引用本文： 程亞楠, 秦浩, 趙卉. 鐵穩態及鐵死亡與慢性阻塞性肺疾病相關性研究進展. 中國呼吸與危重監護雜志, 2024, 23(10): 756-760. doi: 10.7507/1671-6205.202404040 復制
版權信息： ?四川大學華西醫院華西期刊社《中國呼吸與危重監護雜志》版權所有，未經授權不得轉載、改編
鐵是細胞生理過程的重要營養素和調節劑，在體內生化過程中積極主動參與[1]。機體鐵穩態紊亂會誘發諸多嚴重后果，其中鐵死亡是一種鐵依賴性的、非細胞凋亡形式的細胞死亡，其最突出的特點是細胞中活性氧大量沉積，是組織器官中鐵過度積累的結果[2]。慢性阻塞性肺疾病（chronic obstructive pulmonary disease，COPD，簡稱慢阻肺）是一種異質性肺部疾病，以慢性咳嗽、咳痰、喘息等呼吸系統癥狀為特征，伴有肺功能的進行性下降和進行性加重的氣流受限[3]。氧化應激和異常的炎癥反應、鐵蛋白自噬、線粒體功能障礙、蛋白酶-抗蛋白酶失衡、遺傳因素、脂代謝異常均參與了慢阻肺的發病過程。在慢阻肺發生、發展過程中，鐵死亡的作用十分關鍵。本綜述從鐵穩態及肺部鐵穩態、鐵死亡調控機制及其在慢阻肺中的作用等幾方面進行闡述。
1 鐵穩態及肺部鐵穩態
鐵代謝包括吸收、利用、丟失、循環、調節、儲存鐵等，體內鐵穩態受到嚴格調控，為基本生理過程供鐵的同時限制鐵過載帶來的負性作用。鐵穩態關鍵在于機體鐵吸收和鐵需求的平衡。膜鐵轉運蛋白1（ferroportin 1，FPN1）是細胞將鐵運送到血液中的主要渠道，鐵調素（hepcidin，Hepc）與FPN1結合可促進其降解，保持鐵穩態平衡。在機體鐵過載情況下，Hepc表達增加促使FPN1降解增加，使鐵向血液傳輸的通道閉合。同時，鐵調節蛋白（iron regulatory protein，IRP）和鐵反應元件（iron response element，IRE）也對細胞水平的鐵進行調控，在鐵缺乏時，IRP與3’非翻譯區的IRE穩定結合，促進鐵攝取蛋白翻譯；與5’非翻譯區的IRE結合，則對鐵蛋白重鏈（ferritin heavy chain，FTH）、鐵蛋白輕鏈（ferritin light chain，FTL）以及FPN1等的翻譯產生一定的抑制作用[4]。
肺部鐵穩態是肺細胞和組織鐵的平衡與調節，肺部鐵穩態和鐵代謝密不可分。外源性鐵包括香煙煙霧（cigarette smoke，CS）、化石燃料等水平升高可能導致肺部鐵過載，進而降低肺功能、損傷肺組織[5]。鐵與CS顆粒內的氧配體的高親和力導致戒煙者和吸煙者肺部鐵的沉積率更高，且有利于細胞內細菌生長[6]。但部分研究得出全身缺鐵不會對肺部鐵水平產生影響，實驗鼠證實慢性出血、低鐵飲食等導致肝、脾鐵含量減少，但肺鐵含量未出現顯著改變[7]。關于肺部鐵代謝的機制仍有待進一步挖掘。
2 鐵死亡的調控機制
鐵死亡作為一種鐵依賴性的細胞死亡方式，最突出的特征是細胞中活性氧大量堆積，主要由胱氨酸運輸蛋白抑制、谷胱甘肽（glutathione，GSH）耗盡、谷胱甘肽過氧化物酶（glutathione peroxidase 4，GPX4）失活以及脂質過氧化積聚過多引起，在這之中，胱氨酸/谷氨酸反向轉運體系統（System xc-）-GSH-GPX4是鐵死亡最具代表性的調控通路。此外，當前已經探索出一些GPX4非依賴性的鐵死亡監控通路。
2.1 GPX4調控鐵死亡調控機制
2.1.1 （System xc-）-GSH-GPX4通路
GPX4是通過生物純化發現的一種硒蛋白，是哺乳動物細胞中催化磷脂氫過氧化物（PLOOHs）還原為醇脂（PLOHs）的主要酶，可減少細胞的氧化損傷。正常生理過程中，胞外胱氨酸通過system Xc-反向轉運體系統進入胞內，同時將胞內谷氨酸轉運到胞外，進入細胞的胱氨酸首先被還原為半胱氨酸，進而促進GSH生成。GSH是一種強效還原劑，可作為GPX4的輔因子，在細胞內輔助膜磷脂過氧化物被清除的過程[8，9]。Erastin和RSL3作為兩種經典的鐵死亡誘導劑，前者通過抑制抑制system Xc-系統阻止胱氨酸的攝取，引起胞內GSH耗竭，間接滅活GPX4，后者則直接抑制GPX4，最終導致PLOOHs累積，膜結構出現無法修復的損傷致細胞死亡[9]。
2.1.2 脂質過氧化在鐵死亡中的作用
無限制的脂質過氧化是鐵死亡最突出的體現。細胞膜上的多不飽和脂肪酸酰基（PUFA-PLs）含量增高極容易發生過氧化反應，因為PUFA-PL會在一系列酶的催化下轉化成脂質過氧化物[10]，使膜結構受到嚴重影響，細胞器和細胞膜破裂。此外，脂酰輔酶A合成酶長鏈家族成員4（acyl-coenzyme A synthase long chain family member 4，ACSL4）與溶血磷脂酰膽堿酰基轉移酶3（lysophosphatidylcholine acyltransferase 3，LPCAT3）也是導致鐵死亡的重要因素[11，12]，ACSL4會催化長鏈PUFAs與輔酶A連接，活化后的脂質分子被LPCAT3重新酯化為磷脂，從而增加細胞內長鏈PUFAs含量。然而對于脂加氧酶（lipoxygenases，LOXs）家族發揮的作用還沒有形成一致認識。支持LOXs具有重要作用的研究認為，LOXs可直接氧化生物膜的PUFAs，發生脂質過氧化反應，其中花生四烯酸-15-脂加氧酶（arachidonic acid 15 lipid oxygenase，ALOX15）也是很多鐵死亡誘導劑的靶標[13]。質疑重要性的研究認為，對敲除GPX4的小鼠再次敲除ALOX15并不能抑制小鼠成纖維細胞鐵死亡情況[14–16]，可能有某些替代機制對ALOX15活性缺失起到一定的補充作用。因此，鐵死亡的核心促進要素并非LOXs，但在一定條件下對鐵死亡的啟動和發展有著一定推動作用。此外，細胞色素P450氧化還原酶（cytochrome P450 oxidoreductase，POR） 也在脂質過氧化的啟動中發揮重要作用，電子供體例如還原型輔酶Ⅱ（NADPH）從POR接受電子后，下游電子受體例如細胞色素P450被還原，進而從PUFAs中提取出亞甲基氫或還原鐵，觸發脂質過氧化反應[17]。
2.2 GPX4非依賴性鐵死亡調控機制
2.2.1 NAD（P）H/FSP1/CoQ10軸
Conrad團隊和Olzmann團隊分別證實鐵死亡抑制蛋白1（ferroptosis suppressor protein 1，FSP1）在促凋進亡方面沒有實質性證據，但卻能夠對細胞產生保護作用而不受GPX4基因缺失或抑制引起的鐵死亡 [18，19]。FSP1具有NAD（P）H依賴性氧化還原酶活性，可通過將泛醌（CoQ10）還原為泛醇直接減少脂質自由基產生[20]，或間接促進維生素E再生終止脂質自氧化反應[18，19]。FSP1也被稱為凋亡誘導因子線粒體2（apoptosis-inducing factor mitochondrial 2，AIFM2），與AIFM1（也稱凋亡誘導因子，AIF）具有顯著的序列相似性。四川大學賈大研究團隊通過生化、結構和細胞研究首次定量地證明FSP1利用NADPH作為電子供體而非NADH，其抗鐵死亡活性嚴格依賴于其對NADPH的親和力[21]。FSP1還具有一個黃素腺嘌呤二核苷酸（flavin adenine dinucleotide，FAD）依賴的氧化還原酶結構域，負責其催化活性。來自山東大學齊魯醫學院的研究團隊首次揭示了FSP1與FAD以及CoQ結合的口袋位置，確定了FSP1利用其羧基端形成同源二聚體來發揮催化活性的功能，而且首次發現FSP1的一個中間代謝產物6-羥基-FAD不僅可以作為FSP1的活性輔助因子，還可以作為自由基捕獲抗氧化劑直接消除脂質過氧化，是一種潛在的鐵死亡抑制劑[22]。此外，FSP1還可以通過激活ESCRT-III依賴性膜修復來抑制鐵死亡[23]。
2.2.2 GCH1/BH4/DHFR軸
在RSL3、erastin或GPX4敲除誘導的鐵死亡模型中，利用成簇規律間隔短回文重復序列（clustered regularly interspaced short palindromic repeats ，CRISPR）激活篩選顯示四氫生物蝶呤（tetrahydrobiopterin，BH4）合成的限速酶GTP環水解酶-1（GTP cyclohydrolase 1，GCH1）是一種拮抗鐵死亡的基因，通過利用其代謝產物BH4和二氫生物蝶呤（dihydrobiopterin，BH2）抑制鐵死亡[24]。BH4 是一氧化氮合酶（NOS）的關鍵輔因子，在BH4缺陷條件下，產生超氧化物而不是NO，增加了細胞對鐵死亡的敏感性[25]。BH4利用自身雙重機制，可通過二氫葉酸還原酶（dihydrofolate reductase，DHFR）直接發揮抗氧化活性，此外，erastin誘導的高BH4水平導致輔酶Q10合成增加，保護磷脂穩定性，從而減輕氧化損傷并防止鐵死亡[24–26]。然而在保護器官和組織免受鐵死亡影響方面，GCH1的作用還需要進一步深入分析。
2.2.3 鯊烯介導
鯊烯是膽固醇途徑中的一種代謝產物，在固醇缺陷型淋巴瘤細胞和原發腫瘤中，鯊烯的積聚具有抗鐵死亡活性[27]，雖然當前沒有證實這是癌癥亞型特異性效應表現還是普遍的保護機制。然而，鯊烯合成酶（Squalene synthase，SQS）作為鯊烯合成通路中一種關鍵酶，已有研究證明，新型鐵死亡誘導劑FIN56通過結合并激活SQS促進鐵死亡，抑制SQS和鯊烯單氧酶的活性，可以阻礙鐵死亡[28]。目前鯊烯介導鐵死亡的具體機制仍有待探究。
3 慢阻肺與鐵死亡
慢阻肺的發病機制主要與氧化應激和異常的炎癥反應、鐵蛋白自噬、線粒體代謝功能障礙、蛋白酶-抗蛋白酶失衡、遺傳因素、脂代謝異常等有關，在這些眾多理論中，鐵死亡可能是主要的內部表現[29]。
3.1 氧化應激和異常的炎癥反應
CS由超過包括鐵在內的
3.2 鐵蛋白自噬
核受體輔激活因子4（nuclear receptor coactivator 4， NCOA4）介導的鐵蛋白自噬，使鐵蛋白分解形成活性鐵，造成細胞中鐵蓄積和活性氧積聚[33，34]，CS利用這一過程致使肺上皮細胞氧化還原失衡和鐵死亡。CS處理后的HBECs短時間內鐵蛋白表達增加，但在6小時后呈現時間依賴性降低，而NCOA4的表達隨時間逐漸增加，敲除NCOA4基因后降低了細胞中游離鐵濃度并增加了鐵蛋白表達，自噬蛋白5（autophagy Protein 5，ATG5）是形成自噬溶酶體的標志蛋白之一，研究發現敲低ATG5和加入溶酶體蛋白酶抑制劑抑制自噬后，細胞內鐵蛋白表達顯著增加，但加入蛋白酶體抑制劑后，鐵蛋白沒有顯著變化。另外，NCOA4敲低后減緩了CS誘導的脂質過氧化和細胞死亡，以上結果表明CS暴露后，通過NCOA4介導的鐵自噬在鐵蛋白降解過程中積極參與，誘導了氣道上皮的鐵死亡[29]。
3.3 線粒體功能障礙
一般生理情況下，線粒體釋放出活性氧作為第二信使維持細胞穩態，但長期CS暴露會導致肺上皮細胞出現線粒體皺縮、嵴減少或消失等形態畸變[35]，研究發現，CS暴露小鼠敲除GPX4基因后會出現上述形態學變化[29]，同時，在CS暴露的HBECs線粒體中也觀察到FTL等鐵死亡相關基因表達水平上調[36]，立足于線粒體功能挖掘新的機制可進一步解釋鐵死亡在慢阻肺中的作用。
3.4 蛋白酶-抗蛋白酶失衡
抗蛋白酶缺乏或蛋白酶過多均可破壞正常肺組織，引發肺氣腫，并且蛋白酶和抗蛋白酶參與細胞和生命系統的鐵穩態[37]。α-1抗胰蛋白酶缺乏癥（alpha-1 antitrypsin deficiency，AATD）患者常表現為持續性咳嗽、咳痰、喘息及氣道高反應性。α-1抗胰蛋白酶（alpha-1 antitrypsin，A1AT）作為活性最強的抗蛋白酶，可顯著抑制蛋白酶對肺組織結構的破壞，通過檢測AATD患者肺泡灌洗液，發現游離血紅素和總鐵濃度較正常人升高[38]，同時重度AATD患者與輕度患者相比，前者血漿鐵蛋白和非血紅素鐵含量明顯增高，且均與A1AT水平呈負相關[39]，這表明抗蛋白酶參與鐵穩態的調控過程。
3.5 遺傳因素
鐵反應元件結合蛋白2（iron responsive element binding protein 2，IREB2）基因位點在人類15號染色體長臂2區5號帶，是慢阻肺的易感基因之一。其蛋白產物IRP2缺失的小鼠模型能抵抗CS誘導的肺氣腫形成[40]。最新研究指出，CS可通過上調非編碼RNA circSAV1，促進IREB2 mRNA翻譯。IREB2蛋白水平的升高使細胞內鐵傳遞相關基因的表達上調，影響胞內鐵離子濃度，導致不穩定鐵庫（LIP）和脂質過氧化的積累，而敲除IREB2可降低circSAV1誘導的脂質過氧化水平[41]，綜上，circSAV1可以通過增強IREB2的翻譯來觸發鐵死亡。
3.6 脂代謝異常
DNA雙加氧酶10-11易位2（TET2）是一種重要的脫甲基酶，其基因突變與肺功能1秒用力呼氣量（FEV1）相關。TET 2通過脫甲基GPX4的啟動子保護氣道上皮細胞免受CS誘導的脂質過氧化和鐵凋亡，在慢阻肺患者、小鼠模型和CS處理的HBECs中均發現TET2蛋白水平主要降低[42]。我國學者通過對小鼠氣管內滴定ACSL4敲低慢病毒發現，ACSL4敲低可顯著改善香煙煙霧提取物（cigarette smoke extract，CSE）腹腔注射導致的肺氣腫，其機制可能與氣道上皮鐵死亡減少有關[43]。這些證據均說明脂代謝異常觸發氣道上皮鐵死亡參與了慢阻肺的發生發展。
4 靶向慢阻肺氣道上皮鐵死亡的治療藥物
氣道上皮鐵死亡在慢阻肺發病機制中發揮重要作用，是預防和治療慢阻肺的潛在靶點。當前靶向慢阻肺氣道上皮鐵死亡的藥物可分為以下三類。
4.1 直接針對鐵死亡結局，即抑制脂質過氧化發揮作用
鐵抑素-1（ferrostatin-1，Fer-1）、普司他汀-1（liproxstatin-1，Lip-1）作為特異性鐵死亡抑制劑，通過清除脂質過氧化、上調GPX4表達來抑制氧化應激，在CS誘導的HBECs中，Fer-1有效緩解了脂質過氧化和細胞死亡[29]，Lip-1通過清除ROS及抑制鐵死亡在放射性肺纖維化中發揮重要作用[44]。黃芩素作為一種新型鐵抑制劑，可直接螯合鐵或與ALOX15結合抑制鐵依賴性脂質過氧化和鐵死亡[45]。硫化氫通過抑制細胞脂質過氧化和鐵死亡，從而減輕顆粒物引起的肺氣腫和氣道炎癥[46]，在細胞及小鼠模型中均得到了證實。但上述藥物在慢阻肺中的臨床療效仍有待研究。而芪白平肺膠囊作為一種有效治療慢阻肺的中藥復方制劑，我國學者結合代謝組學和網絡藥理學分析得出其可通過調節GSH代謝抑制脂質過氧化、減輕慢阻肺氣道上皮鐵死亡[47]，在臨床治療中具有獨特的優勢。
4.2 通過加強對ROS的監管和防御發揮作用
主要代表藥物有乙酰半胱氨酸（NAC）、二氫槲皮素（DHQ）。其中NAC可提高細胞GSH水平，強化GPX4活性來抑制鐵死亡[29]；DHQ作為一種廣泛存在于多種植物中的黃酮類化合物，通過核因子紅系2相關因子Nrf2依賴性信號通路在體內和體外實驗中均證明發揮抗氧化作用，顯著逆轉CS誘導的鐵死亡[48]。
4.3 通過維持鐵穩態發揮作用
肺部鐵穩態破壞與慢阻肺發生發展有關，鐵螯合劑去鐵胺（defetoxamine，DFO）作為維持鐵穩態的代表藥物，已在多種疾病模型中得到論證，其顯著減少了HBECs中CS誘導的不穩定鐵池，降低細胞游離鐵濃度而抑制鐵死亡的發生。
5 總結與展望
慢阻肺作為一種環境因素與宿主因素相互影響的慢性氣道疾病，鐵穩態破壞以及鐵死亡在疾病發生、發展中作用十分關鍵，CS及其他含鐵顆粒物通過氧化應激、異常的炎癥反應、鐵蛋白自噬等機制引發鐵死亡，導致肺組織破壞、肺功能下降。鐵代謝的主要調節因子Hepc及其受體FPN1是有潛力的藥物靶點，目前開發的許多拮抗Hepc的藥物在動物模型中證明是有效的，且有幾種藥物正在進行癌性貧血及腎性貧血相關的臨床研究，然而仍需進一步研究確定不同程度慢阻肺患者肺中Hepc含量變化情況，使祛鐵治療在慢阻肺治療中得到更可靠的證實。但目前氣道上皮鐵死亡調控網絡仍有許多問題需進一步挖掘，例如脂代謝如何調控鐵死亡敏感性、明確鐵死亡發生的特異性標志物等，且現有的鐵死亡抑制劑在臨床應用效能、普適性等方面仍不清楚。與口服和靜脈給藥方式相比，霧化吸入治療對于呼吸系統疾病具有獨特的臨床優勢，或許開發可霧化吸入的鐵死亡抑制劑對肺部鐵穩態失衡具有高度特異性，可有效改善疾病而不顯著影響全身鐵水平。期待深入研究鐵死亡靶向通路，以期為慢阻肺的治療提供新思路。
利益沖突：本研究不涉及任何沖突。
鐵是細胞生理過程的重要營養素和調節劑，在體內生化過程中積極主動參與[1]。機體鐵穩態紊亂會誘發諸多嚴重后果，其中鐵死亡是一種鐵依賴性的、非細胞凋亡形式的細胞死亡，其最突出的特點是細胞中活性氧大量沉積，是組織器官中鐵過度積累的結果[2]。慢性阻塞性肺疾病（chronic obstructive pulmonary disease，COPD，簡稱慢阻肺）是一種異質性肺部疾病，以慢性咳嗽、咳痰、喘息等呼吸系統癥狀為特征，伴有肺功能的進行性下降和進行性加重的氣流受限[3]。氧化應激和異常的炎癥反應、鐵蛋白自噬、線粒體功能障礙、蛋白酶-抗蛋白酶失衡、遺傳因素、脂代謝異常均參與了慢阻肺的發病過程。在慢阻肺發生、發展過程中，鐵死亡的作用十分關鍵。本綜述從鐵穩態及肺部鐵穩態、鐵死亡調控機制及其在慢阻肺中的作用等幾方面進行闡述。
1 鐵穩態及肺部鐵穩態
鐵代謝包括吸收、利用、丟失、循環、調節、儲存鐵等，體內鐵穩態受到嚴格調控，為基本生理過程供鐵的同時限制鐵過載帶來的負性作用。鐵穩態關鍵在于機體鐵吸收和鐵需求的平衡。膜鐵轉運蛋白1（ferroportin 1，FPN1）是細胞將鐵運送到血液中的主要渠道，鐵調素（hepcidin，Hepc）與FPN1結合可促進其降解，保持鐵穩態平衡。在機體鐵過載情況下，Hepc表達增加促使FPN1降解增加，使鐵向血液傳輸的通道閉合。同時，鐵調節蛋白（iron regulatory protein，IRP）和鐵反應元件（iron response element，IRE）也對細胞水平的鐵進行調控，在鐵缺乏時，IRP與3’非翻譯區的IRE穩定結合，促進鐵攝取蛋白翻譯；與5’非翻譯區的IRE結合，則對鐵蛋白重鏈（ferritin heavy chain，FTH）、鐵蛋白輕鏈（ferritin light chain，FTL）以及FPN1等的翻譯產生一定的抑制作用[4]。
肺部鐵穩態是肺細胞和組織鐵的平衡與調節，肺部鐵穩態和鐵代謝密不可分。外源性鐵包括香煙煙霧（cigarette smoke，CS）、化石燃料等水平升高可能導致肺部鐵過載，進而降低肺功能、損傷肺組織[5]。鐵與CS顆粒內的氧配體的高親和力導致戒煙者和吸煙者肺部鐵的沉積率更高，且有利于細胞內細菌生長[6]。但部分研究得出全身缺鐵不會對肺部鐵水平產生影響，實驗鼠證實慢性出血、低鐵飲食等導致肝、脾鐵含量減少，但肺鐵含量未出現顯著改變[7]。關于肺部鐵代謝的機制仍有待進一步挖掘。
2 鐵死亡的調控機制
鐵死亡作為一種鐵依賴性的細胞死亡方式，最突出的特征是細胞中活性氧大量堆積，主要由胱氨酸運輸蛋白抑制、谷胱甘肽（glutathione，GSH）耗盡、谷胱甘肽過氧化物酶（glutathione peroxidase 4，GPX4）失活以及脂質過氧化積聚過多引起，在這之中，胱氨酸/谷氨酸反向轉運體系統（System xc-）-GSH-GPX4是鐵死亡最具代表性的調控通路。此外，當前已經探索出一些GPX4非依賴性的鐵死亡監控通路。
2.1 GPX4調控鐵死亡調控機制
2.1.1 （System xc-）-GSH-GPX4通路
GPX4是通過生物純化發現的一種硒蛋白，是哺乳動物細胞中催化磷脂氫過氧化物（PLOOHs）還原為醇脂（PLOHs）的主要酶，可減少細胞的氧化損傷。正常生理過程中，胞外胱氨酸通過system Xc-反向轉運體系統進入胞內，同時將胞內谷氨酸轉運到胞外，進入細胞的胱氨酸首先被還原為半胱氨酸，進而促進GSH生成。GSH是一種強效還原劑，可作為GPX4的輔因子，在細胞內輔助膜磷脂過氧化物被清除的過程[8，9]。Erastin和RSL3作為兩種經典的鐵死亡誘導劑，前者通過抑制抑制system Xc-系統阻止胱氨酸的攝取，引起胞內GSH耗竭，間接滅活GPX4，后者則直接抑制GPX4，最終導致PLOOHs累積，膜結構出現無法修復的損傷致細胞死亡[9]。
2.1.2 脂質過氧化在鐵死亡中的作用
無限制的脂質過氧化是鐵死亡最突出的體現。細胞膜上的多不飽和脂肪酸酰基（PUFA-PLs）含量增高極容易發生過氧化反應，因為PUFA-PL會在一系列酶的催化下轉化成脂質過氧化物[10]，使膜結構受到嚴重影響，細胞器和細胞膜破裂。此外，脂酰輔酶A合成酶長鏈家族成員4（acyl-coenzyme A synthase long chain family member 4，ACSL4）與溶血磷脂酰膽堿酰基轉移酶3（lysophosphatidylcholine acyltransferase 3，LPCAT3）也是導致鐵死亡的重要因素[11，12]，ACSL4會催化長鏈PUFAs與輔酶A連接，活化后的脂質分子被LPCAT3重新酯化為磷脂，從而增加細胞內長鏈PUFAs含量。然而對于脂加氧酶（lipoxygenases，LOXs）家族發揮的作用還沒有形成一致認識。支持LOXs具有重要作用的研究認為，LOXs可直接氧化生物膜的PUFAs，發生脂質過氧化反應，其中花生四烯酸-15-脂加氧酶（arachidonic acid 15 lipid oxygenase，ALOX15）也是很多鐵死亡誘導劑的靶標[13]。質疑重要性的研究認為，對敲除GPX4的小鼠再次敲除ALOX15并不能抑制小鼠成纖維細胞鐵死亡情況[14–16]，可能有某些替代機制對ALOX15活性缺失起到一定的補充作用。因此，鐵死亡的核心促進要素并非LOXs，但在一定條件下對鐵死亡的啟動和發展有著一定推動作用。此外，細胞色素P450氧化還原酶（cytochrome P450 oxidoreductase，POR） 也在脂質過氧化的啟動中發揮重要作用，電子供體例如還原型輔酶Ⅱ（NADPH）從POR接受電子后，下游電子受體例如細胞色素P450被還原，進而從PUFAs中提取出亞甲基氫或還原鐵，觸發脂質過氧化反應[17]。
2.2 GPX4非依賴性鐵死亡調控機制
2.2.1 NAD（P）H/FSP1/CoQ10軸
Conrad團隊和Olzmann團隊分別證實鐵死亡抑制蛋白1（ferroptosis suppressor protein 1，FSP1）在促凋進亡方面沒有實質性證據，但卻能夠對細胞產生保護作用而不受GPX4基因缺失或抑制引起的鐵死亡 [18，19]。FSP1具有NAD（P）H依賴性氧化還原酶活性，可通過將泛醌（CoQ10）還原為泛醇直接減少脂質自由基產生[20]，或間接促進維生素E再生終止脂質自氧化反應[18，19]。FSP1也被稱為凋亡誘導因子線粒體2（apoptosis-inducing factor mitochondrial 2，AIFM2），與AIFM1（也稱凋亡誘導因子，AIF）具有顯著的序列相似性。四川大學賈大研究團隊通過生化、結構和細胞研究首次定量地證明FSP1利用NADPH作為電子供體而非NADH，其抗鐵死亡活性嚴格依賴于其對NADPH的親和力[21]。FSP1還具有一個黃素腺嘌呤二核苷酸（flavin adenine dinucleotide，FAD）依賴的氧化還原酶結構域，負責其催化活性。來自山東大學齊魯醫學院的研究團隊首次揭示了FSP1與FAD以及CoQ結合的口袋位置，確定了FSP1利用其羧基端形成同源二聚體來發揮催化活性的功能，而且首次發現FSP1的一個中間代謝產物6-羥基-FAD不僅可以作為FSP1的活性輔助因子，還可以作為自由基捕獲抗氧化劑直接消除脂質過氧化，是一種潛在的鐵死亡抑制劑[22]。此外，FSP1還可以通過激活ESCRT-III依賴性膜修復來抑制鐵死亡[23]。
2.2.2 GCH1/BH4/DHFR軸
在RSL3、erastin或GPX4敲除誘導的鐵死亡模型中，利用成簇規律間隔短回文重復序列（clustered regularly interspaced short palindromic repeats ，CRISPR）激活篩選顯示四氫生物蝶呤（tetrahydrobiopterin，BH4）合成的限速酶GTP環水解酶-1（GTP cyclohydrolase 1，GCH1）是一種拮抗鐵死亡的基因，通過利用其代謝產物BH4和二氫生物蝶呤（dihydrobiopterin，BH2）抑制鐵死亡[24]。BH4 是一氧化氮合酶（NOS）的關鍵輔因子，在BH4缺陷條件下，產生超氧化物而不是NO，增加了細胞對鐵死亡的敏感性[25]。BH4利用自身雙重機制，可通過二氫葉酸還原酶（dihydrofolate reductase，DHFR）直接發揮抗氧化活性，此外，erastin誘導的高BH4水平導致輔酶Q10合成增加，保護磷脂穩定性，從而減輕氧化損傷并防止鐵死亡[24–26]。然而在保護器官和組織免受鐵死亡影響方面，GCH1的作用還需要進一步深入分析。
2.2.3 鯊烯介導
鯊烯是膽固醇途徑中的一種代謝產物，在固醇缺陷型淋巴瘤細胞和原發腫瘤中，鯊烯的積聚具有抗鐵死亡活性[27]，雖然當前沒有證實這是癌癥亞型特異性效應表現還是普遍的保護機制。然而，鯊烯合成酶（Squalene synthase，SQS）作為鯊烯合成通路中一種關鍵酶，已有研究證明，新型鐵死亡誘導劑FIN56通過結合并激活SQS促進鐵死亡，抑制SQS和鯊烯單氧酶的活性，可以阻礙鐵死亡[28]。目前鯊烯介導鐵死亡的具體機制仍有待探究。
3 慢阻肺與鐵死亡
慢阻肺的發病機制主要與氧化應激和異常的炎癥反應、鐵蛋白自噬、線粒體代謝功能障礙、蛋白酶-抗蛋白酶失衡、遺傳因素、脂代謝異常等有關，在這些眾多理論中，鐵死亡可能是主要的內部表現[29]。
3.1 氧化應激和異常的炎癥反應
CS由超過包括鐵在內的
3.2 鐵蛋白自噬
核受體輔激活因子4（nuclear receptor coactivator 4， NCOA4）介導的鐵蛋白自噬，使鐵蛋白分解形成活性鐵，造成細胞中鐵蓄積和活性氧積聚[33，34]，CS利用這一過程致使肺上皮細胞氧化還原失衡和鐵死亡。CS處理后的HBECs短時間內鐵蛋白表達增加，但在6小時后呈現時間依賴性降低，而NCOA4的表達隨時間逐漸增加，敲除NCOA4基因后降低了細胞中游離鐵濃度并增加了鐵蛋白表達，自噬蛋白5（autophagy Protein 5，ATG5）是形成自噬溶酶體的標志蛋白之一，研究發現敲低ATG5和加入溶酶體蛋白酶抑制劑抑制自噬后，細胞內鐵蛋白表達顯著增加，但加入蛋白酶體抑制劑后，鐵蛋白沒有顯著變化。另外，NCOA4敲低后減緩了CS誘導的脂質過氧化和細胞死亡，以上結果表明CS暴露后，通過NCOA4介導的鐵自噬在鐵蛋白降解過程中積極參與，誘導了氣道上皮的鐵死亡[29]。
3.3 線粒體功能障礙
一般生理情況下，線粒體釋放出活性氧作為第二信使維持細胞穩態，但長期CS暴露會導致肺上皮細胞出現線粒體皺縮、嵴減少或消失等形態畸變[35]，研究發現，CS暴露小鼠敲除GPX4基因后會出現上述形態學變化[29]，同時，在CS暴露的HBECs線粒體中也觀察到FTL等鐵死亡相關基因表達水平上調[36]，立足于線粒體功能挖掘新的機制可進一步解釋鐵死亡在慢阻肺中的作用。
3.4 蛋白酶-抗蛋白酶失衡
抗蛋白酶缺乏或蛋白酶過多均可破壞正常肺組織，引發肺氣腫，并且蛋白酶和抗蛋白酶參與細胞和生命系統的鐵穩態[37]。α-1抗胰蛋白酶缺乏癥（alpha-1 antitrypsin deficiency，AATD）患者常表現為持續性咳嗽、咳痰、喘息及氣道高反應性。α-1抗胰蛋白酶（alpha-1 antitrypsin，A1AT）作為活性最強的抗蛋白酶，可顯著抑制蛋白酶對肺組織結構的破壞，通過檢測AATD患者肺泡灌洗液，發現游離血紅素和總鐵濃度較正常人升高[38]，同時重度AATD患者與輕度患者相比，前者血漿鐵蛋白和非血紅素鐵含量明顯增高，且均與A1AT水平呈負相關[39]，這表明抗蛋白酶參與鐵穩態的調控過程。
3.5 遺傳因素
鐵反應元件結合蛋白2（iron responsive element binding protein 2，IREB2）基因位點在人類15號染色體長臂2區5號帶，是慢阻肺的易感基因之一。其蛋白產物IRP2缺失的小鼠模型能抵抗CS誘導的肺氣腫形成[40]。最新研究指出，CS可通過上調非編碼RNA circSAV1，促進IREB2 mRNA翻譯。IREB2蛋白水平的升高使細胞內鐵傳遞相關基因的表達上調，影響胞內鐵離子濃度，導致不穩定鐵庫（LIP）和脂質過氧化的積累，而敲除IREB2可降低circSAV1誘導的脂質過氧化水平[41]，綜上，circSAV1可以通過增強IREB2的翻譯來觸發鐵死亡。
3.6 脂代謝異常
DNA雙加氧酶10-11易位2（TET2）是一種重要的脫甲基酶，其基因突變與肺功能1秒用力呼氣量（FEV1）相關。TET 2通過脫甲基GPX4的啟動子保護氣道上皮細胞免受CS誘導的脂質過氧化和鐵凋亡，在慢阻肺患者、小鼠模型和CS處理的HBECs中均發現TET2蛋白水平主要降低[42]。我國學者通過對小鼠氣管內滴定ACSL4敲低慢病毒發現，ACSL4敲低可顯著改善香煙煙霧提取物（cigarette smoke extract，CSE）腹腔注射導致的肺氣腫，其機制可能與氣道上皮鐵死亡減少有關[43]。這些證據均說明脂代謝異常觸發氣道上皮鐵死亡參與了慢阻肺的發生發展。
4 靶向慢阻肺氣道上皮鐵死亡的治療藥物
氣道上皮鐵死亡在慢阻肺發病機制中發揮重要作用，是預防和治療慢阻肺的潛在靶點。當前靶向慢阻肺氣道上皮鐵死亡的藥物可分為以下三類。
4.1 直接針對鐵死亡結局，即抑制脂質過氧化發揮作用
鐵抑素-1（ferrostatin-1，Fer-1）、普司他汀-1（liproxstatin-1，Lip-1）作為特異性鐵死亡抑制劑，通過清除脂質過氧化、上調GPX4表達來抑制氧化應激，在CS誘導的HBECs中，Fer-1有效緩解了脂質過氧化和細胞死亡[29]，Lip-1通過清除ROS及抑制鐵死亡在放射性肺纖維化中發揮重要作用[44]。黃芩素作為一種新型鐵抑制劑，可直接螯合鐵或與ALOX15結合抑制鐵依賴性脂質過氧化和鐵死亡[45]。硫化氫通過抑制細胞脂質過氧化和鐵死亡，從而減輕顆粒物引起的肺氣腫和氣道炎癥[46]，在細胞及小鼠模型中均得到了證實。但上述藥物在慢阻肺中的臨床療效仍有待研究。而芪白平肺膠囊作為一種有效治療慢阻肺的中藥復方制劑，我國學者結合代謝組學和網絡藥理學分析得出其可通過調節GSH代謝抑制脂質過氧化、減輕慢阻肺氣道上皮鐵死亡[47]，在臨床治療中具有獨特的優勢。
4.2 通過加強對ROS的監管和防御發揮作用
主要代表藥物有乙酰半胱氨酸（NAC）、二氫槲皮素（DHQ）。其中NAC可提高細胞GSH水平，強化GPX4活性來抑制鐵死亡[29]；DHQ作為一種廣泛存在于多種植物中的黃酮類化合物，通過核因子紅系2相關因子Nrf2依賴性信號通路在體內和體外實驗中均證明發揮抗氧化作用，顯著逆轉CS誘導的鐵死亡[48]。
4.3 通過維持鐵穩態發揮作用
肺部鐵穩態破壞與慢阻肺發生發展有關，鐵螯合劑去鐵胺（defetoxamine，DFO）作為維持鐵穩態的代表藥物，已在多種疾病模型中得到論證，其顯著減少了HBECs中CS誘導的不穩定鐵池，降低細胞游離鐵濃度而抑制鐵死亡的發生。
5 總結與展望
慢阻肺作為一種環境因素與宿主因素相互影響的慢性氣道疾病，鐵穩態破壞以及鐵死亡在疾病發生、發展中作用十分關鍵，CS及其他含鐵顆粒物通過氧化應激、異常的炎癥反應、鐵蛋白自噬等機制引發鐵死亡，導致肺組織破壞、肺功能下降。鐵代謝的主要調節因子Hepc及其受體FPN1是有潛力的藥物靶點，目前開發的許多拮抗Hepc的藥物在動物模型中證明是有效的，且有幾種藥物正在進行癌性貧血及腎性貧血相關的臨床研究，然而仍需進一步研究確定不同程度慢阻肺患者肺中Hepc含量變化情況，使祛鐵治療在慢阻肺治療中得到更可靠的證實。但目前氣道上皮鐵死亡調控網絡仍有許多問題需進一步挖掘，例如脂代謝如何調控鐵死亡敏感性、明確鐵死亡發生的特異性標志物等，且現有的鐵死亡抑制劑在臨床應用效能、普適性等方面仍不清楚。與口服和靜脈給藥方式相比，霧化吸入治療對于呼吸系統疾病具有獨特的臨床優勢，或許開發可霧化吸入的鐵死亡抑制劑對肺部鐵穩態失衡具有高度特異性，可有效改善疾病而不顯著影響全身鐵水平。期待深入研究鐵死亡靶向通路，以期為慢阻肺的治療提供新思路。
利益沖突：本研究不涉及任何沖突。