中药通过抑制铁死亡防治心肌缺血再灌注损伤研究进展

李 静，陈士萍

（赤峰学院附属医院心内科，内蒙古 赤峰 024005）

急性心肌梗死（acute myocardial infarction，AMI）仍是人类死亡的主要原因［1］。及时恢复血液灌流至缺血心肌仍然是治疗AMI最有效策略，可显著降低发病率和死亡率。然而，在血流恢复和再灌注后，心肌损伤会加重和诱导心肌细胞的凋亡，这一过程称为心肌缺血再灌注（myocardial ischemia/reperfusion，MI/R）损伤［2］。研究显示，氧化应激、铁负荷和脂质过氧化增加等多种因素参与MI/R损伤的发病机制。而最新研究表明，铁死亡（ferroptosis）也参与了这一过程，成为了一个重要的、新发现的发病机制。铁死亡是一种依赖铁离子和活性氧（reactive oxygen species，ROS）诱导脂质过氧化导致的程序性细胞死亡［3］。靶向抑制铁死亡有望成为通过抑制MI/R损伤从而治疗AMI的新手段。本文重点总结中药靶向抑制铁死亡防治MI/R损伤的最新进展。

1 铁死亡参与Ml/R损伤发病机制

铁死亡是不同于细胞凋亡、坏死和自噬程序性细胞死亡方式，是在2012年提出的新概念［3-5］。铁死亡的3个基本特征包括脂质过氧化物清除功能障碍、氧化还原活性铁的存在和含有多不饱和脂肪酸的磷脂的氧化。生物化学上，细胞内谷胱甘肽（glutathione，GSH）的耗尽和谷胱甘肽过氧化物酶4（glutathione peroxidase 4，GPX4）失活，从而不能消除过量产生的脂质过氧化，导致细胞铁死亡［6］。目前铁死亡已被确定为MI/R损伤发病机制中与氧化应激密切相关的一种细胞死亡形式［7］。

多种不同的分子机制和途径已被证明与MI/R损伤病理机制有关，包括铁稳态失调、脂质过氧化或氧化还原稳态失衡，自2012年提出铁依赖性脂质过氧化驱动的细胞死亡即铁死亡概念之后，学者们重新审视铁稳态失调、脂质过氧化或GSH代谢紊乱在MI/R损伤中的作用，从而提出了铁死亡参与MI/R损伤发病机制。

浙江大学医学院王福俤教授团队2019年在全球范围内首次阐明了铁死亡在心脏疾病发生发展中的重要作用［8］。首次揭示抗癌药物多柔比星诱导的心肌病和I/R诱发的心脏损伤中存在新型细胞死亡类型“铁死亡”，阐明了其分子调控机制，并研究发掘5种预防心脏损伤的有效途径，包括铁死亡抑制剂铁抑素1（ferrostatin-1，Fer-1）、铁螯合剂右唑烷（dexrazoxane）、线粒体抗氧化剂MitoTEMPO、血红素加氧酶1特异性抑制剂锌原卟啉和低铁膳食，这一里程碑式重大发现为心肌病及心肌梗死等致死性心脏疾病的防治提供了崭新策略［8］。

1.1 铁代谢稳态失衡

早在1981年，基于临床观察，学者率先提出了“铁源性心脏病”这一重要医学概念［9］。此后一些研究陆续证明了游离铁、氧化应激、脂质过氧化和心肌细胞死亡之间的直接联系。越来越多的证据表明，铁超载与MI/R损伤的病理机制有关［10-11］。早期研究表明，长时间缺血后，高水平的铁被动员到冠状动脉血流中，MI/R损伤大鼠心肌细胞铁水平增加。与野生型小鼠相比，HFE基因敲除遗传性血友病模型小鼠MI/R损伤后，铁沉积、心肌细胞凋亡和ROS水平增加［12］。此外，在MI/R损伤小鼠和患有缺血性心肌病的人类心脏组织样本中观察到线粒体铁水平升高，药物可降低体内线粒体铁水平，防止发生MI/R损伤［13］。

I/R可激活低氧诱导因子1，增加转铁蛋白受体蛋白1（transferrin receptor-1，TfR1）表达，促进铁摄取［14］。I/R模型大鼠心脏中TfR1表达的上调伴随着铁含量增加［15］，说明I/R可引起铁过载。在一些动物模型中，铁螯合剂可改善心收缩功能，增加细胞活力，减轻心脏重塑，并减少MI/R损伤后的梗死面积［10］。最近的研究表明，铁死亡与I/R诱导的心肌细胞损伤有关，靶向抑制铁死亡可防治MI/R损伤［8］。综上所述，铁失调在心肌MI/R损伤中起着有害作用，靶向铁代谢途径可能是控制MI/R损伤铁死亡的有效方法。

1.2 氧化还原稳态失衡

氧化还原稳态维持体内氧化还原反应平衡，是机体健康生理稳定状态的重要组成部分。GSH是主要的细胞抗氧化剂，它是谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸在谷氨酸半胱氨酸连接酶和谷胱甘肽合成酶催化下顺序反应形成的一种重要的细胞内非酶抗氧化剂，是硒蛋白GPX4的主要底物。GPX4是线粒体上游一种重要的抗氧化酶，通过催化还原性GSH转化为氧化性谷胱甘肽（glutathione oxidized，GSSG）来调节铁死亡和氧化应激，从而调控MI/R损伤。研究表明，再灌注大鼠心肌组织中的铁和丙二醛水平逐渐升高，心肌组织中酰基辅酶A合成酶长链家族成员4（acyl coenzyme A synthetase long-chain family member 4，ACSL4）蛋白水平逐渐升高，同时GPX4水平降低［16］。线粒体中特异性过度表达的GPX4可减轻MI/R损伤中的心脏功能障碍［17］。敲除GPX4导致线粒体形态破坏和线粒体ROS生成增加［18］。铁死亡抑制剂利普罗他汀1（liproxstatin-1，Lip-1）通过增加GPX4水平，从而降低ROS水平、抑制铁死亡，减轻MI/R损伤［19］。I/R小鼠心肌前列腺素内过氧化物合酶2（prostaglandin-endoperoxide synthase 2，PTGS2）表达水平显著升高，铁死亡抑制剂Fer-1或铁螯合剂右唑烷预处理能够减少心肌梗死面积［8］。铁死亡抑制剂Lip-1治疗减少I/R小鼠心肌梗死面积。这些研究结果都指向在MI/R损伤中，增加心肌GPX4表达可以抑制铁死亡，并减轻MI/R损伤病理改变。

1.3 脂质过氧化途径增强

铁死亡是一种脂质过氧化导致的细胞死亡形式。MI/R损伤过程中，氧化应激来源主要包括线粒体、烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH）氧化酶、黄嘌呤氧化酶和一氧化氮合酶等［20］。MI/R损伤心肌组织中ROS水平显著升高，同时伴随GSH水平升高，脂质过氧化和铁积累减少，表明ROS在MI/R损伤铁死亡中起着重要作用。再灌注后产生大量ROS［21］，导致心肌进一步的损伤［22］。有研究表明，NAD依赖性蛋白脱乙酰化酶sirtuin1（NAD-dependent protein deacetylase sirtuin-1，SIRT1）/P53/溶质载体家族7成员11（solute carrier family 7 number 11，SLC7A11）通路激活抑制ROS产生，进而减弱MI/R损伤［23］。在I/R早期，铁蛋白降解释放铁并促进铁介导的芬顿反应，导致与MI/R损伤相关的氧化损伤和心功能丧失。在I/R模型中，抑制谷氨酰胺分解能够减少I/R引起的心肌损伤［24］。铁死亡也与糖尿病MI/R损伤有关。糖尿病心肌损伤期间出现铁沉积和ROS过度生成，铁死亡通过内质网应激途径参与糖尿病MI/R损伤，而铁死亡抑制剂Fer-1可减少糖尿病相关心肌I/R期间大鼠心肌损伤和H9c2细胞的细胞损伤，为糖尿病患者的心肌缺血提供治疗策略［25］。这些研究表明，铁死亡在心肌MI/R损伤中起关键作用。

综上所述，铁死亡参与MI/R损伤的发病机制，影响MI/R损伤的进展，因此，抑制铁死亡可能成为防治MI/R损伤的潜在治疗靶点。

2 中药靶向抑制铁死亡与治疗Ml/R损伤

最近研究表明，阻断铁死亡可降低MI/R损伤的严重程度，并发现铁死亡抑制剂可有效修复I/R诱导的心肌细胞损伤［24］。Fer-1和铁螯合物也能改善小鼠急性和慢性I/R引起的心力衰竭，表明靶向抑制铁死亡是防治MI/R损伤有效的保护策略［8］。如铁螯

合剂干预也显示出有效的保护作用，阻止铁死亡过程。右唑烷作为线粒体渗透性金属螯合剂，可以减少ROS产生，恢复离体大鼠心肌I/R后的血流动力学［26］。此外，右唑烷保护小鼠免受多柔比星诱导的铁死亡，减少I/R导致的致死性心脏梗死面积，改善心肌功能，充分表明调控铁死亡有望成为治疗MI/R损伤的靶点［8］。而我国传统中药在这方面进行了系列的研究，显示出得天独厚的优势。以下就靶向抑制铁死亡的中药在体内外I/R模型中抑制铁死亡减弱MI/R损伤的最新进展（表1）进行综述，以期对研究者们起到概览和启发的作用。

表1 靶向铁死亡抑制心肌缺血再灌注损伤中药单体化合物及作用机制

2.1 白藜芦醇

白藜芦醇（resveratrol）是一种非黄酮类多酚有机化合物，具有抗氧化、抗炎、抗癌和心血管保护等作用。在氧糖剥夺复氧（oxygen glucose deprivation/reoxygenation，OGD/R）诱导的H9c2细胞I/R模型中，白藜芦醇可对抗氧化应激损伤，降低Fe2+含量，并通过上调铁蛋白重链1（ferritin heavy chain 1，FTH1）和GPX4抑制OGD/R导致的细胞铁死亡。在糖尿病大鼠心肌I/R模型中，I/R激活泛素特异性蛋白酶19（ubiquitin-specific protease 19，USP19）和卷曲螺旋肌球蛋白样BCL2结合蛋白（coiled-coil myosin-like BCL2-interacting protein，Beclin1），进而介导铁死亡发生，而白藜芦醇能够通过下调USP19/Beclin1、上调GPX4和FTH1，从而抑制铁死亡，减弱心肌细胞I/R损伤［27］。表明白藜芦醇通过减少氧化应激和减轻铁死亡保护MI/R损伤，提示其可能是预防MI/R损伤的潜在药物。

2.2 黄芩苷

黄芩苷（baicalin）是一种天然黄酮苷，对MI/R损伤具有保护作用，然而其机制尚未完全阐明。心肌I/R模型大鼠和OGD/R处理的H9c2细胞研究结果显示，黄芩苷能够改善MI/R损伤继发引起的大鼠心电图ST段抬高及冠状动脉流量、左室收缩压、梗死面积和病理的变化，并抑制OGD/R诱导的H9c2细胞存活率降低；且体内、外模型中的脂质过氧化增强、铁显著过载、TfR1的激活和核受体辅激活因子4介导的铁自噬增强可通过黄芩苷的治疗逆转；此外，ACSL4的过度表达减弱黄芩苷对H9c2细胞的保护作用［28］。这些研究结果表明，黄芩苷是通过抑制ACSL4控制铁死亡，预防MI/R损伤，为预防MI/R损伤提供了新的潜在靶点。

2.3 矢车菊素-3-O-葡萄糖苷

矢车菊素-3-O-葡萄糖苷（cyanidin-3-O-glucoside，C3G）属花色苷类，是广泛分布在植物中的黄酮类化学物质，主要存在于黑米、黑豆和紫薯等植物中。桑椹花青素在食品和保健品领域均有广泛应用，C3G是桑葚花青素的主要成分之一。花色苷有诸多疗效，如抗氧化、抗动脉粥样硬化、抗胰岛素抵抗和调节血脂等，其中C3G是其主要活性成分。心肌I/R大鼠模型中，C3G可减少心肌梗死面积，减轻病理改变，抑制ST段抬高，减轻氧化应激和铁死亡相关蛋白表达；C3G还可以抑制USP19，Beclin1，核受体辅激活因子4和微管相关蛋白轻链3Ⅱ（microtubule-associated protein 1 light chain 3Ⅱ，LC3Ⅱ）/LC3Ⅰ的表达。此外，在OGD/R诱导的H9c2细胞中，C3G可减轻氧化应激、下调LC3Ⅱ/LC3Ⅰ、减少自噬体数量、下调TfR1表达，上调FTH1和GPX4的表达，C3G促进Beclin1的K11连接泛素化［29］。综上所述，C3G在体内外能够通过抑制铁死亡从而减少MI/R损伤。

2.4 柚皮素

柚皮素（naringenin）是一种天然黄酮类化合物，具有抗菌、抗炎、清除自由基、抗氧化、抗癌抗肿瘤和抗粥样动脉硬化等作用。研究显示，柚皮素对MI/R损伤铁死亡具有抑制作用。其可通过减轻I/R诱导的大鼠心肌组织病理损伤、炎症和脂质过氧化发挥心肌保护作用；通过上调核因子红细胞系列化相关因子2（nuclear factor erythroid 2-related factor 2，Nrf2），SLC7A11，GPX4，FTH1和铁泵蛋白1，下调NOX1 NADPH氧化酶，激活Nrf2/SLC7A11/GPX4轴抑制铁死亡；在细胞水平上，铁死亡诱导剂爱拉斯汀（erastin）能抵抗柚皮素对I/R诱导的H9c2心肌细胞的保护作用［30］。

2.5 醋酸棉酚

醋酸棉酚（gossypol acetic acid，GAA）是一种从棉花种子中提取的天然产物，可以抑制氧化应激损伤。研究显示，在OGD/R介导的H9c2细胞中GAA可通过抑制铁死亡减弱MI/R损伤；在铁死亡诱导剂爱拉斯汀、RSL3和Fe-SP处理H9c2细胞和大鼠心肌细胞中，GAA可通过减少丙二醛、ROS的产生和螯合铁含量及下调Ptgs2mRNA水平，保护H9c2细胞免受铁死亡诱导剂引起的细胞铁死亡；GAA可预防OGD/R诱导的心肌细胞死亡和脂质过氧化；在离体大鼠心脏中，GAA可显著减轻心肌梗死面积，减少脂质过氧化，降低铁死亡标志物PTGS2和ACSL4mRNA水平，降低ACSL4和Nrf2蛋白水平，并上调GPX4蛋白水平［31］。综上所述，GAA可能在铁死亡诱导的心肌细胞死亡和MI/R损伤的铁死亡中发挥细胞保护作用。

2.6 其他中药

更多中药研究结果表明，一些其他中药也具有抑制铁死亡，减轻MI/R损伤的作用，如厚朴酚（honokiol）［32］、栀子苷（geniposide）［33］、木犀草素（luteolin）［34］和芸香苷（butin）［35］等均可在糖尿病心肌I/R动物和细胞模型中抑制铁死亡，减轻MI/R损伤。阿魏酸（ferulic acid）通过下调PTGS2、上调GPX4，降低铁死亡从而减轻MI/R损伤［36］。靶向抑制铁死亡成为治疗MI/R损伤的潜在新靶点。

3 结语

纵观既往研究，尽管铁死亡可通过多种机制参与MI/R损伤的发病，并发现一些中药通过靶向抑制铁死亡对MI/R损伤具有治疗作用。但目前仍有一些局限性极待解决：①脂质过氧化调节铁死亡参与心肌重构的信号通路的确切下游分子目前不清楚；②铁死亡激活MI/R损伤系统炎症反应的潜在机制需进一步深入探讨；③触发铁死亡的详细分子机制仍然存在一些空白，如脂质氧化的下游效应分子尚未明确，并且引发铁死亡应达到的铁浓度和活性氧水平仍然未知；④目前尚缺乏靶向抑制铁死亡治疗MI/R损伤的合理的临床试验；⑤铁和氨基酸的代谢贯穿于铁死亡的整个过程，但这些物质广泛存在，需进一步探讨明确其在铁死亡过程中的详细作用，并进行具体干预；⑥开展临床研究，验证实验室研究。总之，部分中药靶向铁死亡在治疗MI/R损伤中已经显示出良好的效应，但其他具有抗氧化的中药是否能够抑制MI/R损伤仍值得深入探索研究，也是未来重要的研究方向。