針刺改善缺血再灌注心肌鐵死亡的研究現(xiàn)狀與展望*

李思靜，劉彩嬌，任玉蘭

（成都中醫(yī)藥大學(xué)針灸推拿學(xué)院，四川成都 610075）

急性心肌梗死發(fā)生后由于冠狀動脈持續(xù)缺血缺氧引起心肌血供不足，最終導(dǎo)致心肌細(xì)胞死亡[1]?？焖倩謴?fù)阻塞動脈的血液灌流是其治療的關(guān)鍵，但大量研究表明開通再灌注后，原缺血心肌反而受到更重的損傷，即心肌缺血再灌注損傷（Myocardial ischemia reperfusion injury,MIRI）。因此改善MIRI對于挽救缺血心肌，減輕心臟損傷至關(guān)重要。鐵死亡是近年來新發(fā)現(xiàn)的一種由脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物和鐵代謝產(chǎn)生的活性氧積累引起的細(xì)胞程序性死亡，有別于目前已發(fā)現(xiàn)的細(xì)胞死亡方式，有其獨(dú)特的生物學(xué)過程和病理生理學(xué)特征[2]。多項研究[3,4]表明，鐵死亡與MIRI的發(fā)生密切相關(guān)，減少或抑制鐵死亡的發(fā)生可有效減輕心肌損傷。

近年多項研究[5-7]發(fā)現(xiàn)，針刺能有效抑制細(xì)胞死亡，改善心肌缺血癥狀，保護(hù)受損心肌，但其對于鐵死亡的作用機(jī)制尚不明確。故筆者查閱了國內(nèi)外關(guān)于針刺調(diào)控鐵死亡以及改善MIRI的研究文獻(xiàn)并對其進(jìn)行歸納總結(jié)，以期為針刺改善MIRI提供新的思路與方向。

1 鐵死亡的主要作用機(jī)制

1.1 鐵代謝

鐵死亡是一種由過量鐵介導(dǎo)的細(xì)胞程序性死亡，維持鐵穩(wěn)態(tài)是細(xì)胞得以生存的重要條件，故鐵代謝在鐵死亡中扮演關(guān)鍵角色。鐵代謝中的多個調(diào)節(jié)因子參與了鐵死亡的過程。三價鐵離子通過與轉(zhuǎn)體蛋白受體1（Transferrin receptor 1,TFR1）結(jié)合進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，然后在前列腺跨膜上皮3抗原抗體（Six-transmembrane epithelial antigen of the prostate 3,STEAP3）的作用下被還原為二價鐵，最后通過二價金屬轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白1（Divalent metal trans-porter 1,DMT1）釋放到細(xì)胞質(zhì)。多余的鐵則儲存在鐵蛋白中，而鐵蛋白是由輕鏈鐵蛋白和重鏈鐵蛋白組成的球形異質(zhì)聚合物，通過儲存細(xì)胞外鐵在鐵代謝中發(fā)揮重要作用[8]。一旦鐵的吸收、利用和再循環(huán)之間的平衡被破壞，游離鐵離子大量積聚并在過氧化氫的催化下發(fā)生芬頓反應(yīng)，形成過量脂質(zhì)活性氧（Reactive oxygen species,ROS）和脂質(zhì)過氧化物，最終導(dǎo)致鐵死亡[9]。研究發(fā)現(xiàn)沉默TfR1基因可以減輕由鐵死亡誘導(dǎo)劑erastin引起的鐵死亡[10]，敲除DMT1同樣也可阻斷鐵死亡的發(fā)生[11]。此外，研究[12]表明鐵螯合劑去鐵胺DFO可與鐵離子結(jié)合抑制細(xì)胞內(nèi)鐵超載引起的鐵死亡，提示鐵代謝的失常與鐵死亡有著密切聯(lián)系。

1.2 脂質(zhì)過氧化

脂質(zhì)過氧化物的累積是鐵死亡的主要特征。過量的脂質(zhì)過氧化物會降解為反應(yīng)性有毒醛或羥基脂肪酸，如丙二醛（Malondialdehyde,MDA）和4-羥基壬烯醛（4-Hydroxynonenal,4-HNE)，引發(fā)細(xì)胞死亡的級聯(lián)反應(yīng)[13]。故MDA和4-HNE為檢測鐵死亡和脂質(zhì)過氧化的重要分子標(biāo)記物。過量的ROS與組成細(xì)胞膜的多不飽和脂肪酸（Polyunsaturated fatty acids,PUFAs）發(fā)生反應(yīng)，誘導(dǎo)脂質(zhì)過氧化[14]。PUFAs是鐵死亡中最易受氧化的脂類，它的濃度決定了細(xì)胞脂質(zhì)過氧化和鐵死亡的嚴(yán)重程度，但其必須在酯化后以磷脂的形式存在于細(xì)胞膜上，并經(jīng)過氧化才能轉(zhuǎn)化為鐵死亡的關(guān)鍵信號[15]。脂氧合酶（Lipoxidase lipoxygenase,LOX）是參與PUFAs代謝的關(guān)鍵酶類，可將PUFAs轉(zhuǎn)變?yōu)橛猩锘钚缘拇x產(chǎn)物。在病理情況下，過量鐵激活LOX導(dǎo)致PUFAs發(fā)生脂質(zhì)過氧化形成脂質(zhì)過氧化物，直接破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能引發(fā)鐵死亡形態(tài)學(xué)改變。而長鏈脂酰輔 酶A合 成 酶4（Acyl-CoA synthetase long-chain family member 4,ACSL4）和溶血卵磷脂?；D(zhuǎn)移酶3(Lysophosphatidylcholine acyltransferase 3,LPCAT3)均參與細(xì)胞膜上PUFAs的生物合成和重塑[16,17]，研究[18,19]顯示敲除ACSL4和LPCAT3的細(xì)胞對鐵死亡的抵御力明顯增加。

1.3 谷胱甘肽和氨基酸的代謝

谷胱甘肽（Gonad-stimulating hormone,GSH）是對抗氧化應(yīng)激反應(yīng)的關(guān)鍵抗氧化劑，GSH的缺失可通過增加脂質(zhì)ROS導(dǎo)致鐵死亡[20]。胱氨酸/谷氨酸逆轉(zhuǎn)運(yùn)體(system XC-)是體內(nèi)重要的跨膜氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)體，可使細(xì)胞內(nèi)外的谷氨酸和半胱氨酸以1：1的比例通過細(xì)胞膜進(jìn)行交換，維持細(xì)胞內(nèi)外的氨基酸平衡并參與谷胱甘肽（GSH）的合成。谷胱甘肽過氧化物酶（Glutathione peroxidase 4,GPX4）是其中一種重要的抗氧化酶，它以GSH為底物將胞內(nèi)帶有毒性的脂質(zhì)過氧化物還原為相對應(yīng)的醇，防止脂質(zhì)過氧化物集聚，抑制鐵死亡發(fā)生，是重要的細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)過氧化物清除劑[21]。因此，GPX4清除過氧化物能力不足和/或脂質(zhì)過氧化反應(yīng)過強(qiáng)均可造成脂質(zhì)過氧化物集聚，最終誘發(fā)細(xì)胞死亡。研究[22]表明，沉默GPX4導(dǎo)致大鼠體內(nèi)GSH含量降低，脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物增加，加重鐵死亡。

在生理狀況下，高濃度的細(xì)胞外谷氨酸會抑制systemXc-的活性并阻止半胱氨酸的攝取，故可將谷氨酸視為鐵死亡的誘導(dǎo)劑[23]。人的組織和血液中存在含量豐富的谷氨酰胺，其可在谷氨酰胺酶GLS1和GLS2的催化下轉(zhuǎn)化為谷氨酸。谷氨酰胺參與GSH的合成，其分解產(chǎn)物α-酮戊二酸可誘導(dǎo)ROS積聚加重鐵死亡[13,24]。

2 鐵死亡與MIRI的聯(lián)系

研究表明，MIRI發(fā)生時，冠狀動脈供血不能滿足心肌需要，使心肌細(xì)胞代謝障礙，引起心肌細(xì)胞死亡，從而導(dǎo)致心臟結(jié)構(gòu)和功能的改變。鐵死亡是一種鐵依賴性和細(xì)胞活性氧誘導(dǎo)的細(xì)胞程序性死亡，其存在于心肌缺血再灌注過程中，并進(jìn)一步加重MIRI[25,26]。一項臨床研究[27]的核磁共振圖像顯示行經(jīng)皮冠狀動脈介入術(shù)后的ST段抬高型心肌梗死患者梗死區(qū)鐵含量升高，并指出梗死區(qū)殘余的心肌鐵是影響心肌梗死后心肌重塑的關(guān)鍵。在動物研究[28]中也觀察到了類似現(xiàn)象，MIRI出現(xiàn)后鐵蛋白沿心肌瘢痕區(qū)積聚。研究發(fā)現(xiàn)鐵死亡激動劑erastin可抑制胱氨酸攝取及GSH合成，導(dǎo)致細(xì)胞氧化還原穩(wěn)態(tài)失調(diào)，引起細(xì)胞死亡，而鐵死亡抑制劑Ferrostatin-1可降低線粒體內(nèi)ROS的產(chǎn)生，上調(diào)GPX4表達(dá)，減少鐵死亡和心肌損傷并有效改善MIRI[29,30]。研究[31]表明減少與GSH生成相關(guān)的谷氨酰胺分解也可有效抑制鐵死亡減輕再灌注帶來的心肌損傷，而當(dāng)GPX4表達(dá)被下調(diào)時，脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物增多并進(jìn)一步加重MIRI[32]。故鐵死亡與MIRI的發(fā)生發(fā)展有著密切聯(lián)系，抑制鐵死亡可以有效改善MIRI。

3 針刺抑制鐵死亡減輕MIRI的作用機(jī)制

古今臨床實踐表明，針刺治療冠心病療效確切。如《靈樞》道“厥心痛，痛如以錐刺其心，心痛甚者，脾心痛也。取之然骨、太溪；厥心痛，色蒼蒼如死狀，終日不得太息，肝心痛也。取之行間、太沖”；臨床研究[33,34]結(jié)果表明，針刺可減輕MIRI、緩解臨床疼痛癥狀，提高患者生活質(zhì)量。系列實驗研究[5,35,36]表明針刺能夠改善MIRI后心功能及心肌細(xì)胞活性，降低心肌梗死面積，從而保護(hù)受損心肌，但針刺減輕MIRI的作用機(jī)制尚未被完全闡釋。研究發(fā)現(xiàn)[37]電針干預(yù)能有效降低大鼠心肌內(nèi)丙二醛含量，增強(qiáng)谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-Px)的活性，提示針刺可通過調(diào)節(jié)脂質(zhì)過氧化抑制鐵死亡的發(fā)生進(jìn)而保護(hù)心肌細(xì)胞。有研究[35]表明電針可直接降低ROS參與調(diào)控鐵代謝，顯著改善心肌細(xì)胞活性，降低梗死面積。雷帕霉素靶蛋白（mTOR）通過影響TfR1穩(wěn)定性和改變細(xì)胞內(nèi)鐵含量來調(diào)節(jié)鐵代謝，使心肌細(xì)胞免于鐵超載和鐵死亡[28]，研究指出[36]針刺可有效降低心肌細(xì)胞內(nèi)mTOR水平保護(hù)心肌細(xì)胞。核因子E2相關(guān)因子2（Nrf2）能靶向調(diào)節(jié)多個鐵死亡級聯(lián)基因，在維持細(xì)胞氧化還原穩(wěn)態(tài)時，也可調(diào)控鐵和血紅素代謝、脂質(zhì)代謝等代謝途徑，以減輕鐵死亡[38-40]。既往研究[41,42]發(fā)現(xiàn)針刺可上調(diào)MIRI大鼠的Nrf2的表達(dá)，提示針刺或可通過上調(diào)Nrf2表達(dá)水平參與細(xì)胞內(nèi)GSH和氨基酸的代謝，以抑制心肌缺血再灌注中的鐵死亡的發(fā)生。故通過針刺調(diào)控鐵死亡通路上多個關(guān)鍵靶點(diǎn)，抑制鐵死亡的發(fā)生，從而減輕MIRI，或為改善MIRI提供新的科學(xué)依據(jù)及方向。

4 小結(jié)與展望

綜上所述，鐵死亡與MIRI的發(fā)生及發(fā)展關(guān)系密切，抑制鐵死亡的發(fā)生可有效改善MIRI，為MIRI提供了潛在的治療策略。多項研究表明針刺可通過調(diào)控Nrf2、GPX4、mTOR等多個靶點(diǎn)，參與鐵和脂質(zhì)代謝以及脂質(zhì)過氧化等多條途徑從而改善MIRI，故以鐵死亡為切入點(diǎn)研究針刺改善MIRI的作用與機(jī)制具有可行性。目前的針刺研究大多只是單獨(dú)探索其對鐵死亡通路上某個關(guān)鍵靶點(diǎn)的影響，沒有深入挖掘與鐵死亡相關(guān)的作用機(jī)制，針刺通過鐵死亡改善MIRI的機(jī)制研究尚處于起步階段。研究[25]表明，鐵死亡主要發(fā)生在心肌缺血再灌注階段，而非缺血階段。針刺預(yù)處理與后處理均可有效改善MIRI[5,43]，但目前還尚未有研究探討針刺改善MIRI中鐵死亡的最佳時間窗是開通再灌注前還是開通再灌注后。而早在《黃帝內(nèi)經(jīng)》時期，便提出了“治未病”的概念，針刺預(yù)處理能否在MIRI發(fā)生前預(yù)防鐵死亡的發(fā)生從而保護(hù)受損心肌，這些或成為未來可能的研究方向。而目前大量研究已經(jīng)表明，針刺對MIRI中心肌細(xì)胞自噬、凋亡、焦亡等多種細(xì)胞死亡均有治療效果，因此通過針刺聯(lián)合治療不同類型的細(xì)胞死亡或是針刺改善MIRI的關(guān)鍵所在?？傊?，目前針刺改善MIRI的作用機(jī)制尚未被闡明，如何通過鐵死亡理論指導(dǎo)針刺發(fā)揮自身優(yōu)勢防治MIRI，還需要不斷的深入研究。同時，探討針刺基于鐵死亡理論改善MIRI的作用及機(jī)制可進(jìn)一步闡釋及豐富針刺改善MIRI的作用機(jī)制，為針刺改善MIRI提供新的思路與方向。