鐵死亡與胎盤源性疾病的研究進(jìn)展

裴嬌嬌，黃超林，陳蛟

程序性細(xì)胞死亡（programmed cell death，PCD）是由基因決定的細(xì)胞主動(dòng)有序的死亡方式，是機(jī)體正常發(fā)育、功能分化、組織穩(wěn)態(tài)和適應(yīng)細(xì)胞環(huán)境變化過(guò)程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。而鐵死亡（ferroptosis）是一種新近發(fā)現(xiàn)的由鐵依賴性脂質(zhì)過(guò)氧化介導(dǎo)的PCD過(guò)程。其主要機(jī)制是磷脂氫過(guò)氧化物（phospholipid hydroperoxides，PLOOHs）積累引起的細(xì)胞死亡。其中PLOOHs是花生四烯酸或腎上腺素與磷脂酰乙醇胺（phosphatidyl ethanolamine，HP-PE）結(jié)合的產(chǎn)物[1]。因此，鐵死亡反映了PLOOHs過(guò)量累積或還原代謝不足，無(wú)法將PLOOHs轉(zhuǎn)化成無(wú)害形式的磷脂。PLOOHs的積累觸發(fā)了一系列信號(hào)，導(dǎo)致鐵死亡的獨(dú)特形態(tài)、生化和代謝過(guò)程[2]。近年有研究證實(shí)鐵死亡在胎盤源性疾病中發(fā)揮關(guān)鍵作用[3]。本文對(duì)胎盤發(fā)生鐵死亡的易感性及病理生理妊娠過(guò)程中鐵死亡現(xiàn)象進(jìn)行綜述，進(jìn)一步分析胎盤鐵死亡與產(chǎn)科疾病的關(guān)系，為未來(lái)產(chǎn)科疾病的精準(zhǔn)預(yù)防及靶向治療藥物的開(kāi)發(fā)提供依據(jù)。

1 胎盤對(duì)鐵死亡的易感性

1.1 物質(zhì)基礎(chǔ)

1.1.1 脂質(zhì)脂質(zhì)雙層的不飽和程度是決定細(xì)胞對(duì)鐵死亡敏感性的關(guān)鍵。胎盤是母胎間脂質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)、代謝調(diào)節(jié)的樞紐。測(cè)量分娩后胎盤的相對(duì)脂質(zhì)含量發(fā)現(xiàn)，胎盤脂質(zhì)由約60%磷脂、34%膽固醇、4%膽固醇酯和2%三酰甘油組成[4]。在鐵死亡的誘導(dǎo)下，大多數(shù)含氧磷脂被上調(diào)，表明鐵死亡最終會(huì)損害大多數(shù)膜磷脂，其中含有花生四烯酸和腎上腺素的磷脂是導(dǎo)致鐵死亡的主要脂質(zhì)過(guò)氧化底物，也是胎盤滋養(yǎng)細(xì)胞鐵死亡的主要特征[5]。

1.1.2 游離鐵鐵是細(xì)胞內(nèi)所有生物過(guò)程中必不可少的微量元素，在妊娠期平均每日鐵需求量為1 000～1 200 mg，為了滿足母體自身和胎兒胎盤對(duì)鐵的需求，母體鐵調(diào)素被下調(diào)，促進(jìn)了膳食鐵的吸收和儲(chǔ)存鐵的釋放，以維持血清鐵濃度。鐵通過(guò)轉(zhuǎn)鐵蛋白受體1和膜鐵轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白被胎盤吸收[6]。目前研究已證實(shí)過(guò)量的鐵是有毒的，游離鐵可以引起氧化應(yīng)激、炎癥，甚至發(fā)生鐵死亡[7]。

1.1.3 脂氧合酶（lipoxygenase，LOX）LOX是屬于含非血紅素鐵的一類雙加氧酶，催化多不飽和脂肪酸的雙鍵加氧原子形成脂質(zhì)過(guò)氧化[8]。脂質(zhì)過(guò)氧化主要有兩種機(jī)制：非酶氧化和酶促氧化。在非酶氧化中，游離鐵與過(guò)氧化氫反應(yīng)，生成亞鐵和羥基自由基。羥基自由基通過(guò)多不飽和脂肪酸的雙烯丙基位置吸收氫，啟動(dòng)脂質(zhì)過(guò)氧化過(guò)程[8]。LOX的消耗可以抑制鐵死亡誘導(dǎo)劑誘導(dǎo)的鐵死亡，其可能在鐵死亡的早期階段提供脂質(zhì)過(guò)氧化，而自氧化反應(yīng)可能是鐵死亡的實(shí)際驅(qū)動(dòng)因素[9]。

1.2 鐵死亡調(diào)節(jié)鐵死亡是一種復(fù)雜的鐵依賴性的調(diào)節(jié)性細(xì)胞死亡模式，由多種代謝物和生物分子組成。目前發(fā)現(xiàn)了253個(gè)調(diào)節(jié)因子（包括108個(gè)驅(qū)動(dòng)因子、69個(gè)抑制因子、35個(gè)誘導(dǎo)因子和41個(gè)抑制劑）、111個(gè)標(biāo)志物和95種疾病與鐵死亡相關(guān)聯(lián)[10]。隨著鐵死亡的研究逐漸深入，胎盤鐵死亡的調(diào)節(jié)途徑越來(lái)越清楚，以下列舉了部分重要的參與鐵死亡的調(diào)節(jié)分子。

1.2.1 谷胱甘肽過(guò)氧化物酶4（glutathione peroxidase4，GPX4）GPX4是一種硒蛋白，在酶活性部位含有必需的硒半胱氨酸，是催化HP-PL還原的主要酶，也是鐵死亡的主要抑制因子。GPX4將脂質(zhì)過(guò)氧化物轉(zhuǎn)化為脂醇，這一過(guò)程阻止了鐵依賴的活性氧（reactive oxygen species，ROS）的形成。GPX4通過(guò)維持細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)穩(wěn)態(tài)防止ROS積累，從而阻止鐵死亡的發(fā)生[11]。GPX4在人胎盤滋養(yǎng)層細(xì)胞中表達(dá)。因此，GPX4的表達(dá)量下降或功能降低都可能導(dǎo)致滋養(yǎng)層細(xì)胞對(duì)鐵死亡的敏感性增加，引發(fā)胎盤功能障礙和隨后的妊娠期并發(fā)癥[12]。

1.2.2 磷脂酶A2（phospholipase A2，PLA2）PLA2是一種催化磷脂甘油分子上二位?；乃饷?，也是花生四烯酸、前列腺素和血小板活化因子等生成的限速酶，所產(chǎn)生的脂質(zhì)在炎癥和組織損傷時(shí)起關(guān)鍵性作用[13]。其中磷脂酶A2第Ⅵ亞型（phospholipase A2 groupⅥ，PLA2G6）和非鈣依賴磷脂酶A2β（calciumindependent phospholipase A2 beta，iPLA2β）是鐵死亡關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子。當(dāng)滋養(yǎng)細(xì)胞發(fā)生氧化磷脂或ROS激活時(shí)，PLA2G6可以將HP-PE水解為溶血型HP-PE和氧化脂肪酸，從而保護(hù)滋養(yǎng)細(xì)胞，避免發(fā)生鐵死亡，Pla2g6基因缺乏時(shí)會(huì)引起妊娠期小鼠鐵死亡[14]。iPLA2β可以從脂質(zhì)的甘油骨架上切割?；膊牧字嗅尫叛趸舅幔种芌OS誘導(dǎo)的p53驅(qū)動(dòng)的鐵死亡[15]。也就是說(shuō)iPLA2β以不依賴GPX4的方式抑制鐵死亡[14]。未來(lái)PLA2G6和iPLA2β可能成為高危妊娠發(fā)展過(guò)程中的一個(gè)關(guān)鍵治療靶點(diǎn)，用于抑制應(yīng)激態(tài)下鐵死亡介導(dǎo)的胎盤源性疾病。

1.2.3 其他去乙酰化酶3（Sirtuin 3，SIRT3）對(duì)絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，AMPK）的磷酸化具有正向調(diào)節(jié)作用，在調(diào)節(jié)細(xì)胞死亡與維持細(xì)胞氧化還原穩(wěn)態(tài)方面起著重要的作用[16]。當(dāng)人滋養(yǎng)細(xì)胞暴露于鐵死亡誘導(dǎo)劑中，SIRT3蛋白的表達(dá)顯著升高，而SIRT3消耗抑制了AMPK的激活并增強(qiáng)了GPX4水平，從而抑制鐵死亡[17]。鐵硫簇生物合成酶是線粒體鐵-硫簇機(jī)制的核心組成部分，其可以保護(hù)患者免受鐵死亡誘導(dǎo)劑或GPX4耗竭導(dǎo)致的鐵死亡影響[18]。電壓依賴性陰離子選擇性通道（voltage dependent anion-selective channel，VDAC）是一類位于線粒體外膜上的孔蛋白離子通道。藥物靶向標(biāo)志物分析研究發(fā)現(xiàn)，VDAC2和VDAC3是線粒體中鐵死亡誘導(dǎo)劑的直接藥理靶點(diǎn)[19]。氨基酸逆向轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)Xc也可通過(guò)干預(yù)谷胱甘肽的合成防止脂質(zhì)過(guò)氧化，保護(hù)細(xì)胞免受鐵死亡[20]。另外，滋養(yǎng)層細(xì)胞表達(dá)相對(duì)較高的溶血卵磷脂?；D(zhuǎn)移酶3（lysophosphatidylcholine acyltransferase 3，LPCAT3）和?；o酶A合成酶長(zhǎng)鏈家族成員4（acyl-CoA synthetase long-chain family member 4，ACSL4）[12]是鐵死亡的重要驅(qū)動(dòng)因素。ACSL4在鐵死亡中能較好地將長(zhǎng)鏈多不飽和脂肪酸與輔酶A連接，然后被LPCAT3重新酯化成磷脂[21]。

1.3 胎盤發(fā)育的生理過(guò)程胎盤的發(fā)育和功能執(zhí)行過(guò)程中，容易發(fā)生組織灌注不足和再灌注、缺氧-復(fù)氧及ROS[22]。其中ROS是胚胎形成和早期胎盤發(fā)育過(guò)程中的關(guān)鍵信號(hào)分子。在囊胚著床和胚泡從全能性、多能性細(xì)胞向早期滋養(yǎng)外胚層和內(nèi)細(xì)胞團(tuán)分化的過(guò)程中，氧含量和氧化還原緩沖物質(zhì)明顯減少。這種環(huán)境可以保護(hù)胚胎免受ROS的破壞，也有助于維持干細(xì)胞的潛能。但一旦主要器官分化后，胚胎就進(jìn)入到一個(gè)新的發(fā)育階段，母體循環(huán)必須從組織營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)向血液營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)轉(zhuǎn)變[23]。妊娠3個(gè)月后絨毛間隙開(kāi)始灌注，導(dǎo)致氧分壓急劇升高，從15～20 mmHg（1 mmHg=0.133 kPa）增加到大于50 mmHg。這種相對(duì)較快的灌注和氧飽和度的增加使組織易于形成ROS和脂毒性損傷。而這種復(fù)氧過(guò)程可能是早期妊娠丟失的原因。另外，在產(chǎn)前和分娩期間宮縮導(dǎo)致胎盤灌注減少和再灌注[23]。最后，胎盤表達(dá)相對(duì)較高的LOX進(jìn)一步促進(jìn)HP-PL的積累，從而增加胎盤滋養(yǎng)細(xì)胞鐵死亡的風(fēng)險(xiǎn)[24]。

2 鐵死亡與胎盤源性疾病

胎盤能有效地將營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和氧從母體輸送給胎兒，以維持胎兒正常生長(zhǎng)發(fā)育。所以胎盤在胎兒生長(zhǎng)發(fā)育、母胎營(yíng)養(yǎng)交換、維持母胎動(dòng)態(tài)平衡和面對(duì)損傷的適應(yīng)能力等方面起重要作用。胎盤功能障礙會(huì)造成嚴(yán)重的妊娠期并發(fā)癥，導(dǎo)致不良妊娠結(jié)局的發(fā)生[25]。

2.1 子癇前期子癇前期是妊娠20周以后出現(xiàn)的高血壓、蛋白尿或終末器官衰竭等臨床特征的妊娠期并發(fā)癥。子癇前期的病理生理學(xué)特征是由于絨毛外滋養(yǎng)細(xì)胞向子宮螺旋動(dòng)脈遷移障礙，導(dǎo)致絨毛外滋養(yǎng)細(xì)胞對(duì)母體蛻膜的侵襲不足和螺旋動(dòng)脈未完全轉(zhuǎn)化，引起子宮胎盤血管阻力增加和全身血管舒張?zhí)匦越档?。其發(fā)病率可達(dá)7%～10%，嚴(yán)重病例甚至導(dǎo)致孕產(chǎn)婦死亡。根據(jù)發(fā)病時(shí)間，子癇前期可分為早發(fā)性和晚發(fā)性兩類，其血壓升高的嚴(yán)重程度與滋養(yǎng)層的侵襲程度有關(guān)[26]。

子癇前期患者的胎盤存在慢性缺血再灌注和氧化應(yīng)激，引起鐵死亡相關(guān)物質(zhì)（ROS、脂質(zhì)過(guò)氧化物等）堆積，胎盤滋養(yǎng)細(xì)胞發(fā)生鐵死亡。另外，子癇前期患者胎盤滋養(yǎng)細(xì)胞線粒體中存在線粒體功能障礙和線粒體形態(tài)改變，進(jìn)一步促進(jìn)子癇前期患者胎盤缺氧[27]。通過(guò)檢測(cè)滋養(yǎng)層細(xì)胞模型和大鼠胎盤模型鐵死亡的特異性標(biāo)志物、微陣列、生物信息學(xué)分析和熒光素酶報(bào)告系統(tǒng)分析發(fā)現(xiàn)，子癇前期患者胎盤組織中GPX4下調(diào)，機(jī)制可能是缺氧導(dǎo)致滋養(yǎng)細(xì)胞中谷胱甘肽含量和GPX4活性降低，ROS水平增加，以及不穩(wěn)定Fe2+濃度增加[28]。

2.2 妊娠期糖尿?。╣estational diabetes mellitus，GDM）GDM是妊娠期最常見(jiàn)的代謝并發(fā)癥之一[29]。GDM病因復(fù)雜，主要的病理生理學(xué)特征是胰島β細(xì)胞不能對(duì)妊娠期增加的胰島素需求做出充分反應(yīng)，導(dǎo)致不同程度的高血糖。另外，糖代謝異常還同時(shí)伴有脂代謝異常[29]，而脂質(zhì)過(guò)氧化是鐵死亡的一個(gè)特征。GDM患者糖脂代謝異常，脂質(zhì)過(guò)氧化物增加，會(huì)引發(fā)胎盤功能異常，顯著增加母親和子代患2型糖尿病的風(fēng)險(xiǎn)[30]。

Han等[31]把人滋養(yǎng)細(xì)胞系HTR8/SVneo和豬滋養(yǎng)細(xì)胞系pTr2暴露于高糖環(huán)境中，均發(fā)現(xiàn)SIRT3蛋白水平明顯上調(diào)，滋養(yǎng)細(xì)胞的存活率顯著降低，過(guò)氧化物質(zhì)產(chǎn)生增加，導(dǎo)致滋養(yǎng)細(xì)胞的鐵死亡。而這種死亡方式可以被鐵死亡特異性抑制劑明顯逆轉(zhuǎn)。GDM患者胎盤功能明顯變化與胎盤結(jié)構(gòu)改變密切相關(guān)。凡是影響鐵代謝、抗氧化系統(tǒng)和脂質(zhì)氧化途徑的因素均可導(dǎo)致GDM患者胎盤滋養(yǎng)細(xì)胞鐵死亡的發(fā)生[32]。目前關(guān)于GDM鐵死亡的具體調(diào)控機(jī)制尚不清楚。期待更多的GDM患者鐵死亡的基礎(chǔ)研究為臨床診斷及靶向藥物治療提供可能。

2.3 胎兒生長(zhǎng)受限（fetal growth restriction，F(xiàn)GR）FGR是各種原因?qū)е碌膶m內(nèi)胎兒生長(zhǎng)速度下降，胎兒未達(dá)到其遺傳的生長(zhǎng)潛能。排除胎兒異常、感染等因素，子宮胎盤功能不全是導(dǎo)致FGR的主要原因[33]。因?yàn)楣?yīng)胎盤的子宮螺旋動(dòng)脈重構(gòu)不足，導(dǎo)致胎盤血管阻力增大、胎盤灌注不良和胎盤缺血缺氧，最終引起蛋白質(zhì)合成的選擇性抑制和細(xì)胞增殖的減少[33]。

研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)GR患者胎盤蛋白質(zhì)的翻譯功能和線粒體活性降低，胎盤新陳代謝更加依賴糖酵解途徑[34]。Miller等[35]發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)GR患者胎盤及胎兒大腦脂質(zhì)過(guò)氧化明顯，高濃度的脂質(zhì)過(guò)氧化物堆積造成胎盤滋養(yǎng)細(xì)胞及胎兒大腦神經(jīng)細(xì)胞的損失，通過(guò)褪黑素抗脂質(zhì)過(guò)氧化治療后，胎盤脂質(zhì)過(guò)氧化標(biāo)志物丙二醛濃度明顯降低，改善了FGR的預(yù)后。推測(cè)抗氧化治療有助于預(yù)防與治療FGR。根據(jù)目前證據(jù)，暫不能推斷鐵死亡與FGR的因果關(guān)系，未來(lái)需要更多關(guān)于FGR的基礎(chǔ)研究幫助FGR的早期預(yù)測(cè)及干預(yù)。

2.4 自然流產(chǎn)自然流產(chǎn)是妊娠24周內(nèi)經(jīng)臨床證實(shí)的妊娠丟失，是最常見(jiàn)的妊娠相關(guān)疾病。胚胎形成是胚胎與母體協(xié)同作用的復(fù)雜過(guò)程。人類胚胎的成功著床、胎盤的形成、胚胎的生長(zhǎng)發(fā)育與滋養(yǎng)層的增殖、分化和侵襲的功能密切相關(guān)[36]。

有學(xué)者觀察到，氧化應(yīng)激下流產(chǎn)大鼠出現(xiàn)過(guò)度的鐵死亡，表現(xiàn)為GPX4、超氧化物歧化酶、丙二醛、谷胱甘肽水平降低，ACSL4水平升高，Nod樣受體蛋白1（Nod-like receptor protein 1，NLRP1）炎性小體激活[37]。在慢性炎癥狀態(tài)下，NLRP1長(zhǎng)時(shí)間過(guò)度激活，不斷轉(zhuǎn)化為胱天蛋白酶1（caspase-1），caspase-1作為與NLRP1相關(guān)的因子，可以促進(jìn)凋亡蛋白和凋亡因子的產(chǎn)生，也可以增加氧化應(yīng)激引起的損傷。在鐵死亡過(guò)度激活的狀態(tài)下，NLRP1也會(huì)過(guò)度表達(dá)，從而加劇炎癥狀態(tài)[37]。目前關(guān)于鐵死亡與自然流產(chǎn)的研究較少，未來(lái)期待更多關(guān)于自然流產(chǎn)與NLRP1、鐵死亡的相關(guān)研究，以進(jìn)一步闡明自然流產(chǎn)的發(fā)病機(jī)制，為治療自然流產(chǎn)提供新的靶點(diǎn)。

2.5 自發(fā)性早產(chǎn)自發(fā)性早產(chǎn)是指妊娠不足37周分娩，是早產(chǎn)兒相關(guān)并發(fā)癥導(dǎo)致兒童死亡的主要原因。盡管隨著醫(yī)療技術(shù)發(fā)展，產(chǎn)科合并癥的預(yù)防、處理能力均得到大幅度提高，但在過(guò)去的幾十年里，全球自發(fā)性早產(chǎn)的發(fā)病率卻有上升的趨勢(shì)。自發(fā)性早產(chǎn)的篩查、管理和后遺癥治療費(fèi)用是高收入國(guó)家衛(wèi)生服務(wù)的主要經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。研究表明，促氧化和抗氧化之間的失衡可能與自發(fā)性早產(chǎn)有關(guān)[38]。

子宮收縮和胎盤缺氧/復(fù)氧是自發(fā)性早產(chǎn)的標(biāo)志性臨床表現(xiàn)，也是發(fā)生鐵死亡的誘發(fā)因素。在自發(fā)性早產(chǎn)患者血液及胎盤標(biāo)本中也發(fā)現(xiàn)了與鐵死亡相關(guān)的刺激子宮收縮的生物活性脂質(zhì)和相關(guān)酶水平的升高[39]。自發(fā)性早產(chǎn)患者胎盤中HP-PE水平升高[14]。當(dāng)沉默滋養(yǎng)細(xì)胞GPX4基因后，滋養(yǎng)細(xì)胞獲得鐵死亡敏感性。另外，RAS選擇性致死分子3（RASselective lethal 3，RSL3）是一種GPX4選擇性抑制劑和鐵死亡激動(dòng)劑，可減少原代滋養(yǎng)細(xì)胞中絨毛膜促性腺激素和胎盤催乳素的釋放[14]。鐵死亡在自發(fā)性早產(chǎn)患者胎盤的病理生理發(fā)展中具有重要作用，鐵死亡關(guān)鍵分子也成為了自發(fā)性早產(chǎn)靶向治療的研究方向。

3 總結(jié)與展望

缺氧-再灌注損傷、氧化應(yīng)激、ROS積累、脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)通常是許多胎盤源性疾病的最終共同途徑，但這些情況潛在的損害途徑尚不清楚。近年鐵死亡研究的深入把鐵死亡與胎盤源性疾病聯(lián)系起來(lái)，幫助研究者理解滋養(yǎng)細(xì)胞氧化應(yīng)激和脂毒性，了解胎盤機(jī)制、生化和分子框架。靶向鐵死亡抑制療法的應(yīng)用可能會(huì)在不影響關(guān)鍵的氧化還原信號(hào)的情況下，減輕脂毒性的負(fù)面影響，為預(yù)防或治療胎盤源性疾病提供新的手段。確定體內(nèi)鐵死亡的精確生物標(biāo)志物是鐵死亡領(lǐng)域今后的發(fā)展方向，為胎盤源性疾病的早期診斷及靶向干預(yù)提供可能性。