滋养细胞铁死亡在胎盘相关疾病中的研究进展

董辉，陈叙

胎盘是母胎交换过程中的重要器官，在整个妊娠期负责营养、代谢、交换以及内分泌等功能。胎盘功能异常可引发一系列胎盘相关疾病，包括子痫前期、胎儿生长受限（fetal growth restriction，FGR）、流产和早产等。虽然这些疾病临床表现各有不同，但其发病机制具有同源性，均与胎盘发育障碍密切相关[1]。母胎界面的免疫失调、绒毛外滋养细胞侵袭不足、子宫螺旋动脉重塑障碍等导致的胎盘植入不足及滋养细胞的凋亡、自噬过度是这类疾病发病的根本原因[2]。铁死亡是一种全新的细胞程序性死亡方式，具有独特的形态结构、代谢及遗传学特点[3]。研究发现铁死亡在肿瘤、神经系统退行性疾病、器官缺血再灌注损伤、动脉粥样硬化、糖尿病和急慢性肾功能损伤等多种疾病中发挥重要作用[4]。近年研究发现胎盘滋养细胞是铁死亡的易感细胞，且滋养细胞铁死亡可造成胎盘功能障碍，并参与多种胎盘相关疾病的发生、发展[5]。现就滋养细胞铁死亡及其在胎盘相关疾病中的作用进行综述。

1 铁死亡的概述

铁是维持生命的重要微量元素，是血红蛋白的重要组成部分，参与血液对氧气的运输作用，作为辅基参与多种含铁蛋白的构成，对呼吸链电子转运、DNA 合成和细胞能量代谢等均具有重要的作用[6]。人体内有完善的控制体系，可以维持铁在内环境的稳态平衡。当体内铁的分布、含量异常时，就会发生各种损伤与疾病。机体缺铁会导致贫血，影响全身氧气输送。相反，机体内铁过量也会通过芬顿反应诱导产生大量氧自由基，与细胞膜、质膜上含量丰富的多不饱和脂肪酸发生过氧化反应生成大量脂质自由基，使细胞膜、质膜变薄，形成蛋白质孔并失去屏障作用，导致细胞内稳态紊乱；并且脂质过氧化物的分解产物能够激活更严重的级联反应，形成铁依赖性的脂质过氧化死亡[7]。根据其特点，Dixon 等[3]于2012年将这种细胞死亡类型命名为铁死亡。

铁死亡与凋亡及自噬存在本质上的区别。形态学上，发生铁死亡的细胞膜断裂、出泡，膜密度增高，细胞线粒体缩小、线粒体脊减少或消失、线粒体外膜断裂，细胞核大小正常、染色质缺乏凝聚，电镜下表现为细胞内线粒体变小及双层膜密度增高。代谢水平上，细胞内铁和活性氧（reactive oxygen species，ROS）物质聚集，谷胱甘肽过氧化物酶4（glutathione peroxidase 4，GPX4）活性下降，脂质代谢产物堆积[4]。铁死亡过程可以被铁螯合剂、抗氧化剂等抑制，但不能被凋亡、焦亡和自噬抑制剂所阻滞[8]。影响铁死亡的基因众多，其细胞信号通路调节复杂，涉及脂质、铁和氨基酸等多种代谢途径调控。①氨基酸和谷胱甘肽（glutathione，GSH）代谢异常：胱氨酸谷氨酸转运受体（System Xc-）体系是一个膜Na+依赖的氨基酸反向转运体，由溶质载体家族7 成员11（solutecarrier family 7 member 11，SLC7A11）和溶质载体家族3 成员2（solute carrier family 3 member 2，SLC3A2）异二聚体组成，广泛分布于细胞的磷脂双分子层。System Xc-体系负责将GSH 的合成原料半胱氨酸转运至细胞内，将谷氨酸和胱氨酸以1∶1 比例交换，胱氨酸还原成半胱氨酸，参与GSH 的合成。肿瘤抑制基因P53、BRCA1 关联蛋白1（BRCA1-associated protein 1，BAP1）和苄氯素1（Beclin 1，BECN1）等可通过下调SLC7A11 的表达，抑制System Xc-活性，抑制胱氨酸进入细胞，减少GSH 合成，从而促进脂质发生过氧化，诱导细胞铁死亡[9]。②GPX4 是一种硒蛋白，能催化GSH 变为氧化性GSH，使有毒的过氧化物还原成无毒的羟基化合物，同时促进过氧化氢（H2O2）的分解，从而保护细胞膜的结构及功能不受过氧化物的干扰及损害。药物抑制或遗传学上GPX4 失活或低表达均可致细胞抗氧化能力下降，脂质ROS 上升，最终引起细胞铁死亡[10]。③铁代谢异常：各种因素导致的血清转铁蛋白、铁调素、膜铁转运蛋白、细胞膜转铁蛋白受体和转铁蛋白抗体等铁调节因子失衡可引起细胞内铁离子过载，尤其是铁离子以二价铁的形式大量存在，二价铁离子通过芬顿反应启动脂质过氧化，诱导细胞铁死亡[11]。④脂质代谢异常：脂质过氧化的反应底物是脂肪酸，与饱和脂肪酸、单一不饱和脂肪酸相比，多聚不饱和脂肪酸更易发生氧化，其数量和定位决定了细胞中发生的脂质过氧化程度。游离的多不饱和脂肪酸在酰基辅酶A 合成酶长链家族成员4（acyl-CoA synthetase long-chain family member 4，ACSL4）、溶血磷脂酰胆碱酰基转移酶3（lysophosphatidylcholine acyltransferase 3，LPCAT3）和脂氧合酶（lipoxygenase，LOX）催化作用下酯化形成膜磷脂来传递铁死亡信号。因此，ACSL4、LPCAT3和LOX 的上调被认为是铁死亡的生物标志[12]。

2 滋养细胞铁死亡的易感性

滋养细胞是胎盘的主要组成成分，维持滋养细胞的增殖、侵袭、分化和血管重塑功能正常对于确保胎盘及胎儿的发育极为重要，滋养细胞功能异常涉及多种妊娠疾病的发生。研究表明，由于自身结构及代谢特点，滋养细胞是铁死亡的易感细胞。

2.1 滋养细胞铁负荷大妊娠期间母体对铁的需求大幅增加，以满足母体、胎儿和胎盘对红细胞生成、生长和发育的需求。整个妊娠期通过胎盘平均向胎儿转运270 mg 铁，而胎盘维持自身生长及功能也需约90 mg 铁，因此滋养细胞铁负荷较大[13]。研究也证实，合体滋养细胞转铁蛋白受体高表达，滋养细胞内铁含量丰富，甚至在胎儿铁缺乏时，滋养细胞内铁含量依然处于高水平[14]。

2.2 滋养细胞易受氧化应激影响胚胎植入及早期胎盘形成过程中滋养细胞出现的生理性缺血-再灌注及缺氧-复氧过程，以及在正常妊娠期间维持胚胎发育出现的生理性应激过程均可导致孕妇血清中ROS 生成增多[15]。而在子痫前期等病理妊娠中，子宫血管重塑障碍导致胎盘灌注和氧合作用减低时，线粒体为适应低氧状态出现细胞电子传递链最后的电子受体氧分子供应不足，可导致大量ROS 和毒性脂质过氧化物的产生，氧化应激加剧[16]，增加了滋养细胞铁死亡的易感性。

2.3 滋养细胞铁死亡底物含量丰富胎盘滋养细胞富含多不饱和脂肪酸，尤其是花生四烯酸[17]。通过对胎盘滋养细胞、内皮细胞和间质成纤维细胞进行单细胞测序，结果显示滋养细胞高表达LPCAT3、ACSL4、LOX-5 和LOX-15[18]。花生四烯酸是人体最重要的多不饱和脂肪酸，可经LPCAT3 和ACSL4 催化转化成乙酰辅酶A，吸附进磷脂，形成易被氧化的膜磷脂，增加了滋养细胞铁死亡的底物及易感性。

3 铁死亡与胎盘相关疾病

3.1 铁死亡与妊娠期高血压疾病研究发现，与正常孕妇相比，子痫前期患者血清铁离子及转铁蛋白浓度均升高，且血清铁离子浓度与妊娠期高血压疾病严重程度有关[19]。过量铁不仅可直接参与细胞膜脂质过氧化过程，也可使孕妇血红蛋白浓度及血液黏稠度升高，影响胎盘微循环，甚至会改变肠道菌群，影响微量元素吸收[20-21]，间接损伤滋养细胞活性。

丙二醛是铁死亡过程中膜脂质过氧化的终产物，能够影响线粒体呼吸链复合物及线粒体内关键酶活性，加剧细胞膜的损伤，引起蛋白质、核酸等大分子的交联聚合，具有细胞毒性，是反映机体脂质过氧化程度的指标之一，也可间接反映细胞铁死亡损伤的程度。研究显示，与正常孕妇相比，子痫前期患者血清丙二醛和多不饱和脂肪酸含量明显增高[22]，说明子痫前期患者发病过程中存在铁死亡相关性氧化应激反应过度。

硒是GPX4 的活性中心，具有清除脂质过氧化物和抑制铁死亡的作用。研究显示血浆硒水平与子痫前期发生风险呈负相关，妊娠期补充硒可显著降低子痫前期的发生率[23]。Peng 等[24]对1 008 例子痫前期患者和1 386 例正常孕妇进行GPX4 等位基因分析，发现具有GPX4 rs713041 基因型的孕妇更易发生早发型及重度子痫前期，说明GPX4 活性及基因多态性与子痫前期发病密切相关。Zhang 等[25]通过对比子痫前期和正常产妇胎盘滋养细胞发现，在子痫前期胎盘滋养细胞中GSH 含量和GPX4 活性降低，而二价铁离子及丙二醛含量升高，滋养细胞铁死亡增加，证实了铁死亡参与子痫前期的发生及发展过程；通过低氧环境诱导人绒毛膜滋养层细胞系HTR-8/SVneo细胞建立子痫前期体外细胞模型发现GSH 含量降低，System Xc-及GPX4 活性下降，二价铁离子浓度和丙二醛含量增加，滋养细胞铁死亡增加，而滋养细胞的活性及侵袭能力明显降低，通过铁死亡抑制剂（甲磺酸去铁胺）可以逆转低氧条件下滋养细胞活力的降低；动物实验也证实铁死亡抑制剂可减轻高血压大鼠模型子痫前期症状，降低血清及胎盘滋养细胞丙二醛、ROS 等铁死亡标志物水平。

3.2 铁死亡与自然流产及早产Dewey 等[26]发现妊娠期血红蛋白及血浆铁蛋白浓度升高均可能增加早产及新生儿低出生体质量的风险，推测与铁过量产生的氧化应激反应有关。妊娠早期滋养细胞铁死亡可诱发自然流产，Bai 等[27]通过对比妊娠早期自然流产及人工流产患者胎盘滋养细胞发现，与人工流产患者相比，自然流产患者胎盘滋养细胞GPX4 表达水平下降，细胞铁死亡增加；通过短发夹RNA 敲低长链非编码RNA H19 表达慢病毒转染HTR-8/SVneo 细胞建立体外自然流产滋养细胞模型发现，GPX4 表达下降，细胞铁死亡增加，而应用铁死亡抑制剂干预后，细胞增殖实验显示滋养细胞活力增加；妊娠中晚期胎盘滋养细胞铁死亡与自发性早产关系密切，与足月产孕妇相比，自发性早产孕妇存在氧化应激过度，血浆丙二醛浓度升高，而GSH 浓度明显降低，胎盘滋养细胞内出现多不饱和脂肪酸堆积。Beharier 等[28]发现自发性早产患者胎盘滋养细胞GPX4 活性下降，脂质过氧化物堆积，铁死亡增加。应用铁死亡抑制剂磷脂酶A2G6（phospholipase A2 group Ⅵ，PLA2G6）干预胎盘滋养细胞可阻断因GPX4 抑制引起的滋养细胞铁死亡，部分恢复滋养细胞活性。

3.3 铁死亡与妊娠期糖尿病胎盘滋养细胞通过分泌多种类固醇类激素和细胞因子等调控母体血糖稳定。滋养细胞损伤导致的胎盘内分泌功能障碍是妊娠期糖尿病的重要发病机制[29]。高血糖会刺激滋养细胞氧化应激产生过量的ROS，加重滋养细胞损伤，抑制其增殖和侵袭能力，使得子痫前期、FGR 和胎儿窘迫等胎盘功能障碍性疾病发生风险增加[30]。美国国立儿童健康与人类发育研究所的一项研究选取了107 例妊娠期糖尿病患者和214 例健康孕妇，发现在妊娠早期铁蛋白水平高的女性罹患妊娠期糖尿病的风险升高21%，妊娠15～26 周妊娠期糖尿病患者铁调素浓度比健康孕妇高16%（2 组平均值分别为6.4 ng/mL 和5.5 ng/mL，P=0.02），并且与妊娠期糖尿病风险呈正相关（aOR=2.61，95%CI：1.07～6.36）；铁蛋白水平也与妊娠期糖尿病风险呈正相关（妊娠10～14 周aOR=2.43，95%CI：1.12～5.28；妊娠15～26周aOR=3.95，95%CI：1.38～11.30）[31]。体外细胞实验发现，高糖环境可通过下调滋养细胞GPX4 表达，激活脂质过氧化，导致ROS 和丙二醛浓度升高，诱导滋养细胞铁死亡，而铁死亡抑制剂可缓解高糖诱导的滋养细胞铁死亡程度[32]。可见，滋养细胞铁死亡参与妊娠期糖尿病的发生和发展，并有望成为该病治疗的靶点。

4 结语与展望

滋养细胞是胎盘组织中重要的功能细胞，在维持正常妊娠中具有重要作用，滋养细胞损伤与多种不良妊娠结局有关。滋养细胞是铁死亡的易感细胞，目前研究已证实滋养细胞铁死亡与妊娠期高血压疾病、早产、流产及妊娠期糖尿病之间存在密切关系，但其分子机制尚不完全明确。铁死亡在胎盘相关疾病中的研究尚处于初期阶段，因此，进一步探索滋养细胞铁死亡在胎盘相关疾病中的调节机制已成为亟需解决的问题，并有可能为预测、预防和治疗胎盘相关疾病提供理论依据和临床决策支持。