铁死亡与老年性耳聋研究进展

吕莎，王耀文

作者单位：315010宁波，宁波市第一医院（吕莎、王耀文）；宁波大学（吕莎）

老年性耳聋是听觉系统随年龄增长发生退行性改变的一种神经退行性疾病，细胞衰老与细胞内代谢废物的沉积有关。有研究发现铁死亡与阿尔茨海默病（AD）、帕金森病（PD）、亨廷顿病及Friedreich共济失调症等多种神经退行性疾病密切相关[1]。因此，铁死亡很可能也参与老年性耳聋的发病，本文对铁死亡及其可能导致老年性耳聋的发病机制进行综述。

1 铁死亡及其形态学特征

铁死亡由铁超载引起脂质过氧化导致细胞程序性死亡[2]，是一种全新的细胞死亡模式。与坏死（细胞质肿胀、质膜破裂）、凋亡（染色质凝结和边缘化）或自噬（形成双膜封闭小泡）相关的特征性形态学完全不同，其主要形态学特征是线粒体膜密度较低，体积小于正常线粒体，线粒体嵴减少或消失，外膜破裂[3]。

2 铁死亡的分子机制

2.1 铁代谢 膳食中的铁在酸性坏境中以Fe2+形式在十二指肠和小肠上段直接进入肠上皮细胞。吸收入血液后，在血浆中以Fe3+形式与转铁蛋白（Tf）结合，随血液运输到全身。结合Fe3+的Tf与细胞表面的转铁蛋白受体1（TfR1）结合并内吞形成内涵体。在pH值较小的内涵体中Fe3+从转铁蛋白中释放出来，由Steap家族的铁还原酶还原成Fe2+，然后，Fe2+通过二价金属转运体1（DMT1）或金属转运体（ZIP8）转运入胞质。Fe2+进入胞质后将有铁的伴侣Poly rC Binding-Protein（PCBP）以3∶1的比例与Fe2+结合并护送至细胞不同的部位[4]。只有非常小比例的一部分Fe2+以游离形式存在于胞质、线粒体基质及溶酶体中，不到细胞铁总数的5%，被称为不稳定铁池（LIP）[5]。转铁反应蛋白（IRP）调控LIP的动态平衡。当细胞内Fe2+浓度下降时，IRP与转铁蛋白受体（TfR）mRNA的3’-UTP结合能增加其稳定性，促进TfRmRNA翻译，增加细胞表面TfR的表达，提高细胞内铁的摄入；与此同时，IRP与铁蛋白mRNA的5’-UTP结合抑制其翻译，减少储存铁，从而使细胞内LIP增加[6]。细胞中绝大部分Fe2+以铁蛋白、血红蛋白（红细胞内）等储存铁形式存在。最后，负载Fe2+的PCBP蛋白能与Tf结合运送至细胞外，这是铁转运出细胞外的唯一方式[4]。人体内缺乏排泄铁的系统，主要通过网状内皮巨噬细胞吞噬衰老的红细胞回收再利用铁[6]。

2.2 脂质过氧化与铁死亡 甘油磷脂是所有膜的主要成分，与甘油主链C-2结合的脂肪酸（通常是多不饱和脂肪酸）因其双烯丙基碳氢键的离解能较低，容易发生氧化损伤，造成膜脂过氧化，从而造成膜厚度的改变、流动性丧失及通透性增加，诱发细胞死亡。其机制如下：花生四烯酸/肾上腺素（多不饱和脂肪酸）在酰基CoA合成酶（ACSL）和磷脂酰基转移酶（LCAT）的催化下成为花生四烯酸-脂酰乙醇胺（AA-PE）和肾上腺素-脂酰乙醇胺（AdA-PE）[4]。Fe2+活化的15-脂氧合酶（15-LOX）高选择性催化AA-PE和AdA-PE，形成特定底物PE-AAOOH。Fe2+能直接非选择性氧化裂解这些初始的hoo-衍生物，使氧化脂肪酰基断裂，形成亲电试剂如丙二醛（MDA）和羟基壬烯酸（HNE）等，这些亲电试剂能够与蛋白质靶分子相互作用，导致细胞膜上气孔的形成并使其破裂[4]。

15-LOX选择性和特异性催化不饱和脂质氧化是细胞发生铁死亡的信号[2]。同时Fe2+参与fenton反应生成活性氧（ROS），如超氧自由基（O2.-）、羟基自由基（HO.）、脂质过氧化自由基（LO.）及过氧化氢（H2O2）等[5]，这些过氧化自由基的形成又加速细胞发生铁死亡[4]。

3 铁死亡和中枢神经退行性疾病

人体内高铁水平与端粒缩短有关，而端粒是衰老的一种生物标志物[5]。铁作为体内含量最多的微量元素，在大脑中含量很低。正常人脑脊液转铁蛋白的铁饱和度维持在接近饱和，而外周血清铁饱和度约为30%[6]，这表明大脑铁缓冲能力是有限的。随着年龄的增长，铁在大脑内逐渐积累，最明显的区域为黑质、硬膜、苍白球、尾状核和皮质。研究表明这些部位铁的过多沉积诱发铁死亡，与中枢神经系统退行性疾病AD、PD密切相关[5-6]。

3.1 铁死亡与AD AD是以进行性认知功能障碍和行为损害为特征的中枢神经退行性疾病，病理表现为大脑皮质区和海马区神经炎性斑（淀粉样蛋白形成）和神经原纤维缠结（微管tau蛋白过度磷酸化）[7]。实验证实铁超载参与AD病理（淀粉样蛋白形成与tau蛋白过磷酸化形成神经原纤维缠结）形成，反过来，AD病理也影响神经元铁代谢[8-10]。神经元铁超载促进 淀粉样蛋白（A肽）的前体—淀粉样前体蛋白（APP）mRNA的翻译，APP生成增多[6]，从而具有神经毒性的A肽生成增多。同时，铁超载可以改变A肽的超微结构，使其神经毒性增加。铁可与tau蛋白结合，诱导其过磷酸化而聚集形成神经元纤维缠结[9-10]。神经元的Fe2+细胞外输出需要tau蛋白的参与[6]，由此可见，AD和神经元铁代谢互相影响。动物试验表明，铁超载与Gpx4BIKO小鼠海马神经元衰退密切相关。Hambright等[11]采用腹腔注射他莫西芬制造AD小鼠模型，通过该模型研究证实铁死亡抑制剂可以改善海马神经元的衰退。

3.2 铁死亡与PD PD是老年人第二大常见的神经退行性疾病，可致运动功能障碍、强直和震颤，病理表现为中脑黑质多巴胺能神经元死亡和路易小体形成（-synuclein是路易小体的主要成分）[5]。研究表明，中脑铁沉积与PD发病密切相关。Ayton等[12]通过对10例维多利亚人PD患者和10例正常人死后脑组织western blot试验发现：铜蓝蛋白（CP）的铁氧化酶活性较正常人降低，沉积铁较正常人增高，而皮质区域PD患者和正常人铁和CP均无明显差异；同时对腹腔注射1-甲基-4苯基-1，2，3，6-四氢吡啶（MPTP）的小鼠PD模型研究发现，外周注射CP后可以减轻神经退行性变和铁沉积。表明PD的发病与中脑黑质铁沉积密切相关。

4 铁沉积、铁死亡与听觉系统

4.1 铁沉积导致感音神经性耳聋 铁在听觉系统的沉积可引起听觉功能的改变。Nadol等[13]对一例死亡6年前行右耳人工耳蜗植入术的浅表性铁质沉着症患者行颞骨病理检查发现：螺旋器和血管纹器官的严重退化和螺旋韧带的严重萎缩，特别是在其与基底膜的连接区域；在退化螺旋韧带和耳蜗骨壁分离的区域和耳蜗核下区有很明显的铁沉积。浅表性铁质沉着症是一种中枢神经系统的慢性疾病，主要表现为含铁血色素沉积于脑膜、室管膜下、大脑半球、脑干、小脑、脊髓和颅神经[14]。临床表现感觉神经性聋占95%，小脑共济失调占88%，锥体征占76%，痴呆占24%，膀胱功能紊乱占24%，嗅觉缺失症占17%[13]。Revesz等[14]发现很多浅表性铁质沉着症患者在出现其他症状之前首先表现双侧感觉神经性聋，并解释第8脑神经易受损的可能机制：含铁血色素较易沉积桥脑池的边缘，第8颅神经穿过桥脑池，并且听神经从桥脑发出支配外周听觉器官的路途较长和易受损所致。

4.2 Fe2+介导的顺铂耳毒性 Fe2+在顺铂耳毒性作用的发挥中起着重要的介导作用。Dehne等[15]在豚鼠耳蜗神经感觉上皮的体外模型中研究化疗药物顺铂耳毒性机制，发现在培养液中加入铁的螯合剂，如DFO等，可以降低顺铂对OHCs的损伤。

4.3 铁超载对血管系统的影响 近期有研究发现，动脉粥样硬化（AS）还与铁超载相关[5,13,16-17]。电子顺磁共振（EPR）[5]证明动脉粥样硬化组织所含的铁是同等健康组织的17倍。对耳蜗神经区Gomori铁染色发现：在髓质毛细血管周围铁染色特别明显[13]。铁可影响巨噬细胞的可塑性，能使M2巨噬细胞转变为M1巨噬细胞，促进AS的进程[16]。Vinchi等[17]将ApoE-/-FPNwt/C326S33月龄小鼠（高血脂和铁超载动物模型）与ApoE-/-3月龄小鼠（高血脂小鼠模型）的整条主动脉通过苏丹染色比较发现，ApoE-/-FPNwt/C326S3小鼠的主动脉病变范围是对照组的3.5倍。

AS是一种慢性炎症性疾病，以斑块形成为特征，斑块内含有大量泡沫细胞，AS与血脂代谢关系紧密毋庸置疑。其病理生理学非常复杂，巨噬细胞在AS发生发展过程中起重要作用，M1巨噬细胞表面表达清道夫受体，将氧化低密度脂蛋白内化，积累脂质，转变为泡沫细胞，是AS的关键步骤；M1巨噬细胞分泌金属蛋白酶水解斑块纤维帽破坏其稳定性，在不稳定AS中起重要作用[16]。相比M1巨噬细胞，M2巨噬细胞吞噬AS斑块内凋亡的泡沫细胞，从而促进组织修复，抑制斑块进一步发展[16]。Hu等[18]在ApoE-/-小鼠（高血脂小鼠模型）的骨髓来源的巨噬细胞（BMDW）培养液里加入柠檬酸铁铵（FAC）后发现巨噬细胞表达白介素-1（IL-1）、IL-23、肿瘤坏死因子-（TNF-）及转化生长因子-（TGF-）等炎症因子增加，并且巨噬细胞向M1巨噬细胞极化使炎症进一步释放。

内耳的血液供给只起于基底动脉一根迷路动脉，内耳供血系统铁沉积可能会影响内耳血供，进而影响内耳的功能。

4.4 铁死亡与老年性耳聋 有研究发现大鼠老年性耳聋与铁死亡紧密相关，Chen等[19]将雄性Sprague-Dawley大鼠皮下注射D-半乳糖作为衰老模型。测定大鼠ABR评估听力水平，发现衰老模型组大鼠随着月龄增加，听力减退较对照组大鼠明显，且衰老大鼠听皮质层在电子显微镜下出现铁死亡细胞形态学改变的超微结构，包括线粒体变小，电子密度增加，线粒体嵴减少或消失。即在听力衰退过程中铁逐渐沉积于听皮质层，出现与铁死亡相关的超微结构改变。随着大鼠月龄的增加，TfR的表达增加，使铁转运入细胞，引起脑细胞铁超载，细胞铁超载又使脂质过氧化物丙二醛含量增加，同时抗氧化剂谷胱甘肽含量下降，最终导致听神经元发生铁死亡。

5 总结

综上所述，铁死亡是一种铁依赖的、以胞内脂质ROS积累为特征的细胞死亡形式。铁死亡和AD、PD等神经退行性疾病密切相关，而老年性耳聋亦是听觉系统发生相应的退行性改变的一种神经退行性疾病。铁在听觉中枢和内耳都可以沉积，铁沉积所致铁死亡可能也参与老年性耳聋的发病。因此，可以深入研究铁死亡在老年性耳聋发病中的作用机制，为老年性耳聋的预防和干预提供其他可能。