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中医药调控脑卒中缺血再灌注铁死亡机制研究进展

2024-06-29 10 上传者：管理员

摘要：铁死亡是近年来新发现的一种细胞损伤形式，其调控机制复杂并与神经系统疾病、心血管疾病以及肿瘤等多种疾病密切相关。铁死亡的分子机制尚未完全明确，但是以铁死亡的分子调控机制为靶点，探索各种药物在疾病中应用的研究越来越多。中药多靶点、多层次的作用机制在调控铁死亡方面的作用也日益受到人们的重视。此文从铁死亡的机制、铁死亡在缺血再灌注损伤中的作用以及中医药通过抑制铁死亡机制改善缺血再灌注损伤的几个方面做出述评，旨在为脑缺血再灌注的治疗提供新的策略。

关键词：
中医药治疗
缺血-再灌注损伤
缺血再灌注损伤
脑卒中
脑组织
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脑卒中是目前全球所面临的重大疾病之一，脑组织因其对血氧需求的特殊性，一旦组织发生缺血，其血氧恢复反而有可能会对组织造成进一步的损伤，此损伤即为缺血再灌注损伤(Ischemia-reperfusion injury, IRI)。IRI发病过程中的病理机制非常复杂，涉及氧化应激、钙超载、炎症反应、兴奋性氨基酸释放增多、细胞凋亡坏死等[1]。在各种损伤途径中铁依赖性细胞死亡程序与IRI的联系也逐渐被人们发现。有研究证明，中药可通过调节相关靶蛋白影响细胞的铁依赖性损伤过程，在改善脑缺血后再灌注损伤疗效显著[2]。因此，挖掘中医药对缺血再灌注过程中对铁死亡的调控已经成为当下关注的热点，本文就铁死亡的发生机制以及中药对铁死亡的调控机制进行综述，报道如下。

1、铁死亡

铁死亡是2012年发现一种细胞死亡方式，这种细胞损伤过程与凋亡、坏死和自噬不同，其对铁离子具有明显的依赖性，是以活性氧(Reactive oxygen species, ROS)基团和受铁离子调控的脂质过氧化为主要特征，所以被命名为“铁死亡”[3]。铁死亡导致的细胞形态改变主要是：细胞膜和细胞器的膜密度增加，细胞膜外观未见改变，但流动性发生改变；膜磷脂结构性也被破坏；线粒体发生萎缩，其内部脊明显减少同时伴随着线粒体膜出现破裂[4]。研究证明，机体发生铁死亡性的细胞损伤后，其可迅速波及其他细胞，导致其他细胞发生相同途径的损伤[5]。目前铁死亡已知的发生和调控方式主要受systemXC-GSH-GPX4功能轴、脂质过氧化和铁代谢3个方面的影响[6]。见图1。

1.1铁代谢

铁是人体内微量元素，Fe2+对人体内的氧气运输、能量转化以及线粒体蛋白的生成具有非常重要的作用[7]。正常铁离子进入人体后需要通过转铁蛋白、转铁蛋白受体、二价金属离子转运体、膜铁转运蛋白1、金属还原酶(STEAP3)以及胞吞作用等多种途径才能进入细胞质，一部分Fe2+会参与人体的正常代谢过程，其中多余的Fe2+会转化为铁蛋白储存，防止过多的Fe2+损伤细胞。但是当铁离子代谢失常时，细胞内会存在过多Fe2+,可以与细胞内的脂质发生芬顿反应，产生过量的ROS会对细胞造成氧化损伤，对细胞膜的完整性造成破坏，导致细胞发生铁依赖性的死亡进程[8]。Tau蛋白是一种多功能蛋白，其可以将淀粉样前体蛋白转运至细胞膜，减弱铁死亡过程。热休克蛋白β-1(HSPB1)磷酸化之后会减少细胞对铁离子的摄取，同时抑制脂质过氧化物的产生。线粒体铁蛋白是一种具有铁氧化酶活性的铁蛋白，可以将有氧化性的二价铁转变为不具有氧化性的三价铁，防止线粒体受到铁依赖性氧化损伤[9]。核受体辅激活蛋白4(NCOA4)是铁蛋白能够进入溶酶体分解所必需的蛋白，当缺乏NCOA4时，铁蛋白无法被降解转化成游离的Fe2+,可以减少铁依赖性细胞损伤的发生[10]。

1.2脂质过氧化

细胞膜物理特性遭到的破坏是铁死亡过程中细胞的重要损伤过程，脂质过氧化就是这个过程的主要影响因素[11]。多聚不饱和脂肪酸(PUFA)是细胞和细胞器膜磷脂的主要成分[12],其结构并不稳定，可在磷酸化酶激酶G2作用下发生氧化。其双键结构中的氢原子很容易被ROS氧化成脂质自由基(L-)。L-与氧分子作用生成脂质过氧化自由基(LOO-),LOO-产生后，其他PUFA中的氢原子被其所夺，产生L-和脂氢过氧化物(LOOH)[13]。同时脂质过氧化过程中还会产生多种脂质醛，这些脂质醛可以影响蛋白质和DNA复制合成，其主要作用靶点是磷脂双分子层内层的主要成分磷脂酰乙醇胺(PE)。其是线粒体膜的重要组成成分，PE可以在酰基辅酶a合成酶长链家族成员4(ACSL4)、溶磷脂酰胆碱酰基转移酶3(LPCAT3)和花生四烯酸15-脂氧合酶(ALOX15)等一系列酶促反应下，形成能够对细胞产生损害的脂氢过氧化物PE-AA/AdA-OOH,这个过程会破坏细胞膜的完整性，造成细胞损伤[14]。

1.3 systemXC-GSH-GPX4功能轴

systemXC-GSH-GPX4功能轴是由谷胱甘肽(GSH)、谷胱甘肽过氧化物酶4(GPX4)以及胱氨酸/谷氨酸逆转运体(system Xc-)组成的调节铁死亡发生机制的途径。谷胱甘肽在人体中的存在形式主要有2种，氧化型谷胱甘肽(GSSG)以及还原型谷胱甘肽(GSH)[15]。还原型谷胱甘肽可以防止细胞受到氧化损伤和异生物亲电体的毒性，同时可以维持氧化还原的稳态。GPX4由1个硒代半胱氨酸和7个半胱氨酸组成，GSH是GPX4发挥作用的辅助因子，可以在GPX4的作用下转化成GSSG,GSSG可以活性氧等物质还原[16],将能够损伤细胞的脂质过氧化物(LOOH)还原成无害的脂质醇(L-OH),抑制脂质过氧化，防止细胞损伤。system Xc-是细胞膜上的运输蛋白，管理着细胞对半胱氨酸和谷氨酸的运输，在细胞内的半胱氨酸和谷氨酸，会经半胱氨酸-谷氨酸连接酶(GCL)处理生成 γ-谷氨酰半胱氨酸(γ-GCS),γ-GCS和甘氨酸经过谷胱甘肽合成酶(GSS)催化之后生成GSH。此代谢过程也受到线粒体的调控，当细胞在缺乏半胱氨酸的情况下，细胞可以通过分解谷氨酰胺进行代谢，导致线粒体内含有的线粒体三羧酸(TCA)活性增强，诱导脂质过氧化物的生成，会造成线粒体损伤，使得线粒体膜发生超极化并导致其破坏，从而诱导细胞铁死亡[17]。此外，虽然systemXC-GSH-GPX4功能轴在铁死亡的发生过程中发挥了重要作用，但是有研究证明，TP53介导的铁死亡不受GPX4的调控[18],此发现证明了铁死亡机制的多样性，仍有许多机制需要进行研究探讨。

图1铁死亡蛋白调控过程

2、铁死亡与脑卒中缺血再灌注

缺血性脑卒中患者，低血流量灌注的脑组织恢复血液供应后，会导致脑组织进一步损伤，出现神经细胞的坏死、致死性脑水肿即为脑缺血再灌注损伤(CLRL)[19]。再灌注后造成神经细胞死亡的途径有很多，其中包括坏死、凋亡、炎症和自噬相关的细胞死亡程序[20]。除了这些细胞死亡途径之外，在CIRI中发现了与细胞内铁水平升高和脂质过氧化增多相关的神经细胞死亡途径，这种细胞死亡途径与细胞铁死亡形式的损伤表现一致。因此，铁死亡过程可能是CIRI细胞损伤的重要机制。研究表明，铁死亡特异性抑制剂ferrostatin-1可以通过降低脂质过氧化物的产生及环氧合酶2(COX-2)的表达，从而抑制神经元铁死亡的发生[21]。Xu等[22]发现前列腺素E2可以通过COX-2/PGE2信号通路，减少Fe2+以及脂质过氧化，减轻小鼠脑卒中后梗死体积。综上所述，脑缺血再灌注确实发生了铁依赖性的细胞损伤，同时抑制铁死亡相关因子可以减轻脑卒中缺血再灌注后的神经功能损伤，改善预后。

3、中医药对I/R铁死亡机制的治疗

3.1中药复方

中药复方具有多靶点、多层次的作用，且毒副作用较小。其中脑泰方在脑缺血时可以通过抑制hepcidin从而提高Fpn的活性，抑制细胞内的铁离子转运，促进铁离子向细胞外排泄，从而保护神经元并且促进神经功能恢复[23]。补阳还五汤可以保护缺血后造成的BBB损伤，改善CIRI大鼠神经功能损伤评分以及脑梗死面积，同时在分子水平上，补阳还五汤可以提高GPX活性，降低脂质醛丙二醛的含量[24]。何信用[25]采用ApoE基因敲除(ApoE-/-)小鼠，经二陈汤合桃红四物汤喂养4周后，测得用药组GSH水平升高，而MDA水平下降，表明其能够通过提高机体抗氧化水平，加强脂质过氧化物清除能力，改善氧化损伤程度，减少铁死亡的发生。郭宇婷等[26]通过鱼藤酮诱导PC12细胞损伤24 h和48 h后，提取其总蛋白，观察组相对于对照组，天麻钩藤饮能够升高GSH活性的同时，提高了GPX4的表达，抑制ACSL4的表达，减少细胞的氧化应激损伤，抑制了铁死亡过程的发生。闵冬雨等[27]证明脑心清胶囊可以使得脑缺血再灌注沙鼠模型的谷胱甘肽含量显著升高，显著降低丙二醛的含量。刘家峰等[28]证明左归丸处理可以显著降低炎症因子的表达，升高GPX水平，减轻脑缺血再灌注之后脑组织的炎症及氧化应激反应。

3.2中药单味及提取物

单味中药及提取物相对于中药复方而言，其作用靶点更加明确，作用机制更加清晰。研究证明，中药防风中的有效成分升麻素苷可以降低缺血再灌注后的炎症因子水平，同时提高GSH、GPX-4的活性以及超氧化物歧化酶的水平，从而防止细胞发生的氧化应激损伤，调控铁死亡的发生[29]。三七总皂苷能够增加MCAO大鼠模型脑组织中GSH含量和GPX4的表达水平，同时降低铁离子的水平[30]。鹅不食草通过调控Nrf2/HO-1通路可以降低缺血再灌注后细胞的氧化应激过程，增加抗氧化因子SOD、GSH的表达[31]。当归-川芎可以增加I/R模型鼠脑组织中GSH、SOD的水平，减轻氧化应激的水平[32]。邱招辉等[33]证明远志皂苷元处理缺氧/复氧后PC12细胞模型后，降低了细胞内ROS和Fe2+的水平，GSH、GPX-4的表达升高，抑制了细胞铁死亡的发生。刘茂竹[34]对脑缺血再灌注皮层组织出现明显的氧化损伤的小鼠，应用雷公藤红素后，损伤部位组织中SOD等抗氧化酶活力增加，MDA含量减少，说明雷公藤红素的处理可以减轻脑缺血再灌注诱导的氧化损伤以及其造成的铁死亡细胞损伤。彭金亮等[35]证明对应用银杏二萜内酯葡胺处理的I/R模型鼠的脑组织进行Bradford法定量检测后，发现其MDA含量降低、GPX-4和SOD升高。刘迪等[36]证明红景天苷可以保护脑缺血再灌注后血脑屏障的通透性，从而限制大量铁离子进入脑组织，抑制神经元细胞的铁死亡损伤。许璐[37]证明丹参酮ⅡA能够降低脑缺血细胞模型中的活性铁含量，降低ROS及相关铁蛋白的活动，抑制铁死亡的发生。

4、小结与讨论

综上所述，CIRI的机制虽然不完全清晰，但其中铁死亡机制越来越受到学者们的重视。干预这3大途径可以有效抑制细胞的铁死亡损伤。同时，相对于西药而言，中药的多成分、多靶点的作用在调控铁死亡的这几个影响途径上取得了一定优势和治疗效果。但是中药对铁死亡的治疗研究还有待提高，大部分研究仍然集中在中药的提取物以及抗氧化应激途径，并没有发挥出中医药的真正优势，且应用到临床治疗上面的少之又少。因此深入挖掘中医药传统文化，明确中药对CIRI治疗的清晰靶点，开展中医复方研究，走进临床，对CIRI患者的治疗起到真正的作用，是中医药治疗CIRI铁死亡机制的发展方向。

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