针刺改善缺血再灌注心肌铁死亡的研究现状与展望*

李思静，刘彩娇，任玉兰

（成都中医药大学针灸推拿学院，四川成都 610075）

急性心肌梗死发生后由于冠状动脉持续缺血缺氧引起心肌血供不足，最终导致心肌细胞死亡[1]。快速恢复阻塞动脉的血液灌流是其治疗的关键，但大量研究表明开通再灌注后，原缺血心肌反而受到更重的损伤，即心肌缺血再灌注损伤（Myocardial ischemia reperfusion injury,MIRI）。因此改善MIRI对于挽救缺血心肌，减轻心脏损伤至关重要。铁死亡是近年来新发现的一种由脂质过氧化产物和铁代谢产生的活性氧积累引起的细胞程序性死亡，有别于目前已发现的细胞死亡方式，有其独特的生物学过程和病理生理学特征[2]。多项研究[3,4]表明，铁死亡与MIRI的发生密切相关，减少或抑制铁死亡的发生可有效减轻心肌损伤。

近年多项研究[5-7]发现，针刺能有效抑制细胞死亡，改善心肌缺血症状，保护受损心肌，但其对于铁死亡的作用机制尚不明确。故笔者查阅了国内外关于针刺调控铁死亡以及改善MIRI的研究文献并对其进行归纳总结，以期为针刺改善MIRI提供新的思路与方向。

1 铁死亡的主要作用机制

1.1 铁代谢

铁死亡是一种由过量铁介导的细胞程序性死亡，维持铁稳态是细胞得以生存的重要条件，故铁代谢在铁死亡中扮演关键角色。铁代谢中的多个调节因子参与了铁死亡的过程。三价铁离子通过与转体蛋白受体1（Transferrin receptor 1,TFR1）结合进入细胞内，然后在前列腺跨膜上皮3抗原抗体（Six-transmembrane epithelial antigen of the prostate 3,STEAP3）的作用下被还原为二价铁，最后通过二价金属转运蛋白1（Divalent metal trans-porter 1,DMT1）释放到细胞质。多余的铁则储存在铁蛋白中，而铁蛋白是由轻链铁蛋白和重链铁蛋白组成的球形异质聚合物，通过储存细胞外铁在铁代谢中发挥重要作用[8]。一旦铁的吸收、利用和再循环之间的平衡被破坏，游离铁离子大量积聚并在过氧化氢的催化下发生芬顿反应，形成过量脂质活性氧（Reactive oxygen species,ROS）和脂质过氧化物，最终导致铁死亡[9]。研究发现沉默TfR1基因可以减轻由铁死亡诱导剂erastin引起的铁死亡[10]，敲除DMT1同样也可阻断铁死亡的发生[11]。此外，研究[12]表明铁螯合剂去铁胺DFO可与铁离子结合抑制细胞内铁超载引起的铁死亡，提示铁代谢的失常与铁死亡有着密切联系。

1.2 脂质过氧化

脂质过氧化物的累积是铁死亡的主要特征。过量的脂质过氧化物会降解为反应性有毒醛或羟基脂肪酸，如丙二醛（Malondialdehyde,MDA）和4-羟基壬烯醛（4-Hydroxynonenal,4-HNE)，引发细胞死亡的级联反应[13]。故MDA和4-HNE为检测铁死亡和脂质过氧化的重要分子标记物。过量的ROS与组成细胞膜的多不饱和脂肪酸（Polyunsaturated fatty acids,PUFAs）发生反应，诱导脂质过氧化[14]。PUFAs是铁死亡中最易受氧化的脂类，它的浓度决定了细胞脂质过氧化和铁死亡的严重程度，但其必须在酯化后以磷脂的形式存在于细胞膜上，并经过氧化才能转化为铁死亡的关键信号[15]。脂氧合酶（Lipoxidase lipoxygenase,LOX）是参与PUFAs代谢的关键酶类，可将PUFAs转变为有生物活性的代谢产物。在病理情况下，过量铁激活LOX导致PUFAs发生脂质过氧化形成脂质过氧化物，直接破坏细胞结构和功能引发铁死亡形态学改变。而长链脂酰辅 酶A合 成 酶4（Acyl-CoA synthetase long-chain family member 4,ACSL4）和溶血卵磷脂酰基转移酶3(Lysophosphatidylcholine acyltransferase 3,LPCAT3)均参与细胞膜上PUFAs的生物合成和重塑[16,17]，研究[18,19]显示敲除ACSL4和LPCAT3的细胞对铁死亡的抵御力明显增加。

1.3 谷胱甘肽和氨基酸的代谢

谷胱甘肽（Gonad-stimulating hormone,GSH）是对抗氧化应激反应的关键抗氧化剂，GSH的缺失可通过增加脂质ROS导致铁死亡[20]。胱氨酸/谷氨酸逆转运体(system XC-)是体内重要的跨膜氨基酸转运体，可使细胞内外的谷氨酸和半胱氨酸以1：1的比例通过细胞膜进行交换，维持细胞内外的氨基酸平衡并参与谷胱甘肽（GSH）的合成。谷胱甘肽过氧化物酶（Glutathione peroxidase 4,GPX4）是其中一种重要的抗氧化酶，它以GSH为底物将胞内带有毒性的脂质过氧化物还原为相对应的醇，防止脂质过氧化物集聚，抑制铁死亡发生，是重要的细胞内脂质过氧化物清除剂[21]。因此，GPX4清除过氧化物能力不足和/或脂质过氧化反应过强均可造成脂质过氧化物集聚，最终诱发细胞死亡。研究[22]表明，沉默GPX4导致大鼠体内GSH含量降低，脂质过氧化产物增加，加重铁死亡。

在生理状况下，高浓度的细胞外谷氨酸会抑制systemXc-的活性并阻止半胱氨酸的摄取，故可将谷氨酸视为铁死亡的诱导剂[23]。人的组织和血液中存在含量丰富的谷氨酰胺，其可在谷氨酰胺酶GLS1和GLS2的催化下转化为谷氨酸。谷氨酰胺参与GSH的合成，其分解产物α-酮戊二酸可诱导ROS积聚加重铁死亡[13,24]。

2 铁死亡与MIRI的联系

研究表明，MIRI发生时，冠状动脉供血不能满足心肌需要，使心肌细胞代谢障碍，引起心肌细胞死亡，从而导致心脏结构和功能的改变。铁死亡是一种铁依赖性和细胞活性氧诱导的细胞程序性死亡，其存在于心肌缺血再灌注过程中，并进一步加重MIRI[25,26]。一项临床研究[27]的核磁共振图像显示行经皮冠状动脉介入术后的ST段抬高型心肌梗死患者梗死区铁含量升高，并指出梗死区残余的心肌铁是影响心肌梗死后心肌重塑的关键。在动物研究[28]中也观察到了类似现象，MIRI出现后铁蛋白沿心肌瘢痕区积聚。研究发现铁死亡激动剂erastin可抑制胱氨酸摄取及GSH合成，导致细胞氧化还原稳态失调，引起细胞死亡，而铁死亡抑制剂Ferrostatin-1可降低线粒体内ROS的产生，上调GPX4表达，减少铁死亡和心肌损伤并有效改善MIRI[29,30]。研究[31]表明减少与GSH生成相关的谷氨酰胺分解也可有效抑制铁死亡减轻再灌注带来的心肌损伤，而当GPX4表达被下调时，脂质过氧化产物增多并进一步加重MIRI[32]。故铁死亡与MIRI的发生发展有着密切联系，抑制铁死亡可以有效改善MIRI。

3 针刺抑制铁死亡减轻MIRI的作用机制

古今临床实践表明，针刺治疗冠心病疗效确切。如《灵枢》道“厥心痛，痛如以锥刺其心，心痛甚者，脾心痛也。取之然骨、太溪；厥心痛，色苍苍如死状，终日不得太息，肝心痛也。取之行间、太冲”；临床研究[33,34]结果表明，针刺可减轻MIRI、缓解临床疼痛症状，提高患者生活质量。系列实验研究[5,35,36]表明针刺能够改善MIRI后心功能及心肌细胞活性，降低心肌梗死面积，从而保护受损心肌，但针刺减轻MIRI的作用机制尚未被完全阐释。研究发现[37]电针干预能有效降低大鼠心肌内丙二醛含量，增强谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)的活性，提示针刺可通过调节脂质过氧化抑制铁死亡的发生进而保护心肌细胞。有研究[35]表明电针可直接降低ROS参与调控铁代谢，显著改善心肌细胞活性，降低梗死面积。雷帕霉素靶蛋白（mTOR）通过影响TfR1稳定性和改变细胞内铁含量来调节铁代谢，使心肌细胞免于铁超载和铁死亡[28]，研究指出[36]针刺可有效降低心肌细胞内mTOR水平保护心肌细胞。核因子E2相关因子2（Nrf2）能靶向调节多个铁死亡级联基因，在维持细胞氧化还原稳态时，也可调控铁和血红素代谢、脂质代谢等代谢途径，以减轻铁死亡[38-40]。既往研究[41,42]发现针刺可上调MIRI大鼠的Nrf2的表达，提示针刺或可通过上调Nrf2表达水平参与细胞内GSH和氨基酸的代谢，以抑制心肌缺血再灌注中的铁死亡的发生。故通过针刺调控铁死亡通路上多个关键靶点，抑制铁死亡的发生，从而减轻MIRI，或为改善MIRI提供新的科学依据及方向。

4 小结与展望

综上所述，铁死亡与MIRI的发生及发展关系密切，抑制铁死亡的发生可有效改善MIRI，为MIRI提供了潜在的治疗策略。多项研究表明针刺可通过调控Nrf2、GPX4、mTOR等多个靶点，参与铁和脂质代谢以及脂质过氧化等多条途径从而改善MIRI，故以铁死亡为切入点研究针刺改善MIRI的作用与机制具有可行性。目前的针刺研究大多只是单独探索其对铁死亡通路上某个关键靶点的影响，没有深入挖掘与铁死亡相关的作用机制，针刺通过铁死亡改善MIRI的机制研究尚处于起步阶段。研究[25]表明，铁死亡主要发生在心肌缺血再灌注阶段，而非缺血阶段。针刺预处理与后处理均可有效改善MIRI[5,43]，但目前还尚未有研究探讨针刺改善MIRI中铁死亡的最佳时间窗是开通再灌注前还是开通再灌注后。而早在《黄帝内经》时期，便提出了“治未病”的概念，针刺预处理能否在MIRI发生前预防铁死亡的发生从而保护受损心肌，这些或成为未来可能的研究方向。而目前大量研究已经表明，针刺对MIRI中心肌细胞自噬、凋亡、焦亡等多种细胞死亡均有治疗效果，因此通过针刺联合治疗不同类型的细胞死亡或是针刺改善MIRI的关键所在。总之，目前针刺改善MIRI的作用机制尚未被阐明，如何通过铁死亡理论指导针刺发挥自身优势防治MIRI，还需要不断的深入研究。同时，探讨针刺基于铁死亡理论改善MIRI的作用及机制可进一步阐释及丰富针刺改善MIRI的作用机制，为针刺改善MIRI提供新的思路与方向。