肾脏病中铁死亡的病理生理机制和药物疗法研究进展2024.docx

况下，进入细胞的铁会优先形成各种铁复合物，当这些复合物含量接近饱和时，多余的亚铁会在细胞中积累，形成不稳定铁池。铁池中游离的亚铁可通过芬顿反应产生大量活性轻，进而诱发脂质过辄化和铁死亡。多种铁代谢调节蛋白已被证实可通过影响不稳定铁池，参与调控铁死亡，如转铁蛋白、转铁蛋白受体(transferrinreceptor,TFR)x铁蛋白重链1(ferritinheavychain1,FTHl)、铁蛋白轻链、乳转铁蛋白(Iactotransferrinl1.TF)和铜蓝蛋白等。除了非施促反应的芬顿反应，铁还可通过醐促反应诱发铁死亡。脂氧合筋是一种铁依赖的双加叙施，能够催化多不饱和脂肪酸(POlyUnSatUratCdfattyacid,PUFA)发生过氧化，诱发铁死亡。此外，烟酰胺腺嗦吟二核甘酸磷酸辄化酶(nicotinamideadeninedinuclcotidcphosphateoxidase,NOXs)家族也是一类铁依赖的氧化能，能在多种组织中催化产生活性辄。上调NC)XS可导致脂质过辄化物蓄积，诱发铁死亡m。铁还可作为细胞色素P450氧化还原能辅助因子，参与脂质过辄化过程0因此，维持铁代谢平衡对铁死亡的防控具有重要意义。2 .PUFA脂质过氧化：脂质过辄化是铁死亡的重要郭:动因素，其启动体要从磷脂双分子层的多不饱和脂肪酸酰基磷脂(POlyUnSatUratedfattyacidacylphospholipids,PUFA-P1.s)中去除一个双烯丙基氢原子，从而导致磷脂自由基(phospholipidradical,P1.)和磷酸过氧自由基(phospholipideroxylradical,P1.OO)合成，最终产生大侬磷脂氧过氧化物(PhoSPhoIiPidhydroPeroXide,P1.OOH),弓|发一系列脂质过轲化链式反应。PUFA是细胞和细胞器膜磷脂的重要组成部分，过度的腌质过氧化会降低细胞膜的流动性和稳定性，影响生物膜的完整性并导致细胞死亡。花生四烯酸(arachidonicacid,AA)剌激人乳腺旃MDA-MB-231细胞，可导致脂质过氧化并诱发铁死亡3，提示PUFA不仅是脂质过辄化的底物，也是铁死亡的重要促进因素。酰基辅陶A合成静长链家族成员4(acyl-coenzymeAsynthetaselongchainfamilymember4,ACS1.4)是长链脂酰辅麟A合成的家族成员之一，可催化辅能A基团结合至脂肪酸形成脂肪酸就基辅懒A,激活后续的脂肪酸氧化和脂类生物合成。ACS1.4对PUFA具有高度亲和性，催化AA和肾上腺酸形成磷脂酰乙爵胺(phosphatidylethanolamine,PE),从而诱发铁死亡的相关级联反应。此外，ACS1.4还可促进5-羟基二卜碳四烯酸介导的质质毒性，诱发铁死亡。特异性抑制ACS1.4可显著降低脂质过氧化，减轻铁死亡37。因此，ACS1.4被认为是铁死亡的重要标志和分子靶点C溶血磷.脂酰胆碱酰基转移曲3(Iysophosphatidylcholineacyltransfcrase3,1.PCAT3)是另一种参与PUFA脂质过氧化的关键陶。1.PCAT3属于膜结合的C)-酰基转移曲(mcmbranc-boundO-acyltransferase,MBOAT)家族，具有酰基转移前活性。1.PCAT3可将AA-辅能A转化为AA-PE,随后被铁依赖的脂氧合酶进一步转化为相应的轼过氧化物。上调1.PCAT3可导致磷脂代谢紊乱并触发铁死亡，而下调1.PCAT3可降低PUFA磷脂含量并抑制铁死亡80由此可见，FUFA含量增加或促进脂质过氧化的关键褥上调均可诱发或加重铁死亡。3 .抗氧化系统(XcMM):XC-系统是一种钠独立的胱融酸/谷氨酸膜逆向转运体，由转运亚基溶质载体家族7成员11(solutecarrierfamily7member11,S1.C7A11)和调控亚基溶质载体家族3成员2(solutecarrierfamily3member2,S1.C3A2)构成。XC-系统可将细胞内的谷奴酸转移到细胞外，同时将细胞外的胱织酸转移至细胞内，为内源性抗氧化剂谷胱tl肽(glutathione,GSH)合成提供原料113,抑制XC系统可导致细胞内GSH减少，抗氧化能力减弱。GSH过氧化物防(GSHperoxidase4,GPX4)是一种他蛋白解，可将脂质过辄化物还原为无毒的脂质醇，抑制脂毓合悔介导的脂质过氧化，维持膜脂质双分子层稳态。GPX4含属减少或活性降低均能增加细胞对铁死亡的敏感性，因此，GPX4被认为是铁死亡的关键调控因子和标志物wo硒和GSH是GPX4含fit和酶活性的重要影响因素。抑制GSH合成将导致GPX4抗氧化活性降低和脂质过辄化物蓄积，而用半胱氨酸代替硒半胱氨酸同样能影响GPX4的抗氧化效能并增加细胞对铁死亡的敏感性。因此XC-GSH-GPX4轴被认为是铁死亡的重要防御系统。辅醐QIO是一种定位于膜上的脂溶性小分子，存在泛耐(氧化型)和泛醇(还原型)两种化学状态。泛醇能捕获氧自由基，抑制脂质过氧化和铁死亡。铁死亡抑制蛋白1便是通过将泛醍还原为泛静，发挥抗铁死亡效应tl°1o此外，二氢乳清酸脱氢解和GTP环化水解施1亦被证实可通过促进泛醉的产生抑制铁死亡，O二、候死亡与WjK病肾脏是参与铁滤过和重吸收的重要脏器，对调节铁代谢发挥着重要作用。肾脏富含线粒体，具有较高的摄氧肽，易受氧化与抗氧化系统失衡的影响,大量研究证实铁死亡与肾脏病密切相关，且部分天然活性成分或制剂等已被证实能够发挥基于靶向铁死亡的肾脏病治疗作用。见图2。图2靶向快死亡的肝脏病治疗制剂的作用机制注：A:铁死亡与AKI;B：铁死亡与DN;C：铁死亡与RIF;D:铁死亡与CIN;NRF2:核因子E2相关因子2;Rev-erb-:核受体家族成员；S1.C7A11:溶质载体家族7成员11;GPX4：谷胱甘肽过氧化物酹4;ACS1.4:酰基辅懒A合成懒长徒家族成员4;FSPl:铁死亡抑制蛋白1；UsC-Exo(TUGI):人尿源性干细胞衍生外泌体IncRNATUGl;T1.R4：TOU样受体4;N0X4：NADPH氧化版4；MitoQ.SKQl:线粒体靶向抗氧化剂；ROS:活性辄；TDNS:四面体DNA纳米结构；RR-Ila:人工合成的天冬酰胺内肽怖抑制剂；AdipoRl:脂联素受体1;HO-1:血红素加辄的l;ub:泛素化；ATF3:激活转录因子3;AKT:丝氨酸/苏叁酸激酶；GSK-3:糖原合成能激幅3。；SIRTl:沉默信息调节因子1;SMAD3:母亲抗肢瘫同系物3;AKI:急性肾损伤；DN：糖尿病肾病；RIF：肾间质纤维化；CIN：造影剂肾病；该图由FigdraW软件绘制1.快死亡与AKI：AKl是一种常见的肾脏病，具有较高的发病率和死亡风险。近年来，大量研究报道在AKl动物和细胞模型中观察到铁死亡现象，包括缺血再灌注损伤(ischemiareperfusioninjury,IRI)诱导的AKI模型、叶酸诱导的AKl模型、顺拍诱导的AKI模型、脂多糖诱导的AKl模型和甘油诱导的AKl模型等，给予铁死亡抑制剂可一定程度减轻相应的肾损伤C2"6)。因此，靶向铁死亡的AKl治疗药物研发也成为近年来的研究热点。在IRI诱导的AKI模型中，天冬酰胺内肽能抑制剂可降低GPX4的自噬水平；商尾素能匕调GPX4,改善线粒体功能；新型抗氧化剂SKQl可减少脂质过氧化物积累1,91；人尿源性干细胞衍生外泌体InCRNATUGl可通过与肾丝皴酸/精氨酸富有剪接因子1相互作用卜调ACS1.4信号闭，从而发挥基于抗铁死亡的肾损伤保护作用.此外，赖级酸特异性去甲基化幽1抑制亦被证实可通过卜.调Ton样受体4/NOX4信号减轻肾小管上皮细胞铁死亡，缓解肾损伤2。在叶酸诱导的AKl模型中，荷叶弑能通过GPX4途径减轻铁过载和脂质过氧化2”,褪黑素可通过上调核因子E2相关因子2(nuclearfactor-erythroid2-rclatedfactor2,NRF2)S1.C7A11信号减轻肾小管上皮细胞铁死亡，改善AKI。其他具有类似作用的还包括SKQl和天冬酰胺内肽施抑制剂t,7191此外，靶向抑制生物钟组件核受体家族成员Rev-erb-B也被证实可通过减轻肾小管上皮细胞铁死亡，发挥对叶酸诱导AKl的保护作用3）。在顺钠诱导的AKI模型中，四面体DNA纳米结构可以逆转GPX4的下调3）；白藜芦醇甘能维持XC-系统-GSH-GPX4轴和调节铁代谢）；富马酸二甲酯可上调NRF2信号125,发挥对肾小管上皮细胞铁死亡的抑制作用，减轻肾损伤。进一步探索发现，顺铝诱导的肾小管上皮细胞铁死亡受到肌静加氧酶的正向调控。此外，研究还发现核受体亚家族4A组成员1和血管性血友病因子裂解懒可上调NRF2信号“4,27；miRNA-214-3p抑制可上调GPX4信号【28；肿瘤抑制因子CX43下调可恢复S1.C7A11水平129。因此，它们可能成为基于铁死亡的AKl治疗新靶点。在脂多糖诱导的AKl模型中，人参皂甘Rgl可匕调铁死亡抑制蛋白1/泛醉信号1；线粒体靶向抗氧化剂MitoQ可抑制GSH耗竭3。）.褪黑素可上调NRF2/血红素加氧陶1（hemeoxygenase1,HO-1）信号）；异甘草素可抑制铁货白自噬。它们均能够通过抑制铁死亡发挥肾脏保护作用。由此可见，铁死亡参与AKI的发生与发展，耙向铁死亡可能成为一种有希望的AKI治疗策略。目前靶向铁死亡的AKl治疗药物已有初步的探索，但其安全性和有效性尚有待进一步的临床研究验证。2.铁死亡与DN：DN是糖尿病的常见微血管并发症，可累及30%40%的糖尿病患者，最终导致终末期肾病。近年来，铁死亡也被证实参与了DN的发生发展。DN患者的血清铁明显增高，ACS1.4、环氯合舐2和NOXl的表达明显上调，S1.C7A11和GPX4的表达明显下调1321<.此外，在链眠菌素诱导的DN小鼠模型和db/db小鼠DN模型中，均观察到肾组织的铁含Iit和脂质过辄化产物明显增加以及GPX4下调等现象，而予以铁死亡抑制剂能够减轻上述改变，降低尿蛋白，改善肾功能133）。在体外研究中，高糖诱导的肾小管上皮细胞（HK-2和NRK-52E）、肾小球足细胞（MPC5）和系膜细胞中也出现铁死亡132,34.35o生物信息学分析进一步证实DN中存在铁死亡相关的HUb基因（FPR3、C3AR1.CDl4、ITGB2、R4C2和ITGAM）361o虽然大成证据表明铁死亡参与DN的进展，但具体机制尚未完全阐明。据报道，生物活性肽SalUSin不可与铁死亡形成正反馈环，导致糖尿病相关肾小管损伤371；高迁移率族蛋白Bl可通过抑制NRF2通路，加重葡萄糖诱导的系膜细胞铁死亡32】；单链DNA结合蛋白1通过DNA依赖性蛋白激酶p53通路，加重高果糖诱导的肾小球足细胞铁死亡和损伤28）；锌调控转运体/铁调控转运体样蛋白14可通过增加铁沉积，诱发铁死亡介导的DNW"。此外，特异性蛋白1介导过氧化物还原版6表达上调可通过诚轻足细胞的铁死亡缓解DN"°N-乙院半胱氨酸能通过激活沉默信息调节因子3-超氧化物歧化施2-GPX4信号通路，提高线粒体GSH活性、维持线粒体氧化还原稳态，减轻线粒体损伤和铁死亡，缓解DN动物模型的肾损伤411O低氧诱导因子lHO-l依赖的铁死亡途径被证实与DN相关肾小管损伤有关【42）。上述信号分子的发现为靶向铁死亡的DN治疗莫定了理论基础。在基于铁死亡的DN治疗药物探索中，研究发现银杏内脂B可抑制GPX4的泛素化"3，吉马酮可正向调控mmu_circRNA_0000309/miRNA-188-3p/GPX4信号轴,两者均通过减轻足细胞铁死亡发挥对DN的保护作用.此外，毛蕊异黄胴可减少铁摄入和脂质活性氧累积1351,羟基香豆素可激活NRF2/HO-1通路(佝，Il草黄阳可提高超氧化物歧化酣和GSH的活性，上调GPX4、S1.C7A11和S1.C3A2的表达，降低丙二酹和铁含成以及TFRl表达第4】，从而抑制肾小管上皮细胞铁死亡，改善DN相关肾小管损伤。降脂药物非诺贝特也被证实可通过上调NRF2抑制肾小管上皮细胞铁死亡，延缓DN进展46】。另有研究发现五味子甘A可通过脂联素受体1-AMPK-NRF2-HO-1-GPX4抽抑制肾小球内皮细胞铁死亡，缓解DN相关肾损伤”7)。随着细胞和动物实验对铁死亡与DN关系的揭示，铁死亡在DN临床诊治中的价值逐渐受到临床工作者的重视，目前中国临床试验注册中心已涌现部分临床研究，但多为观察性研究。基于铁死亡的DN治疗尚方很多未知领域需耍探索。3.快死亡与RIF：慢性肾脏病(ChroniCkidneydiSeaSe,CKD)是一个日益严重的全球公共卫生问题。RIF是CKD进展的共同途径和关键环节，延缓RlF进展对防治CKD具有重要意义。近年来，大量研究致力于RlF的机制探索，铁死亡与RlF的关系也逐渐被认识。CKD患者肾组织的GPX4表达明显降低，ACS1.4表达和脂质过辄化物含量明显增加如。此外，在单侧输尿管梗阻(unilateralureteralobstruction,UUO)IRk叶酸以及5/6肾切除诱导的RIF动物模型肾脏中均出现明显的铁死亡，表现为铁过载、脂质过辄化和典型线粒体损伤等，口予以铁死亡抑制剂可明显缓解上述改变并减轻RIFh849jO我们在UUO模型和腺噪吟饮食小鼠模型的肾脏中发现类似现象。此外，在5/6肾切除的CKD大鼠模型中，予以铁死亡诱导剂顺钠能够加重肾脏铁死亡，并使肾脏病理损伤加重和肾功能恶化佝上述研究表明铁死亡可能是RIF的促进因素，铁死亡参与RIF的分子机制也逐渐成为近年来的研究热点。体内外实验研究显示，铁死亡抑制剂可以通过卜.调转化生长因子Bl-SMAD3信号MM】，抑制肾小管上皮细胞旁分泌产生的促纤维因子对成纤维细胞的激活5,以及下调单核细胞趋化蛋白1的表达和巨噬细胞的趋化作用等途径Z8,发挥基于抗铁死亡的抗纤维化效应。此外，稳定低氧诱导因子IQ和激活NRF2信号被证实能通过抑制铁死亡减轻叶酸诱导的RIFmJ。近期，我们通过建立体内外模型发现，抑制ACS1.4介导的肾小管I：皮细胞铁死亡能够改善UUO和腺嚅吟饮食诱导的RlF3”。铁死亡参与RlF的其他可能机制包括对料基酸和视黄醉代谢以及免疫的调节作用S310随着铁死亡与RlF关系的揭示，靶向铁死亡或能成为RlF防治的新策略，但相关药物的研发仍处于起步阶段。虽然已才天然活性成分漆黄索、红景天昔、莺尾黄素和肾性贫血治疗药物罗沙司他等被证实能够通过抑制铁死亡减轻实触动物的RIFm50.52,但尚需临床研究进一步验证。4.快死亡与其他哥脏病：Wang等B,发现狼疮肾炎患者的肾小球和肾小管间质的脂质过契化产物表达明显上调，且生物信息学分析结果提示肾小球和肾小管间质中存在与铁死亡相关的差异表达基因，如乳转铁能白、细胞色素b-245捱、G0/G1开关基因2和胶酮还原能家族1成员CUHu和Chen55发现铁死亡引起的狼疮肾炎可能与活性氧过度产生和单核巨噬细胞异常浸涧有关，并鉴定出8个与铁死亡相关的HUb基因（KRAS、PIK3CA、EGFR、MAPK14.SRC、MAPK3、HEGE4和47时）0上述研究提示铁死亡可能参与狼疮肾炎的调控，但具体机制有待进一步探索。造影剂肾病（contrast-inducednephropathy,CIN）是碘造影剂使用的常见并发症。目前针对ClN的预防措施主要是水化扩容，尚无理想的治疗方法。近年来，研究发现在CIN动物模型中予以铁死亡抑制剂能够改善肾脏病理损伤，改善肾功能（5647】。在体外模型中，铁死亡抑制剂1.iP-I和DFO对碘造影剂剌激的HK-2细胞同样显示出保护作用。此外,氯高铁血红素（一种口卜琳病治疗用药）被证实可通过HO-I/NRF2信号通路上调GPX4,抑制辄化应激和铁死亡，减轻CIN156J。热情限制也被证实可通过激活沉默信息调节因子1/GPX4信号改善CIN57）。铁死亡的发现为防治ClN提供了新的思路，但研究证据有限，尚需更多高质量研究加以验证。常染色体显性遗传多囊肾（autosomaldominantpolycystickidneydisease,ADPKD）是最常见的遗传性肾病。与正常肾脏相比，ADPKD患者肾脏的GPX4、S1.C3A2和S1.C7A11表达明显下调，WTFRl和二价金限离子转运蛋白1表达明显上调；此外，尸KOI基因敲除小鼠的肾脏出现明显的铁死亡，表现为S1.C3A2,S1.C7AU和GPX4表达下调，TFRl.二价金属离子转运蛋白1、HO-I表达上调，线粒体峰减少和线粒体外膜破裂等；旦予以铁死亡诱导剂会导致上述改变加重，促进囊肿增长；但予以铁死亡抑制剂后上述改变明显减轻。体外研究进一步证实，脂质过氧化产物4-HNE能通过丝刎酸/苏弧酸蛋白激能、核糖体果白S6、信号转导和转录激活因子3、视网膜母细胞瘤肿痴抑制因子促进户KDZ基因突变细胞增殖和囊肿增长38】。匕述研究提示铁死亡与ADPKD发生发展密切相关，基于铁死亡的机制探索或许能为ADPKD的治疗带来希望。IgA肾病是最常见的原发性肾小球疾病。最新研究发现IgA肾病患者肾脏的GPX4表达IS显著低于健康对照人群，且在体外模型（Gd-IgAl刺激的人系膜细胞）中，细胞活力明显下降，出现脂质过融化和铁死亡的特征性线粒体改变，而予以铁死亡抑制剂可减轻上述改变，改善肾损伤159）。机制上，下调过氧化物酶体增殖物激活受体可介导脂肪酸结合蛋白1对GPX4和ACS1.4的调控，导致铁死亡，促进IgA肾病的发生159）。因此，铁死亡亦可能是IgA肾病的重要促进因素和潜在治疗靶点。肾结石累及全球约10%的人群，且5年复发率高达50%,是终末期肾病的危险因素16。高浓度的草酸盐会导致肾小管上皮细胞损伤和肾结石形成。在草酸盐剌激的HK-2细胞中，铁含量增加，ACS1.4和TFRI表达上调，GPX4、S1.C7A11和铁能白轻链表达卜谓，出现典型的铁死亡相关线粒体改变）。该结果提示草酸盐能诱导HK-2细胞发生铁死亡，但铁死亡参与肾结石的具体机制尚不清楚，靶向铁死亡对肾结石的治疗作用有待进一步验证。三、总结与展望铁死亡作为一种新的可调节性细胞死亡形式，已被证实在多种肾脏病的发病中发挥作用，但目前铁死亡与肾脏病的研究主要集中在AKI领域,RlF和DN的相关研究方增加趋势，但针对其他肾脏病的研究相对较少，尚有许多未知领域体要探索。挖掘铁死亡调控肾脏病的关键靶点，获取高效的靶向药物将是未来研究工作的重点和难点。随着分子筛选技术和靶向药物制作工艺的成熟，以及人工智能的创新发展，从天然产物和现有抗炎-抗辄化等药物中探索基于铁死亡的肾脏病靶向治疗药物，或许能为肾脏病的防治开辟一条新的道路。