铁过载与子宫内膜异位症病程进展的相关性

刘梦娜，许天敏，张琨

作为妇科常见疾病之一，子宫内膜异位症（endometriosis，EMs）影响着全世界约 2 亿 15～55 岁的女性，临床表现主要为痛经、性交痛、慢性盆腔痛及不孕[1]，严重影响患病女性的生活质量。据统计，与欧美白种女性相比，亚洲女性的发病风险增加了9倍[2]。越来越多的研究表明EMs患者患上皮性卵巢癌的风险显著增高，其难以预防、难以早期发现、难以杜绝复发并具有恶性转化可能，给临床的诊治带来挑战。目前病因学说主要包括经血逆流子宫内膜种植学说、血液和淋巴播散学说、体腔上皮化生学说、免疫学说、内分泌学说及遗传学说[3]。近年来关于EMs盆腔微环境的研究越来越受到重视，局部微环境在EMs异位病灶的生长及进展中有重要意义，EMs异位病灶的出血及经血逆流后大量积累的亚铁血红素及游离铁通过一系列反应使卵巢或腹腔微环境受到破坏。铁过载是EMs病因和病理生理学的重要因素，其影响巨噬细胞清除功能，诱导氧化应激，激活核因子κB（NF-κB）及相关炎症反应，促进异位内膜细胞存活、黏附、侵袭、增殖和血管生成[4-5]。

1 铁的正常生理作用

铁是维持健康哺乳动物细胞所必需的微量元素。普通成年人体内存在3～5 g铁，大部分用于形成血红蛋白，其余存储在肝细胞和巨噬细胞中的铁蛋白中。当机体需要铁时可以通过铁自噬的方式促进铁蛋白释放铁[6]。铁参与多个重要的生理代谢过程，包括通过血红蛋白的氧转运、代谢反应和DNA合成[7]。铁对许多细胞代谢过程至关重要，包括生物合成血红素和产生铁-硫中心，这些过程对机体内一系列细胞增殖和代谢功能所需酶的活性具有调节作用[8]。

2 铁过载在EMs中的形成过程

铁参与构成许多含铁酶及蛋白质，但在超生理量情况下会对细胞产生不利影响，其与过氧化氢和超氧阴离子反应生成剧毒的羟基自由基有利于形成有氧微环境[9]。大量研究表明，铁过载现象出现在EMs患者的腹膜、腹膜液、异位内膜病灶甚至是巨噬细胞中[10]。妇女经血逆流非常普遍，但只有约10%～15%的育龄妇女发生EMs。对这一现象的研究发现，健康女性体内存在一个精确的动态平衡，即致病因素（月经返流）和保护因素（完整的腹膜屏障、免疫系统）之间保持平衡，当返流至腹膜的异位子宫内膜因不能与其生长所需的细胞外基质相互作用而发生失巢凋亡[11]。而EMs患者体内的这种平衡被打破，即EMs患者随经血逆流的内膜细胞数量多且性质不同，腹膜失去完整性及免疫系统清除能力下降[12]。Sampson提出的经血逆流假说认为，经期时子宫腔内的内膜腺上皮和间质可随经血逆流，经输卵管进入盆腔，在卵巢和邻近的腹膜等处种植、生长、浸润，形成EMs异位病灶。经血逆流发生的溶血、异位病灶出血导致血红蛋白和铁释放到微环境中[13]。过量的血红蛋白、铁等依赖于巨噬细胞的清除，当前者持续转运至巨噬细胞，可使铁蛋白贮存铁受到抑制，同时引起巨噬细胞异常活化，使巨噬细胞功能受损，导致残存的凋亡内膜及血红素结合铁不能被清除，进一步加剧铁及其衍生物在异位病灶处的蓄积，最终为异位内膜逃脱免疫清除及内膜的生长侵袭提供有利环境[14]。

3 铁过载通过不同方式在EMs病程进展中起作用

3.1 催化产生活性氧簇（ROS）参与氧化应激总铁包括血红蛋白铁和非血红蛋白铁（游离铁），机体内大约2/3的铁与红细胞中的血红蛋白结合[15]。铁及亚铁血红蛋白通过一系列生化反应释放ROS，ROS可与多种细胞成分发生反应，包括氨基酸残基、DNA的嘌呤和嘧啶碱基以及攻击膜脂，引发自由基链式反应，即脂质过氧化反应[16]。研究表明在EMs的炎症部位，铁表达催化产生的ROS具有双刃剑作用。Iwabuchi等[17]指出在慢性氧化环境中，过量ROS可能通过激活丝裂原激活蛋白（MAP）依赖的方式在肿瘤坏死因子α（TNF-α）诱导的细胞凋亡中起重要作用，同时半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶3（Caspase-3）和B淋巴细胞瘤2（Bcl-2）也参与ROS介导的细胞凋亡，为异位子宫内膜凋亡提供有利的生理环境；而另一方面，亚致死浓度的ROS可能导致负责存活和适应氧化应激的基因组不稳定及突变，潜在的抗氧化剂能减缓ROS诱导的细胞死亡，导致EMs相关的卵巢癌发生。所以增强的抗氧化能力或亚致死浓度的ROS表现出细胞保护作用，可以保护异位内膜细胞免于死亡或凋亡，但会导致DNA损伤、非整倍性、基因组不稳定和突变的积累，结果使异位内膜向恶性转化。

Yamaguchi等[18]比较了21例EMs囊肿、4例透明细胞癌和11例非EMs囊肿患者病灶处游离铁及几种应激相关分子[如乳糖脱氢酶、潜在的抗氧化脂质过氧化物和8-羟基鸟嘌呤（8-OHdG）]浓度，结果发现与非EMs囊肿患者相比，EMs囊肿患者病灶处游离铁及应激相关分子的浓度显著升高。有研究进一步证实，EMs异位囊肿中游离铁与8-OHdG相关，提示过量的铁可促进氧化性DNA损伤导致细胞癌变[19]。铁可以形成8-OHdG加合物，导致点突变及DNA链断裂，诱导DNA超甲基化和端粒长度缩短。铁过载诱导氧化应激引起DNA损伤是遗传毒性的主要原因，导致DNA突变、缺失或杂合性缺失（LOH）[20]。已有大量研究证明，LOH在某些基因位点上的积累参与了EMs的恶性转化过程。另外DNA损伤引起K鼠肉瘤基因（K-ras）激活、p53及磷酸酶和第10号染色体缺失的磷酸酶和张力蛋白同源基因（PTEN）失活，C骨髓细胞瘤基因（c-Myc）转录增加[8]。总之，这些分子事件促进铁诱导的持续氧化应激，使前驱病变转变为各种亚型卵巢癌[3]。ROS作为哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）信号分子，通过激活具有调节DNA损伤感应及修复的共济失调基因（ATM）加快细胞周期进程并促进细胞转化。铁诱导的ROS可通过肝细胞核因子1β（HNF-1β）的过表达激活解毒和抗细胞凋亡途径，从而促进EMs异位细胞的存活。表达HNF-1β的细胞可以激活细胞周期检查点，并通过上调磷脂酰肌醇3激酶/蛋白激酶B（PI3K/Akt）等生存因子来保护DNA免受损伤[20]。

3.2 增强NF-κB的活化介导炎症反应许多研究表明，铁在巨噬细胞中过量积聚还可增强NF-κB的活性，激活后的NF-κB转移至细胞核诱导超过200个基因的转录，其中许多基因参与调节炎症和细胞因子的产生，包括TNF、白细胞介素1（IL-1）、单核细胞趋化蛋白1（MCP-1)及调节T细胞正常表达和分泌的细胞因子（RANTES）[16]。EMs患者腹膜液中这些细胞因子浓度升高，促进子宫内膜的黏附、侵袭、增殖和血管生成，并在腹膜腔中形成炎症环境。体内及体外EMs动物模型表明抑制NF-κB可减轻炎症反应、抑制细胞增殖且促进细胞凋亡。Alvarado-Díaz等[9]用健康女性的子宫内膜基质细胞（ESCs）作为工作模型发现，在EMs患者腹膜腔中铁过载调节细胞间黏附分子1（ICAM-1）表达及可溶型ICAM-1（sICAM-1）的分泌，可引发和维持腹膜EMs病灶中NF-κB组成性激活，并在经血逆流的子宫内膜细胞中激活NF-κB，从而增加异位子宫内膜细胞的炎症反应，表明铁过载可诱导和促进EMs相关炎症反应。最近研究证实，NF-κB亚单位在子宫内膜上皮细胞较ESCs表达更多，而子宫内膜上皮是感染发生时的第一道防御屏障，提示NF-κB可调节固有免疫及炎症反应[21]。在低孕激素情况下，雌二醇（E2）可上调增殖期子宫内膜中NF-κB亚单位p65活性，激活子宫内膜上皮细胞中的NF-κB以刺激炎症反应，促进异位子宫内膜细胞的增殖和存活。NF-κB还可通过诱导型一氧化氮合酶（iNOS）和一氧化氮合酶2（NOS2）产生大量NO，促进异位病灶的炎症反应和坏死，使EMs发生恶变[14]。

3.3 引起巨噬细胞异常活化并影响其功能生理情况下盆腔巨噬细胞有2个重要功能：①调节炎症反应；②调节铁稳态[22]。Lousse 等[23]研究发现，EMs患者腹膜液中铁过载的巨噬细胞及高浓度的游离铁与该病临床表现的严重程度相关。巨噬细胞通过吞噬红细胞或内吞血红蛋白－触珠蛋白复合物吸收大部分铁，血红蛋白经水解后释放亚铁血红蛋白，而后被血红素加氧酶（HO）催化并释放活性铁，释放的游离铁被巨噬细胞中的铁蛋白储存或返回腹膜液中与铁转运蛋白结合[13]。Pirdel等[14]研究发现，巨噬细胞可活化为M1型及M2型巨噬细胞。具有潴铁倾向的M1型巨噬细胞可上调铁蛋白活性同时下调转铁蛋白受体1和铁转运蛋白水平，从而保护自身免受氧化应激损伤。而M2型巨噬细胞通过增加细胞外铁的可用性及2型辅助性T细胞（Th2细胞）的免疫应答促进新生血管生成、伤口愈合等。炎性腹膜环境中，巨噬细胞主要向M2型巨噬细胞活化，这些M2型巨噬细胞高表达CD163和CD206清道夫受体，CD163与CD206分别具有胞外输出血红蛋白衍生铁及清除炎症介质的作用。而EMs腹膜微环境中局部缺氧和铁过载等引起巨噬细胞异常活化，导致巨噬细胞的以上功能受损，从而进一步加重了红细胞代谢产物的蓄积，为异位内膜细胞逃脱清除及铁诱导的氧化应激提供条件。

Lousse等[13]对月经周期各阶段腹膜巨噬细胞中铁蛋白染色发现其只在分泌期显著增加，表明EMs月经期巨噬细胞铁解毒系统可能逐渐不堪重负，导致巨噬细胞异常活化，EMs患者腹腔中巨噬细胞数量及活性上升的同时伴随着NO的产生。Scutiero等[24]也发现，EMs腹膜液中硝酸盐和亚硝酸盐的浓度明显高于非EMs组，指出较高浓度的硝酸盐可能来自腹膜巨噬细胞增强的NO活性。巨噬细胞通过NOS2诱导产生的过量NO对组织损伤、炎症细胞因子和生长因子产生应答，并伴随着ROS的产生加重组织损伤。NO在机体内既可发挥促凋亡作用，又可起抑制凋亡的作用，这种复杂性在很大程度上可能取决于其与铁、ROS、金属离子和蛋白质的相互作用[25]。

3.4 在与雌激素不断平衡调节过程中引起EMs恶变有研究证实，雌激素与卵巢癌发病风险增高有关[26]。Yang等[27]发现卵巢切除术后的小鼠铁代谢发生改变，并指出雌激素水平与调节铁代谢相关酶的活性有关。雌激素代谢成分产生ROS，促进铁从铁蛋白释放，雌激素代谢物本身可形成DNA加合物[28]。由于c-Myc可以控制参与铁代谢的分子（如铁蛋白重链和铁调蛋白）的基因表达，而雌激素可以调节c-Myc的表达。细胞内铁的平衡受到铁调素-膜铁转运蛋白轴的严格控制，雌激素反应元件可对铁调素-膜铁转运蛋白的启动子区域进行调节[29]。过量的活性铁易通过锌铁交换结合到雌激素受体（ER）分子的锌指中，ER分子的铁指可通过促进芬顿反应增加羟基自由基的产生比例，从而增强氧化应激，引起邻近DNA（如ER的雌激素反应元件）广泛损伤，导致ER表达受抑制[30]。邓顺生等[31]指出EMs是一种性激素依赖的癌前病变，可由EMs-EMs不典型增生-癌变逐渐过渡，病理上表现为腺上皮细胞受体逐渐失去对性激素的识别能力，由性激素依赖性转变为非依赖性的去分化特征，当肿瘤恶性变到一定程度就失去了ER、孕激素受体（PR）的表达，从而使异位内膜发生恶变。

4 结语与展望

EMs作为妇科良性疾病，有恶性生长的特性。许多研究认为EMs可作为卵巢癌（主要为侵袭性低的透明细胞癌和子宫内膜样癌）的癌前病变。目前研究认为EMs是一种多病因共同作用的疾病，其与卵巢癌有共同的致病因子，包括家族倾向、遗传变异、免疫生物学、分子黏附、血管形成以及激素变化等。另外，铁代谢与肿瘤的发生、发展密切相关，但具体的分子机制和通路尚未完全阐明。本文就近年来关于铁过载的形成过程及铁过载在EMs病程进展中的作用研究进行了综述，经血逆流、异位病灶溶血或腹膜巨噬系统缺陷导致的铁过载，不仅催化产生ROS诱导氧化应激导致蛋白质、脂质氧化及DNA损伤、突变；还可增强NF-κB的活化介导炎症反应、促进异位内膜细胞增殖且抑制其凋亡；铁过载对巨噬细胞功能的影响，使其无法清除经血逆流产生的代谢物，进一步加重了铁过载，形成正反馈循环；此外，活性铁在与雌激素不断平衡调节过程中可能导致EMs向恶性转变。因此推测多个致病因素（雌激素、炎症反应、分子生物学改变）共同作用交互产生铁过载并影响铁代谢可能是使EMs向恶性行为过渡的主要原因。研究表明EMs囊液的总铁水平约为250 mg/L，血清的总铁水平约为1 mg/L[17]，且铁代谢相关指标与腹膜EMs的病情严重程度相关，故EMs囊液、血清中等铁代谢相关指标的研究需要通过大量人体样本联合检测来进一步证实。

EMs诊断目前仍是依据病理检查，需通过腹腔镜或者开腹手术进行病理取材，存在标本不易采集、无法连续监测及随访等问题。近年也有研究尝试采用检测外周血标志物CA125进行诊断，但发现特异性并不高而且容易漏诊。另外，新型标志物如液态活检循环肿瘤DNA、循环肿瘤细胞、外泌体等的检测也有一些应用，但因其技术尚未成熟且检测程序复杂、价格昂贵而不易被常规采用。为避免有创操作给患者带来的手术风险，寻找简便易行且可能具有一定特异性、敏感性的新办法，研究者试图通过大量样本的对比检测来研究探讨铁代谢、炎性介质表达与EMs相关性，发现EMs可能的早期诊断方法，并应用于病程进展监测、干预、治疗及恶变的预防。