,导致ROS积累,造成脂质过氧化和氧化应激,还可激活ROS依赖的丝裂原活化蛋白激酶信号通路,诱导人OS细胞发生铁死亡,抑制人OS细胞增殖,进而延缓肿瘤进展㊂Shi等[36]验证了替拉扎明可通过抑制SLC7A11和GPX4转导,诱导铁死亡,从而抑制缺氧条件下OS细胞的增殖和迁移㊂有研究显示,长期使用顺铂会抑制铁死亡发生,产生耐药OS细胞,而使用铁死亡诱导剂和信号转导转录激活因子3(signaltransducerandactivationoftranscrip⁃tion3,STAT3)抑制剂可重新激活细胞中的铁死亡,削弱STAT3/Nrf2/GPX4的信号转导,进而诱导铁死亡,增加对顺铂的敏感性,可成为克服OS细胞顺铂耐药的潜在治疗靶点[37]㊂Xu等[38]的研究发现,GPX4是MicroRNA⁃1287⁃5P调控人OS细胞铁死亡的直接作用靶点,因此MiR⁃1287⁃5P通过抑制GPX4可促进OS细胞铁死亡㊂过表达MiR⁃1287⁃5P可增强OS细胞对顺铂化疗敏感性,且MiR⁃1287⁃5P模拟物与顺铂联合使用可进一步降低OS细胞的存活率,因此MiR⁃1287⁃5P可成为OS治疗的佐剂或替代疗法㊂Chen等[39]发现下调组蛋白赖氨酸去甲基化酶4A(recombinantlysinespecificdemethylase4A,KDM4A)的表达可降低SLAC7A11的表达,促进OS细胞的铁死亡,并抑制OS进展及肺转移途径,且敲低KDM4A可增加顺铂处理OS细胞的敏感性㊂Lin等[40]研究发现,新型姜黄素类似物联苯二氟铜可诱导铁死亡,其机制可能是上调HO⁃1抑制GPX4的表达,增加MDA㊁ROS和细胞内铁离子水平,使其可成为一种治疗HMOX1阳性OS患者的潜在药物㊂Zhan等[41]发现铁死亡诱导剂Erastin和Yes相关蛋白敲低可增强OS细胞对焦脱镁叶绿酸⁃a甲酯介导的光动力疗法(methyesterpyropheophorbide⁃amediatedphotodynamictherapy,MPPa⁃PDT)治疗的敏感性,证实了Erastin联合MPPa⁃PDT可显著改善OS预后,因此铁死亡诱导剂有可能成为治疗OS的一大类新兴药物㊂Luo等[42]发现,补骨脂二氢黄酮可增加亚铁水平和下调磷酸化的STAT3来上调p53表达,从而降低SLC7A11和GPX4的表达,促进ROS和MDA的积累,进而诱导铁死亡,且在铁死亡抑制剂处理下,补骨脂二氢黄酮诱导的细胞铁死亡可被逆转,因此,补骨脂二氢黄酮有望成为OS治疗的药物㊂4㊀结语目前已发现铁死亡可通过脂质过氧化㊁铁超载㊁线粒体功能障碍机制参与OS的进展㊁治疗及预后,且能降低OS耐药性,但铁死亡的调控机制仍未被充分了解,仍需进一步探讨㊂此外,铁死亡诱导剂可驱动铁死亡参与抑制OS细胞的过程,因此其可成为一种新的OS治疗药物㊂目前除经典铁死亡诱导剂外,许多中药及其成分已被发现对铁死亡具有调节作用,如青蒿素㊁益母草碱㊁甘草㊁仙茅苷等[43]㊂未来可在此基础上开展中药及其有效成分参与铁死亡的调控途径以及联合OS传统疗法的相关研究,拓展OS的治疗前景㊂参考文献[1]MoukengueB,LallierM,MarchandetL,etal.Originandtherapiesofosteosarcoma[J].Cancers(Basel),2022,14(14):3503.[2]JafariF,JavdansiratS,SanaieS,etal.Osteosarcoma:acomprehen⁃sivereviewofmanagementandtreatmentstrategies[J].AnnDiagnPathol,2020,49:151654.[3]范㊀锲,李文浩,丘德赞,等.异硫氰酸苯乙酯联合阿霉素诱导骨肉瘤细胞凋亡的作用研究[J].中国临床新医学,2021,14(3):287-292.[4]IdetaH,YoshidaK,OkamotoM,etal.Antitumoreffectofsclerostinagainstosteosarcoma[J].Cancers(Basel),2021,13(23):6015.[5]ChenY,WangK,YangJ,etal.Mechanismofferroptosisinhyper⁃tensivenephropathy[J].TranslAndrolUrol,2022,11(5):617-626.[6]ShanX,LiS,SunB,etal.Ferroptosis⁃drivennanotherapeuticsforcancertreatment[J].JControlRelease,2020,319:322-332.[7]QiaoS,LiB,CaiQ,etal.InvolvementofferroptosisinPorphy⁃romonasgingivalislipopolysaccharide⁃stimulatedperiodontitisinvitroandinvivo[J].OralDis,2022:Epubaheadofprint.[8]ZhangJJ,DuJ,KongN,etal.Mechanismsandpharmacologicalapplicationsofferroptosis:anarrativereview[J].AnnTranslMed,2021,9(19):1503.[9]LiuT,ZhuC,ChenX,etal.Ferroptosis,asthemostenrichedpro⁃grammedcelldeathprocessinglioma,inducesimmunosuppressionandimmunotherapyresistance[J].NeuroOncol,2022,24(7):1113-1125.[10]ZhouL,XueX,HouQ,etal.Targetingferroptosisattenuatesinter⁃stitialinflammationandkidneyfibrosis[J].KidneyDis(Basel),2021,8(1):57-71.[11]GoS,KangM,KwonSP,etal.ThesenolyticdrugJQ1removessenes⁃centcellsviaferroptosis[J].TissueEngRegenMed,2021,18(5):841-850.[12]MouY,WangJ,WuJ,etal.Ferroptosis,anewformofcelldeath:opportunitiesandchallengesincancer[J].JHematolOncol,2019,12(1):34.[13]MaTL,ChenJX,ZhuP,etal.Focusonferroptosisregulation:explo⁃ringnovelmechanismsandapplicationsofferroptosisregulator[J].LifeSci,2022,307:120868.[14]LuoEF,LiHX,QinYH,etal.Roleofferroptosisintheprocessofdiabetes⁃inducedendothelialdysfunction[J].WorldJDiabetes,2021,12(2):124-137.[15]LiD,LiY.Theinteractionbetweenferroptosisandlipidmetabo⁃lismincancer[J].SignalTransductTargetTher,2020,5(1):108.[16]JiangX,StockwellBR,ConradM.Ferroptosis:mechanisms,biologyandroleindisease[J].NatRevMolCellBiol,2021,22(4):266-282.[17]周文博,孔晨飞,秦高伟,等.铁死亡发生机制的研究进展[J].生物化学与生物物理进展,2018,45(1):16-22.[18]任汐鹰,刘勤献,王海英.p53与细胞死亡[J].中国生物化学与分子生物学报,2018,34(6):588-594.[19]WeiX,YiX,ZhuXH,etal.Posttranslationalmodificationsinfer⁃roptosis[J].OxidMedCellLongev,2020,2020:8832043.[20]LeiG,MaoC,YanY,etal.Ferroptosis,radiotherapy,andcombi⁃nationtherapeuticstrategies[J].ProteinCell,2021,12(11):836-857.[21]康传杰,张相彤,马㊀威.细胞铁死亡发生与调控机制的研究进展[J].中国病理生理杂志,2017,33(3):567-571.[22]李博文,王志维.铁死亡是一种新的调节性细胞死亡形式[J].基础医学与临床,2019,39(2):247-251.[23]WuX,LiY,ZhangS,etal.Ferroptosisasanoveltherapeutictargetforcardiovasculardisease[J].Theranostics,2021,11(7):3052-3059.[24]PanQ,LuoY,XiaQ,etal.Ferroptosisandliverfibrosis[J].IntJMedSci,2021,18(15):3361-3366.[25]ZhangP,ChenL,ZhaoQ,etal.FerroptosiswasmoreinitialincelldeathcausedbyironoverloadanditsunderlyingmechanisminParkinsonᶄsdisease[J].FreeRadicBiolMed,2020,152:227-234.[26]JiangM,HuR,YuR,etal.Anarrativereviewofmechanismsoffer⁃roptosisincancer:newchallengesandopportunities[J].AnnTranslMed,2021,9(20):1599.[27]SumneangN,Siri⁃AngkulN,KumfuS,etal.Theeffectsofironover⁃loadonmitochondrialfunction,mitochondrialdynamics,andferrop⁃tosisincardiomyocytes[J].ArchBiochemBiophys,2020,680:108241.[28]黎㊀淼,何㊀琪,曾嘉旭,等.骨科相关疾病发生发展中的铁超载[J].中国组织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0万(10 0%),死亡病例94万(9 4%),分别位于恶性肿瘤新发和死亡病例的第三位和第二位[1]㊂直肠癌作为常见的消化道恶性肿瘤,对广大人民的生命健康造成严重影响㊂虽然治疗方式多样化,但是外科手术治疗仍然是直肠癌治疗的主要手段[2]㊂自2006年Pigazzi等[3]首次报道使用达芬奇机器人行直肠癌全直肠系膜切除术(totalmesorectalexcision,TME)以来,。
铁死亡在心血管疾病中的作用及潜在中医药干预靶点的研究进展
铁死亡在心血管疾病中的作用及潜在中医药干预靶点的研究进展[摘要]铁死亡是一种由脂质过氧化作用驱动、细胞代谢和氧化还原平衡失衡引起的新型细胞程序性死亡方式。
自2012年被提出以来,多种证据表明铁死亡参与了心血管疾病(CVD)的演变过程。
本文对铁死亡在心血管疾病中的作用及潜在中医药干预靶点的研究进展进行简要总结。
[关键词]铁死亡;心血管疾病;中医药The Role of Ferroptosis in Cardiovascular Disease and the Potential Targets for TCM InterventionWANG Xinyu1 KE Yuhe2*(1. Hubei University of Traditional Chinese Medicine,Wuhan,Hubei 430065 ;2.Wuhan Hospital of Traditional Chinese and Western Medicine,Wuhan,Hubei 430022)随着社会的发展,目前中国人群心血管疾病危险因素的流行水平极为严峻,CVD的患病率和发病率不断升高,死亡率也始终居高不下,研究心血管疾病的发病机制及潜在的治疗方式一直是防治心血管疾病的重中之重。
十多年前,Dixon 等人将一种由依赖铁的脂质过氧化驱动、不同于其他细胞死亡形式的新型细胞程序性死亡命名为铁死亡。
近年来,研究者发现铁死亡在心血管疾病中具有潜在的致病作用,靶向调控铁死亡将有望成为心血管疾病的潜在治疗手段。
现结合近十年来的相关文献,对铁死亡及其在心血管疾病中的作用机制及中医药对其干预的研究进展进行综述。
1 铁死亡的机制铁死亡的发生是一道包含铁累积、脂质过氧化及氨基酸代谢在内的,涉及一系列基因表达、生化反应和信号传导的复杂工序,过量的脂质过氧化反应是其发生的重要标志。
Fe3+通过转铁蛋白受体1在核内体中转化为Fe2+后通过转运体释放进入细胞,其中一部分与铁蛋白结合转为Fe3+进行储存,一部分作为血红素、铁硫的原料进入线粒体,其余的通过膜铁转运蛋白(FPN)转出到细胞外。
转铁蛋白受体在肿瘤研究中的进展
转铁蛋白受体在肿瘤研究中的进展
韩冬梅;赵一帆;李江林;叶茂
【期刊名称】《福建师范大学学报:自然科学版》
【年(卷),期】2018(34)3
【摘要】综述了转铁蛋白受体的结构及功能,其介导铁离子的途径有两种:循环机制,溶酶体降解机制.转铁蛋白受体在肿瘤细胞和其相对应正常细胞,表达水平升高,被认为是一种有效的肿瘤标志物.总结了以转铁蛋白受体为肿瘤靶向性治疗的研究进展.最后讨论了以转铁蛋白受体为靶点的治疗,目前存在的问题及展望.
【总页数】7页(P110-116)
【关键词】转铁蛋白受体;肿瘤;靶向治疗
【作者】韩冬梅;赵一帆;李江林;叶茂
【作者单位】湖南大学生物学院
【正文语种】中文
【中图分类】R730.5
【相关文献】
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4.转铁蛋白受体在肿瘤靶向治疗中的研究进展 [J], 曹佳丽
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多发性硬化患者颅内铁沉积与MRI的研究进展
多发性硬化患者颅内铁沉积与MRI的研究进展卢金婧【摘要】多发性硬化是一种中枢神经系统炎症和脱髓鞘性疾病,以髓鞘的损伤和修复,同时伴有轴索损伤为主要病理特点.以往研究指出,除常见的白质受累,多发性硬化常常累及皮质和深部灰质核团,且深部灰质核团的铁沉积受到了越来越多的关注.本文主要对多发性硬化患者颅内铁代谢情况及磁共振成像的研究进展进行综述.%Multiple sclerosis (MS) is an inflammatory and demyelinating disease of the central nervous system,with repair and injury of myelin sheath as its main pathological features,as well as injury of axonal.Previous studies indicated that besides white matter,cortex and deep grey matter nuclei were also involved in multiple sclerosis,iron deposition in deep grey matter nuclei won more and more attention.In this paper,we reviewed the study progress on iron metabolism in the brain and the MRI of the patients with multiple sclerosis.【期刊名称】《实用药物与临床》【年(卷),期】2017(000)003【总页数】4页(P345-348)【关键词】多发性硬化;铁代谢;磁共振成像【作者】卢金婧【作者单位】中国医科大学附属盛京医院,沈阳 110004【正文语种】中文多发性硬化(Multiple sclerosis,MS)是一种以中枢神经系统白质炎性脱髓鞘为主要病理特点的自身免疫性疾病,以髓鞘的损伤和修复,同时伴有轴索损伤为主要病理特点,可导致间歇和累积的神经功能缺失,其自身免疫性发病机制尚不明确[1]。
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转铁 蛋 白受体 1 t nf r cpo,f1 是 生 (r s rnr et TR ) a ei e r
物 体 内转运铁 离 子 的重 要 蛋 白分 子 , 离 子 穿过 血 铁
在 于海 马 、 弓状核 、 核 、 红 黑质 、 脑桥核 、 网状结构 、 若 干颅侧 神 经 核 、 部 小 脑 核 和小 脑 皮 层 ( o . 深 Mos等 19 ) 。Go eo等用 免 疫 化 学 方 法 也 发 现 大 脑 98 im t t
要 的意义 。
关 键词 转铁蛋 白受体 1 血脑屏 障 ; ; 转铁 蛋 白结合 体 复合体 ; 神经 系统 障碍 ; 向治疗 靶
中图分 类号 Q 8 19
R cn sa c rg ess o r nfri ee tr 1 i e ta N ro sS s m L i g e e t e rh P o rse fT a ser R cpo n C nr l ev u y t Re n e IQ o , n
用 PP ( rC 可传染 的海绵状脑病 的致病因子 ) 转染人
神经 母 细胞瘤 时 ,f1的表 达 降低 , TR 细胞 中 PP rC和
摘 要 转铁 蛋 白受体 1广 泛分布 于 中枢神 经系 统 中, 为细胞 铁 摄取 的通道 在 生 物体 内发挥 着 重 作 要 的作 用。 转铁 蛋 白受体 1介 导 “ 转铁 蛋 白一e ” F¨ 复合 体 的 内吞 , 转铁 蛋 白结 合 的铁 送 到 细 胞 将 内 , 而调节 细胞 的发育 和功 能。转 铁蛋 白受体 1也 转运其他 金属 离子 , 从 如锰 、 、 。转铁 蛋 白受 铝 铜 体 1可 以帮 助大分 子 药物顺利 通过血 脑屏 障 , 并成 为 中枢 神经 系 统疾 病 的 治疗 靶 点。本 文 综述 近 年 来 转铁蛋 白受体 1在 神经 系统 中的分布 、 节机 制和 功 能 以及其 作 为 药物 治 疗靶 点的 应用 。这 调 些 问题 的探 讨不 但为研 究 转铁蛋 白受体 1的功 能机 制提 供 了新 思路 , 而且 对 神 经科 学 的理 解 有重
哺乳 动物 大 脑 中铁 的 吸 收是 由 B B中 内皮 细 B
胞上 表达 的 TR f 1介 导 的。 因 此 ,f TR1系 统 在 大脑
中的表 达 以及 相关 的信 号机 制具有 重要 意义 。 血脑 屏 障 由内皮细 胞 、 底薄 层 、 皮 细胞和 星 基 周
形胶 质 细胞基 足共 同组 成 。星形胶 质细 胞广 泛分 布 于 C S中 , N 延伸 出很 长 的突起 包 盖住 血 管 和 内皮 细
生理 科 学 进 展 2 1 02年 第 4 3卷 第 3期
中枢 神 经 系统 中转 铁 蛋 白受体 1 的研 究 进 展 术
李 琼 周 亮 沈 颖
( 浙江 大学 医学 院神经生物学系/ 神经科学研究所 ; 卫生部医学神 经生 物学重点实验室 ;
浙江省神经生物学重点 实验 室 , 杭州 3 05 ) 10 8
综述。
一
皮层和脑干神经元 、 脉络丛细胞和脑毛细血管 内皮 细胞上 有 TR ( im t f1 Go eo等.19 ) 。但在 星形胶 t 90
国家重大科 学研 究计 划 ( 09 B 44 2 ; 2 0 C 9 10 ) 国家 自然科 学
、Leabharlann T l 神 经 系统 中的分 布及 其结 构 依 在
脑 屏障 ( l dba ar r B ) 人 脑 组 织 主 要 bo ri bre,B B 进 o n i
是通过 TR 介导的。本文就 T 1 f1 f 在中枢神经系统 R
(etl e osss m,C S 中 的分布 、 能 , cnr r u yt a nv e N) 功 以及
与部分 中枢 神经 系统 障碍相关 疾病 的研究 进展 予 以
Y n ta s r n vv n d a e h nd c tsso rnse rng io o lx,r g ltn h elg o h. o r n po ti ioa d me it st e e o y o i fta f ri —r n c mp e e u ai g t e c l r wt Tf r n p rsohe tli n swel u h a R1 ta s o t rme a o sa l ,s c sMn,A1a t nd Cu.I sp o e ha R1 c n h l c o ti r v d t tTf a ep ma r —
含体 在大 脑 血 管 内 皮 细 胞 ( C C )中的 循 环 率 增 BE s 加 。有研 究 证 实 了这 种 假 说 , 究 者 发 现 培 养 的 研 B E s中含 有 8% 的 TR CC 0 f1的备 用 池 , 且 能 够 在 并
缺铁 时动 用这 些 TR1 。 因此 ,f 1 环利用 的速 f TR 循
率增 加 , 是 其 总 表达 并 未 增 加 。这 说 明 ,f1备 但 TR
用池也参与调节了 TR 含量。另一个调节 TR 合 f1 f1
成 的可 能机制 是 内源性 相关蛋 白的缺失 和突变 。如 P D1 活或者 培养 的海 马锥 体 神经 元 细 胞 中蛋 白 K 失 激 酶缺 失可改 变 TR f1的含量 _ 。再 如 , 8 J 当研究 人员
的糖 基化 作用 是 TR f1行使 功能 必需 的 。 TR f 1在 大脑 中 的广 泛分 布 提 示 其 在 C S中发 N 挥重 要 功能 。已 经发 现 TR f1调 节 脑 内铁 代谢 以及
通过 TR f 1可 以治 疗 神 经退 行 性 疾 病 。这 些 功 能 的 实现 与 TR1的结 构 紧密相 关 。 f 二 、 f 1介导 T - e TR f ¨复合体 进 入血脑 屏 障 F
过 两 条二 硫 键 连 接 形 成 二 聚 体 , 小 为 10k a 大 8 D 。 每个 单体 含 7 0个 氨基 酸 , 子量 为 9 9 D , 6 分 0~ 5k a包 含一个 大 的胞外 c端 区 (7 6 1个 氨 基 酸 ) 一个 单 跨 、 膜 区 (8个 氨 基 酸 ) 一个 短 的 N 端 区 ( 1个 氨基 2 和 6
Z O i g S E ig( eatetfNuoioy Istto ersec; e aoaoyo d H U La , H NYn Dpr n o er o g/ntu N uo i e KyL brtr fMe- n m bl i ef cn i l erb l yo nsyo el ; h in r i e e brtr N uoioy Z eagU i c uoio aN o g fMiir t fH at Z eagPo n yL oaoyo erb l , h in n- h j vc K a f og j vrt Sho o dc e Hnzo 108 Ci ) e i col Mein , ag u 05 , h a sy f i h 3 n Abta t Ta s rnrcpo ei s ieyi cnr evu yt ( N ) t s ep nil f s c rnf r ee t 1 x t wd l n e t l rosss m C S .I i rsos e o i r ei r s an e b r—
体 的调 节 机制 如 下 : 当铁 缺 乏 时 ,I P 结 合 I E , Rs Rs 这 种结 合稳 定 了 TR f1的 m N R A并诱 发其 mR A翻 N 译 为 TR , f1的水 平上 调 。因此 , 缺 乏将 会 导 f 1 TR 铁
TR f 1是一种 跨膜 糖蛋 白 , 由两个 相 同的 亚基 通
降解 , 这一 过程 增加铁 的储 存 和减慢 TR 介 导 的铁 f1
摄取 。虽 然 I P . E 的相互作 用会 阻止 TR — R sI s R f 1mR
N 的分解 , 进 TR A 促 f1蛋 白质 的合 成 , 是 TR 但 f1的
表达 总量 并未 增加 , 可能 的解 释是那 些含 TR f 1的 内
基金( 17 9 5 资助课 题 3 0 04 )
通 讯 作 者
TR 在 C S中广泛存在。已经发现 ,f1 f1 N TR 存
生理科学进展 2 1 0 2年第 4 3卷第 3期
质 细胞 、 突神经 胶 质 细胞 和小 胶 质 细胞 上 尚未 检 少
测 到 TR 。 f 1
ee ns I E ) 这 个 观 点 已经 被 广 泛认 可 j l t, R s , me 。具
ne r l gc ldie s si u o o i a s a e n CNS.T i e iw u h s rv e s mmaie e e tfn i g n d srb i n,f n t n,a d ro — rz sr c n d n s i itiut i o u ci o n d o u ao y me ha imso R1 a l sisa lc to s te a e t a g t n ci i a d cne ltr c n s fTf swela t ppi ainsa h r p ui tr e si ln c lme i i .Th n c ei— v siains0 h s is e a o o l r v d e ie s fr t e r s a c b u h c a im n e t to n t e e su s c n n t n y p o i e n w d a h e e r h a o t t e me h n s a d g o f n to fTf u cin o R1,b tas a e p oo n in fc n e i h nd rt n i g o e r s i n e u lo h v r f u d sg iia c n t e u e sa d n fn u o ce c . Ke r ta se rn r c p o b o d b an bare ;r n fri e e tr c mp e nev us s se d s y wo ds r n fri e e tr 1; lo r i rir ta sern r c p o o lx; r o y tm i— o d r;a g td t e a y r e t r ee h r p