铁死亡机制在视网膜色素上皮...胞损伤相关眼病中的研究进展_王巧云.pdf

文献综述铁死亡机制在视网膜色素上皮细胞损伤相关眼病中的研究进展王巧云，解来青引用：王巧云，解来青 铁死亡机制在视网膜色素上皮细胞损伤相关眼病中的研究进展 国际眼科杂志；（）：基金项目：江苏省卫生健康委医学科研项目（）；苏州市医疗卫生科技创新（应用基础研究）项目（）作者单位：（）中国江苏省苏州市，苏州大学附属第二医院眼科作者简介：王巧云，苏州大学在读硕士研究生，研究方向：白内障、眼底病、眼外伤。通讯作者：解来青，毕业于苏州大学，博士，副主任医师，研究方向：白内障、眼底病、眼外伤 收稿日期：修回日期：摘要铁死亡（）是一种新发现的以脂质过氧化和铁积累为特征的程序性细胞死亡。近年来，随着铁死亡概念的提出和其机制研究的不断深入，视网膜色素上皮细胞（，）功能下降相关眼病 如 年 龄 相 关 性 黄 斑 变 性（，）、视网膜色素变性（，）和糖尿病视网膜病变（，）等疾病的发病机制的探索也取得了重大突破。本文将对铁死亡的基本概念、铁死亡的主要机制及调控铁死亡对 相关眼病发生发展的作用研究进行综述，希望为 相关眼病发病机制的研究提供参考。关键词：铁死亡；视网膜色素上皮细胞；眼病：，：（）；（）（），：，：，（），（），（）（），：；：，（）；（）：引言铁是人体生命活动过程中必不可少的成分，它对视网膜中的视觉光导级联至关重要。然而，过量的铁是有害的，铁的积累易使老化的视网膜细胞发生氧化应激，从而诱导细胞死亡，即铁死亡（）。铁死亡是一种新近发现的由脂质过氧化引起、以铁依赖性积累为特征的程序性细胞死亡。视网膜光感受器（，）是高度专一的感觉神经元，可通过其细胞外节感知光信号，具有独特的代谢和生理功能，是视觉光导级联的重要组成部分。变性会导致不可逆的视功能损伤，包括年龄相关 性 黄 斑 变 性（，）、视网膜色素变性（，）和糖尿病视网膜病变（，）等。变性的原因各异，其中视网膜色素上皮细胞（，）的铁死亡近年来受到越来越多学者的关注。作为血视网膜外屏障的重要组件，及其构成的紧密连接负责脉络膜向 提供葡萄糖、氧和各类营养物质，同时排泄 代谢产生的终产物，以实现 的视觉功能。因此，铁死亡可导致 损伤甚至死亡，进而导致致盲性眼病的发生和发展。本文将从铁死亡的主要机制及其信号通路、功能下降相关眼病与 铁死亡的相关性及其机制、以及调控铁死亡对 相关 眼病发生发 展的作用进 行综述，以期 为 ，：相关眼病发病机制的研究提供参考。铁死亡的基本概念依据形态学特征，细胞死亡可分为细胞凋亡、细胞自噬和细胞坏死三种类型。细胞凋亡和细胞自噬均是一种程序性细胞死亡，而细胞坏死是一种不可控性细胞死亡。近年来研究发现，细胞内存在其他死亡途径，其中以 团队提出的“铁死亡”最受人们关注，并取得了显著进展。铁死亡是一种由细胞内过量铁积累和脂质过氧化引起的细胞死亡类型，在形态学、生物学和遗传学上都不同于其他类型的细胞死亡。铁死亡属于调控性坏死，比细胞凋亡更具有免疫原性。与正常细胞相比，铁死亡的细胞线粒体尺寸减小，线粒体膜萎缩，线粒体嵴减少，双层膜密度增加。细胞内脂质活性氧（，）的产生和降解不平衡是导致铁死亡的主要原因。铁死亡诱导物直接或间接作用于谷胱甘肽过氧化物酶（，），导致 积累，细胞抗氧化能力丧失，细胞氧化损伤。铁死亡与 功能下降相关眼病的相关性及其机制新近研究表明，功能下降相关眼病的发生与 铁死亡造成的 的变性有关。外节段的高浓度多不饱和脂肪酸（，）是 内 的主要来源。过量光照会导致 内 累积，介导氧化应激，进而引起 损伤。因此，视网膜需要特 别 的 抗 氧 化 保 护。视 网 膜 内 诸 如 谷 胱 甘 肽（，）和 等多种细胞内抗氧化机制很好地发挥了此项功能，从而使 的氧化损伤获得一定程度的限制。随着年龄增长，视网膜氧化还原系统的效率显著下降，从而导致老年人群视网膜细胞更易受氧化应激的影响。目前有关 铁死亡的通路主要包括氨基酸转运途径、脂肪酸代谢途径、铁代谢途径和炎症反应途径，分述如下。铁死亡与 信号通路 胱氨酸 谷氨酸转运系统（）、谷胱甘肽过氧化物酶（，）和 通路是发现最早、最经典、目前研究最多的铁死亡通路，在 中亦如此。在细胞内发挥着重要的抗氧化功能，它通过细胞膜上的胱氨酸 谷氨酸转运体溶质载体家族 成员（，）排出细胞内的谷氨酸（，），并摄取细胞外的胱氨酸（，），将摄取的 还原为半胱氨酸（），进而参与 的合成。是一种强效的还原剂，合成的 可作为 的辅因子，参与细胞内过氧化物的还原。是一种独特的细胞内抗氧化酶，可直接消除细胞膜中产生的过氧化磷脂。研究表明，使用 抑制剂、（）可 增 加 溶 酶 体 相 关 膜 蛋 白 （，）基因敲除 的细胞死亡量。补充半胱氨酸和谷氨酰胺可恢复 的功能，进而抑制 诱导的 敲除的 死亡。生理状态下，在 信号通路的有效调控下，细胞内脂质过氧化水平趋于稳定，从而有效抑制细胞的铁死 亡。等对 在 脉 络 膜 新 生 血 管（，）模型中的作用及其机制进行了初步探讨，发现 中 蛋白的表达在激光处理小鼠后 内持续增加。蛋白的表达在激光 处 理 后 前 与 血 管 内 皮 生 长 因 子（，）表达峰值出现的时间一致，之后 表达逐渐下降，至第 时低于激光处理前水平，而腹腔注射 抑制剂可使小鼠 的面积显著增加。上述研究表明，可抑制 对 的表达，进而有效缩小 的面积。与体内实验相对应，体外实验也证实了 在 细胞（人 细胞系）中广泛表达，其对维持 细胞的活力和抵抗细胞内脂质过氧化具有重要作用。敲除 后，中的 表达发生上调。等研究发现，用 视黄醛视黄乙醇胺（，）诱导氧化应激后，人 中 合成最佳限制酶谷氨酸 半胱氨酸连接酶修饰亚基（，）、血红素加氧酶（，）和 的表达发生下调，这些基因聚集在同一个富集通路上，即铁死亡通路。下调会导致细胞内 生物合成减少，进而破坏铁平衡，诱发 铁死亡。铁死亡与 高耗氧、持续光照、超载以及光敏剂的存在会增加视网膜中 的聚集，从而激发视网膜氧化应激反应的发生。铁代谢过程中铁的积累会加重 的形成，后者可与血浆和膜细胞器中的 反应生成脂质过氧化物。值得注意的是，水平相对较高的细胞，如视网膜 细胞，对脂质过氧化高度敏感，容易受到氧化应激导致其功能受损。而包括维生素 和 在内的脂质抗氧化剂可降低 细胞对脂质过氧化的敏感性。视网膜 细胞中较高的 含量可加重光氧化诱导的 的衰老，诱发 铁死亡，进而造成视网膜色素上皮（，）功能下降。酰基辅酶 合成酶长链家族成员（，）是一种重要的 代谢同工酶，对铁中毒敏感性具有决定性作用。研究表明，通过促进脂质过氧化而加重神经元的死亡，敲除 可抑制小鼠小胶质细胞促炎细胞因子的产生从而对小胶质细胞起到保护作用。由此可见，可通过促进促炎细胞因子的产生加重细胞的铁死亡，但其在视网膜疾病中如何发挥作用有待进一步研究。铁死亡与铁代谢 和转铁蛋白与转铁蛋白受体 复合体通过 基底外侧膜进入细胞内，其释放的在铁还原酶的作用下被还原为。通过二价金属转运体（，）穿过核内体膜进入细胞质。此过程中人类白细胞抗原类样蛋白（）、转铁蛋白受体（，）的分布及含量在维持 铁稳态方面具有重要意义。是主要组织相容性复合体（，）人类白细胞抗原（，）类样蛋白，参与铁稳态的维持。通过与 和 相互作用识别 结合铁的饱和度。可与 国际眼科杂志 年 月 第 卷第 期 ：电话：电子信箱：结合，一方面因其存在与转铁蛋白（，）接触的重叠位点而降低 结合 的亲和力，另一方面因螺旋域上的 接触区域允许同时结合，从而形成三元 络合物。通过 进入细胞，以动态靶点竞争的方式控制细胞内的铁浓度。此外，还可与 结合调节铁氧化物酶铁调素（，）的 转 录，并 通 过 触 发 铁 转 运 蛋 白（，）的降解来抑制铁摄取。缺乏会导致铁超载。等研究发现，仅可在 基底外侧膜检测到，表明 与 相互作用介导脉络膜血液中的铁吸收进入视网膜。等研究表明，沉默的 表现出衰老减少、迁移增强和葡萄糖摄取增加等肿瘤细胞的诸多特征。铁超载的小鼠模型可观察到 肥大，而 缺失导致的铁超载会诱发 的氧化应激，进而促进 过度增殖肥大，最终导致 失去其生理功能。与 是一种质子 的转运体，位于核内体膜上，存在于、棒状双极细胞、水平细胞和 内节段中。在受体介导的转铁蛋白铁的内吞作用下，促进 进入细胞质，。未被 使用或储存的 通过 出细胞，在 和血浆铜蓝蛋白（，）作用下被氧化为，并与细胞外 结合，形成铁输入输出循环。新近研究发现，增高的铁输入蛋白 和由增高的铁调节蛋白（，）下调的铁输出蛋白铁转运蛋白（，）均可引起铁沉积。此外，多态性是 潜在的环境相关风险标记物。等研究发现，叔丁基过氧化氢（，）暴露后，表达下调，促进 内 蓄积，进而诱发 铁死亡。铁死亡与炎症反应大量研究表明，可导致视网膜细胞的损伤和视网膜疾病的发生，如。可使脂氧合酶（，）代谢产物增加，与 反应诱导脂质过氧化，进而导致铁死亡。等近期使用碘酸钠（，）抑制 细胞系 中 的功能，观察其对 诱导细胞死亡的影响。作者同时在 小鼠模型中观察氧化应激后铁死亡相关指标的变化。处理后，单层逐渐出现具有阿米巴、圆形或椭圆形的 阳性染色的活性小胶质细胞和单核细胞。应用 的特异性抑制剂齐留通（抗白三烯类药物）预处理后，阳性细胞数出现明显下降，细胞中的、等促炎基因的表达受到抑制。上述研究证实，引起小鼠视网膜 丢失、炎症损伤的机制是铁死亡机制诱导的 死亡，而 的抑制剂齐留通通过抑制铁死亡从而减轻 诱导的小鼠视网膜的损伤和 单层细胞的变性。等发现，应用 处理培养的人 后，包括、和 在内的铁死亡相关信号分子表达下调，促炎细胞因子表达上调，这一结果与培养的人 中白介素 （，）和白介素（，）信号通路相对富集有关。上述研究表明，在氧化应激条件下，试图通过增加、等炎症因子的表达来拯救，结果触发炎症级联导致感光细胞的进一步损伤，进而使 细胞功能损伤的进程进入恶性循环，最终出现诸如、和 的典型 功能受损的疾病特征。调控铁死亡对 相关眼病发生发展的作用虽然“铁死亡”概念的提出至今不过 时间，其分子机制及调控通路已取得重大突破。在眼科领域，铁死亡的调控性研究涉及多种眼病，包括、和 等。早在 年代，铁就被认为可参与视网膜脂质过氧化过程，这一作用可通过维生素 来预防。新近研究指出，食物中补充具有脂质抗氧化特性的营养物质（如叶黄素、玉米黄质、锌、维生素、维生素 以及 胡萝卜素）可降低 进展的风险，其机制可能与上述营养物质可降低 铁死亡的敏感性从而发挥其对神经视网膜细胞的保护作用有关。最近又有报道，应用铁抑制素（，）和去铁胺（，）抑制 诱导的 铁死亡，可获得比单纯的凋亡或坏死抑制剂更好的视网膜保护效果。该研究为 功能障碍和 细胞凋亡所致的干性 的治疗提供了一种潜在的方法。等研究发现，应用 抑制剂或敲除 基因可增强 细胞的脂质过氧化水平，降低体外培养的 的活力，而应用 抑制铁死亡途径后，细胞的活力获得显著逆转。相反，过表达 可显著抑制铁死亡诱导剂爱拉斯汀（）或 的功能，对 细胞的活力具有明显的保护作用。作者进一步研究发现，敲除调控转录因子 相关因子（，）后，的表达发生明显下调。上述研究证明，和 可能成为 治疗的新靶点。等通过直接敲除 或应用 抑制剂锌原卟啉（，）发现，特异性抑制 可显著降低 的铁死亡。他们认为 可抑制 变性，从而有效保护视网膜结构和视觉功能。上述研究表明，抑制 介导的 铁死亡可能成为视网膜退行性疾病（如、和 等）的另外一条有效的策略。的特异性抑制剂齐留通可减少 诱导的 脂质过氧化，减轻视网膜炎症反应，减少神经视网膜和 的变性，从而有效减少 细胞的死亡。抑制 或许亦可成为 治疗的新方向。的特点是 细胞的不可逆损伤，的铁死亡参与该过程。目前针对 的治疗缺乏有效的方法，除使用铁螯合剂外，增强与铁死亡相关的 和 的表达，降低 的表达，可能对 病情的进展起到一定的延缓作用。等发现，在高糖环境下培养的 中 加 入 花 生 四 烯 酸 脂 氧 合 酶（，）抑制剂抑制 的过氧化，可削弱 的铁死亡，从而对高糖环境下培养的 细胞的活力产生保护作用。上述研究为抑制铁死亡在 治疗上的作用提供了新的思路。总结与展望大量研究证实，靶向抑制 铁死亡