天然产物调控与干预铁死亡的研究进展

任 煜，刘婷婷，祝凌丽，张达志，祁冰洁，刘慧娟

（安庆医药高等专科学校，安徽 安庆 246052）

细胞死亡的过程对机体生存与发展具有非常重要意义。以前认为细胞死亡主要是两种形式，包括细胞程序性死亡形式与非程序性死亡形式，凋亡、焦亡、自噬等属于细胞程序性死亡形式[1]。但是近年来学者们又发现了一种新的程序性死亡，即铁死亡，且越来越多的研究表明铁死亡与神经系统疾病、心血管疾病、泌尿系统疾病、内分泌系统疾病、肿瘤等多种疾病的发生发展密切相关，为临床疾病的治疗提供了新的思路和方法。2012年Dixon等[2]首次提出铁死亡的概念，铁死亡是铁依赖性的细胞死亡模式，主要特征是致死脂质活性氧（ROS）累积以及脂质过氧化物增多。铁死亡的实质是细胞内脂质氧化代谢发生障碍，在铁离子作用下代谢发生异常，当细胞抗氧能力减弱，活性氧堆积，使细胞内氧化还原失衡，诱导细胞死亡。铁死亡细胞的超微形态学特征显示为线粒体变小、膜密度增加，嵴减少或消失以及膜皱缩和外膜破裂。中国拥有丰富的天然产物资源。天然产物具有高效、低毒、多靶点、多通路等优势，学者们通过临床研究发现天然产物干预铁死亡具有一定疗效和应用价值，因此，将天然产物在多种疾病中调控与干预铁死亡进行综述，挖掘天然产物以铁死亡机制为靶点治疗相关疾病，为探索研究相关疾病新疗法提供理论依据。

1 天然产物调控干预铁死亡治疗相关疾病

1.1 天然产物调控与干预肿瘤细胞铁死亡 隐丹参酮是一种从丹参酮中分离得出的天然物质。Jin-Li Liu等[3]探讨隐丹参酮对人肝癌HepG2细胞铁死亡的影响，他们在体外培养HepG2细胞，发现隐丹参酮对HepG2细胞的细胞活力具有显著的抑制作用，并且导致细胞形态发生改变和死亡，隐丹参酮可显著诱导HepG2细胞活性氧（ROS）积累，降低谷胱甘肽（GSH）水平，下调胱氨酸/谷氨酸反向运输溶质载体家族7成员11（SLC7A11）和谷胱甘肽过氧化物酶4（GPX4）的表达，用铁死亡抑制剂Fer-1、去铁铵（DFO）和N-乙酰半胱氨酸（NAC）可以逆转隐丹参酮引起的HepG2细胞活力下降的现象，铁死亡抑制剂Fer-1对隐丹参酮诱导的ROS积累具有抑制作用，使GSH水平上调同时上调SLC7A11和GPX4的表达，表明隐丹参酮可通过抑制SLC7A11和GPX4的表达增加ROS的积累，诱导HepG2细胞铁死亡。齐墩果酸可显著减少宫颈癌Hela细胞的活力和增殖能力，也增加了宫颈癌Hela细胞氧化应激水平和Fe2+含量，并增加铁死亡相关蛋白的表达[4]。使用siRNA干扰宫颈癌细胞中长链脂酰辅酶A合成酶4（ACSL4），可降低齐墩果酸细胞活力和增殖能力，表明齐墩果酸可通过调节ACSL4 铁死亡信号通路抑制宫颈癌Hela细胞增殖。双氢青蒿素（DHA）在神经胶质瘤细胞中会引起内质网应激，导致蛋白激酶R样ER激酶（PERK）、激录因子4(ATF4)诱导热休克蛋白家族HSPA5表达上调，引起ROS的产生和脂质过氧化，诱导神经胶质瘤细胞铁死亡[5]。姜黄素是一种众所周知的癌症抑制剂，可通过诱导铁死亡来抑制乳腺癌细胞的活力，血红素加氧酶-1（HO-1）促进了姜黄素诱导的铁死亡[6]。穿心莲具有抗癌作用同时具有化学增敏作用，在结直肠癌中，能增加5-氟尿嘧啶（5FU）在人结肠癌HCT116细胞和人结肠癌SW480细胞中的疗效并且呈剂量依赖性，能激活铁死亡和抑制β-连环蛋白/Wnt信号通路产生抗癌作用[7]。中华猕猴桃属植物猕猴桃，已被批准为临床广泛使用的抗肿瘤药物[8]。中华猕猴桃含有两种主要的抗肿瘤成分，熊果酸和齐墩果酸。中华猕猴桃可显著降低波形蛋白（Vimentin蛋白）、重组人Snail蛋白的表达水平，并且中华猕猴桃降低谷胱甘肽过氧化物酶4 （GPx4）和SLC7A11蛋白的表达水平，增加ROS的积累。铁死亡抑制剂Ferrostatin-1 （Fer-1）能够逆转这些指标，说明中华猕猴桃能抑制铁死亡抑制胃癌的增殖和迁移。没食子酸有抑制铁死亡产生抗肿瘤作用[9]。丹参酮IIA通过p53介导的SLC7A11下调诱导胃癌细胞铁死亡[10]。银杏叶衍生物银杏素与顺铂协同增加晚期非靶向性非小细胞肺癌NSCLC细胞的细胞毒性，增加其脂质过氧化，使SLC7A11和GPX4的表达下调以及GSH/GSSG 比值的降低，银杏素可介导转录因子NF-E2相关因子2/血红素加氧酶-1（Nrf2/HO-1）轴激活晚期非靶向性非小细胞肺癌铁死亡，增强顺铂对EGFR野生型非小细胞肺癌的治疗效果[11]。鸢尾素可提高铁死亡诱导剂Erastin诱导的游离铁水平、减少脂质ROS水平以及增加谷胱甘肽耗竭，通过激活胰腺癌的铁死亡进行癌症的治疗[12]。二氢丹参酮I (DHI)可降低人神经胶质瘤细胞的细胞活力，使铁死亡抑制剂Fer-1在人神经胶质瘤细胞中阻断DHI的诱导作用，通过诱导铁死亡抑制人神经胶质瘤细胞的增殖[13]。

1.2 天然产物调控与干预铁死亡治疗神经系统疾病天麻素（GAS）是天麻中的主要的天然物质，Ting Jiang等[14]探讨天麻素对小鼠海马神经元（HT-22）细胞中谷氨酸诱导的神经毒性的保护作用。研究表明，天麻素通过Nrf2/HO-1信号通路抑制谷氨酸诱导的铁死亡。他们用天麻素预处理HT-22细胞，发现能显著减少谷氨酸诱导的细胞死亡和LDH的释放，Fer-1和去铁铵（DFO）可逆转上述结果，天麻素减少HT-22细胞中谷氨酸处理的ROS含量和铁离子的浓度，天麻素还会增加Nrf2的核转位，说明天麻素主要是通过Nrf2/HO-1信号通路的新机制保护HT-22细胞免受谷氨酸诱导的铁死亡。虎杖苷是从何首乌根茎中提取的单晶化合物，可降低创伤性脑损伤后铁死亡信号分子 GPX4、SLC7A11、前列腺素内过氧化物合酶（PTGS2）和 大鼠ATP合酶脂结合蛋白（ATP5G3）mRNA水平，同时虎杖苷在体内外均能完全提高创伤性脑损伤GPx4活性，其作用强于体外经典铁死亡抑制剂FER-1，虎杖苷可通过抑制铁死亡对创伤性脑损伤的神经产生保护作用[15]。高良姜素可保护沙鼠脑缺血再灌注（I/R）损伤，沙鼠双侧颈总动脉结扎建立脑缺血模型，在Morris水迷宫（MWM）测试中，高良姜素治疗后能改善脑缺血再灌注I/R损伤后沙鼠在学习和记忆方面表现，降低脑缺血再灌注沙鼠大脑中脂质过氧化物的水平，上调SLC7A11和谷胱甘肽过氧化物酶4（GPX4）的表达，当SLC7A11基因敲除后，高良姜素的作用被减弱[16]。表明高良姜素可以通过增强SLC7A11和GPX4的表达来抑制铁死亡，并减少神经元细胞死亡。脑出血（ICH）是一种破坏性的中风亚型，发病率和死亡率较高。丹皮酚可通过抑制ACSL4显著抑制氯化血红素处理的神经元细胞铁死亡，丹皮酚通过介导HOTAIR/UPF1/ACSL4 轴抑制铁死亡治疗脑出血[17]。异钩藤碱（IRN）是中药钩藤的一种天然成分，具有很强的抗氧化活性。异钩藤碱可降低铁死亡和脂质ROS水平，上调miR-122-5p和SLC7A11 mRNA的表达，抑制TP53的表达，异钩藤碱通过miR-122-5p/TP53/SLC7A11通路抑制铁死亡保护脑出血引起的神经损伤[18]。

1.3 天然产物调控与干预铁死亡治疗心血管系统疾病 黄芩苷是一种天然黄酮苷，可保护心肌缺血/再灌注（I/R） 损伤，Zhenyu Fan等[19]使用心肌缺血/再灌注 （I/R）大鼠模型和氧-葡萄糖缺氧/复氧 （OGD/R）H9c2细胞阐明铁死亡在黄芩素对心肌缺血/再灌注（I/R） 损伤的保护作用，发现黄芩苷改善心肌缺血/再灌注（I/R）诱导的ST段抬高、冠状动脉血流（CF）、左心室收缩压、梗死面积和病理变化，同时黄芩苷降低ACSL4的过表达，对损害H9C2细胞产生保护作用，说明黄芩苷通过抑制ACSL4介导的铁死亡预防心肌缺血/再灌注损伤。心血管疾病的终末阶段是心力衰竭（HF），其特征是由细胞死亡引起的心肌细胞损失。葛根素[20]可降低脉束带诱导心力衰竭大鼠的铁水平和脂质过氧化，增强细胞活力，葛根素通过减轻铁死亡来预防压力超负荷引起的心力衰竭。麦冬皂苷D可显著影响心肌细胞铁死亡相关蛋白的表达，增加细胞Fe2+水平、ROS水平，减低GSH含量，麦冬皂苷D可抑制铁死亡对大鼠心肌细胞产生保护作用[21]。

1.4 天然产物调控与干预铁死亡治疗泌尿系统疾病仙茅苷（Curculigoside, CUR）是仙茅的天然成分，有研究[22]表明，溃疡性结肠炎小鼠会诱导铁死亡,仙茅苷治疗显著逆转溃疡性结肠炎小鼠中铁死亡特征，仙茅苷也上调小肠上皮细胞IEC-6细胞中的GPX4转录水平。GPX4的基因敲除后显著减少仙茅苷对铁死亡IEC-6 细胞中细胞死亡、GSH 和丙二醛（MDA）含量以及乳酸脱氢酶（LDH）活性的保护作用，说明仙茅苷通过诱导GPX4来防止溃疡性结肠炎中的铁死亡。茯苓多糖（Pachymic acid,PA）是一种来自茯苓的羊毛甾烷型三萜类化合物，对小鼠进行双侧肾蒂夹闭40 min建立肾缺血再灌注损伤的模型，茯苓多糖处理后能增加小鼠铁死亡相关蛋白GPX4的蛋白质的水平和mRNA表达水平，上调SLC7A11和HO-1水平，并增加核因子类红细胞衍生2样2（NRF2）信号通路成员的表达水平。表明茯苓多糖抑制肾脏铁死亡对小鼠缺血再灌注诱导的急性肾损伤具有保护作用[23]。姜黄素是一种强大抗氧化剂，对肾脏具有一定的保护性，姜黄素治疗可改善小鼠横纹肌溶解诱导导致的血清肌酐水平增加，在姜黄素干预后，可上调小鼠内皮损伤、炎症趋化因子和细胞因子表达、改变氧化还原平衡，使脂质过氧化增加和抗氧化防御降低，降低肾小管细胞死亡，姜黄素可通过抑制铁死亡来减少与横纹肌溶解相关的肾损伤[24]。

1.5 天然产物调控与干预铁死亡治疗内脏系统疾病银杏内酯B（GB）是银杏叶提取物的主要成分，Yuwei Yang等[25]探讨GB抑制铁死亡对高脂饮食所致非酒精性脂肪肝患者的减毒作用，他们给高脂肪饮食GB诱导的ApoE -/-小鼠灌胃GB并且用棕榈酸和油酸（PA/OA）诱导的HepG2细胞分别用GB处理，分析铁死亡相关蛋白的表达水平，包括核因子红细胞 2（Nrf2）、HO-1 、GPX4、转铁蛋白受体-1（TFR1） 以及铁蛋白重链-1 （FTH1）等，分析GB对Nrf2通路的影响，研究发现高脂肪饮食喂养的小鼠和PA/OA诱导的HepG2细胞都出现了铁超载，TFR1上调和 FTH1下调、脂质过氧化和Nrf2 活性抑制的现象，同时Nrf2干扰后，GB处理上调Nrf2的表达，说明GB抑制铁死亡对脂质积累和氧化应激引起的非酒精性脂肪肝（NAFLD）产生保护作用，这个作用可能与Nrf2信号通路有关。甘草甜素可导致L02细胞和肝组织中HMGB1蛋白水平显著升高[26]。NRF2、HO-1和GPX4的表达显著降低，LDH、Fe2+、丙二醛（MDA）和ROS水平升高，GSH水平降低，甘草甜素能抑制氧化应激导致铁死亡对急性肝功能衰竭产生保护作用。大黄酚是掌上大黄根茎中分离出来的天然成分，大黄酚可改善乙型肝炎病毒X蛋白诱导的肝星状细胞纤维化，改善肝星状细胞纤维化主要通过调节内质网应激和铁死亡来实现的[27]。

1.6 天然产物调控与干预铁死亡治疗内分泌系统疾病 槲皮素（3,3',4',5,7-五羟基黄酮）是植物界中分布最广泛的黄酮类化合物之一，Dan Li等[28]在小鼠腹腔注射低剂量的链脲佐菌素（STZ）建立2型糖尿病（T2DM）小鼠模型，并且用槲皮素干预4个月，发现槲皮素降低了T2DM小鼠胰岛中的铁水平，通过减少GSH消耗，上调GPX4，改善2型糖尿病诱导的氧化应激反应，保护胰岛β细胞。槲皮素可通过抑制胰腺铁沉积和胰岛β细胞铁死亡对2型糖尿病具有治疗作用。桑叶提取物主要活性成分隐绿原酸，可改善糖尿病模型血糖水平、铁含量、脂质过氧化物的积累和胰岛损伤，隐绿原酸通过激活胱氨酸/谷氨酸转运蛋白系统（XC-）/GPX4/Nrf2来抑制铁死亡，并在糖尿病中抑制核受体辅激活因子4（NCOA4），隐绿原酸可通过抑制铁死亡具有良好的抗糖尿病作用[29]。番泻叶苷A可明显改善氧化应激反应，下调Nrf2、重组人血红素氧合酶-1（HMOX-1）、PTGS2的表达，上调GPX4的表达，番泻叶苷A通过抑制Nrf2/HMOX-1信号通路抑制铁死亡治疗糖尿病肾病[30]。

2 展望

铁死亡作为目前新发现的一种细胞死亡方式，其机制和应用研究正处于快速发展时期。很多学者对铁死亡研究有了开创性的发现。从机制来看，铁死亡主要是铁的参与、脂质过氧化物的产生以及ROS的积累。GPX4是铁死亡的核心分子，近期发现FSP1、Nrf2、HO-1、TFR1、FTH1这些因子也参与铁死亡，随着研究的深入，会有更多参与铁死亡的因子被发现。围绕这些因子进一步研究铁死亡的机制，为临床应用提供更多可能的治疗靶点，针对这些靶点有望开发新的药物和新的治疗方法。

综上所述，铁死亡作为新型的铁依赖性的细胞死亡方式与很多疾病有着密切的关系，是备受关注的一种细胞死亡方式。天然产物现在在临床上应用的也越来越广泛，但是如何应用天然产物调控与干预铁死亡治疗疾病还在探索阶段，深入挖掘天然产物与铁死亡关系的相关研究很少，具体发生的机制也有待进一步明确，但是随着铁死亡研究以及天然产物研究的逐渐深入，针对调控与干预铁死亡的天然产物的研究将具有很好的前景，为提升天然药物的疗效提供参考。