基于铁死亡调控的中药活性成分在急性肾损伤治疗中的研究进展

赵倩倩 高祥福

急性肾损伤（acute kidney injury，AKI）是一种常见的临床综合征，其特征是肾脏功能快速下降，血清肌酐浓度升高或少尿，从而引发一系列水电解质和酸碱平衡紊乱的临床症状[1]。10%～15%的住院患者和超过50%的重症患者会出现AKI[2]。目前临床上缺乏针对AKI 的特效药物。自2012 年被正式命名以来，铁死亡作为一种与细胞坏死、凋亡和自噬不同的新型程序性细胞死亡方式，被证明参与多种疾病、器官和组织的损伤，主要包括肿瘤、神经退行性疾病、自身免疫性疾病、缺血再灌注以及其他病理过程[3]。如今越来越多的研究表明，铁死亡参与肾病的发生发展，尤其是AKI、糖尿病肾病以及肾癌等疾病[4-6]。铁死亡作为一种新的细胞死亡形式，有望成为研发药物和治疗疾病的有效靶点。目前体外广泛使用的特异性铁死亡抑制剂是铁抑素-1（Fer-1），然而其在体内不稳定，因此需要寻找更经济、更有效的药物。而中医药在临床治疗肾病中具有多靶点、多途径、低毒副作用等优势。据报道，多种中草药提取物可以螯合铁且调节铁的稳态，如原花青素、葛根素、槲皮素等[7]。本文旨在综述中药活性成分通过铁死亡机制治疗AKI 的最新研究进展。

1 铁死亡途径参与AKI 相关机制

铁死亡是一种铁依赖性脂质过氧化导致的调节性细胞死亡形式。其发生的关键包括不饱和脂肪酸磷脂（PUFA-PL）的合成和过氧化反应、铁代谢和线粒体形态异常[8]。细胞内铁过载和无限制的脂质过氧化是铁死亡的标志，脂质可以通过酶促和非酶芬顿自氧化途径发生过氧化反应。

铁死亡通过炎症反应、内质网应激和自噬等病理过程参与AKI 的发展。肾脏是维持人体内铁平衡的重要器官，正常情况下，肾小球滤过的铁大多被转铁蛋白结合后，在近端小管被重吸收。近端小管较远端小管中铁蛋白与铁调节蛋白1（IRP1）的丰度和活性高。这种差异可能与两者之间的线粒体密度及铁的循环和利用程度有关。研究表明，肾脏细胞线粒体的氧气消耗要高于其他器官[9]。线粒体呼吸链，特别是复合体Ⅰ（NADH 脱氢酶），是肾脏缺血再灌注损伤（IRI）期间重要的过氧化物来源。若NADH 脱氢酶在缺氧环境下没有氧化NADH，蛋白质处于抑制状态。组织的再灌注使得NADH 脱氢酶快速再激活，产生大量活性氧（ROS），从而发生铁死亡。

铁死亡被认为是导致肾小管细胞死亡的主要方式，参与不同类型的动物AKI 模型。如在横纹肌溶解诱导的AKI 大鼠模型中发现，肌红蛋白在酸性环境下溶解释放游离亚铁离子（Fe2+），通过芬顿反应诱导肾小管上皮细胞发生铁死亡，其中肌红蛋白、高迁移率族蛋白B1、双链DNA 可能是铁死亡的诱发因素，使用铁螯合剂去除Fe2+可以减轻大鼠肾损伤[10]。铁死亡还参与缺血再灌注的各个阶段，IRI 诱导的AKI（IRI-AKI） 大鼠肾组织中谷胱甘肽过氧化酶4（GPX4）、溶质载体家族7 成员11（SLC7A11）、铁蛋白重链1 （FTH1） 和Kelch 样ECH 相关蛋白1（Keap1） 被下调，核因子E2 相关因子2（Nrf2）、NADPH 氧化酶1（NOX1）和环氧合酶-2（COX2）被上调，表明铁死亡在IRI-AKI 中的发生。其中非编码微小RNA，miR-182-5p 和miR-378a-3p 靶 向 下 调GPX4 和SLC7A11 的表达，可能诱导铁死亡的发生[11]。在顺铂诱导的AKI 模型中发现，Fer-1 预处理组小鼠的尿素氮及血肌酐浓度显著降低，顺铂引起的肾细胞损伤得到缓解。激活维生素D 受体能减少脂质过氧化水平，缓解线粒体损伤，从而抑制铁死亡，这种保护作用可能与GPX4 途径有关[12]。此外，研究者也发现人血管性血友病因子裂解蛋白酶（ADAMTS-13）通过核因子E2 相关因子2（Nrf2）/血红素加氧酶（HO-1）信号通路抑制铁死亡，改善顺铂诱导AKI[13]。Li 等[14]研究发现，注射叶酸的小鼠模型肾脏细胞中铁含量增高，铁泵蛋白（FNP）表达减少，下调系统Xc-的表达，导致谷胱甘肽（GSH）的耗尽，从而又降低了GPX4 的表达。A-硫辛酸（α-LA）除了能够上调铁蛋白的表达来增加铁的储存，减少细胞内铁过载，还可以通过抑制p53（抑癌基因）激活来增加胱氨酸/谷氨酸反向转运蛋白系统（系统Xc-）的表达，提高GSH、GPX4 水平，从而阻止管状上皮细胞铁死亡。由此可见，多种动物模型均表明肾小管上皮细胞铁死亡诱导AKI，抑制铁死亡是治疗AKI 的有效方法。

此外，炎症反应与AKI 的发病机制密切相关，Proneth 和Conrad[15]在草酸盐结晶和GPX4 缺失诱导的小鼠AKI 中损伤相关分子模式被释放，巨噬细胞活化，以及单核细胞趋化蛋白-1（MCP-1）和肿瘤坏死因子-α（TNF-α）等促炎因子表达显著上调，表明铁死亡诱发的局部炎症会加重肾损伤，随着中性粒细胞、T 细胞和巨噬细胞进入损伤部位，参与AKI 的早期炎症反应。

2 中药活性成分调节铁死亡

中医药在防治AKI 方面具有独特的优势，近年来，越来越多的研究关注中药活性成分通过调节铁死亡缓解AKI 的作用和机制。铁死亡在不同的AKI模型中都扮演重要角色，以下是对中药活性成分在不同AKI 模型中抑制铁死亡并缓解AKI 的探讨。

2.1 药物诱导肾损伤 随着肿瘤发病率逐年升高，药物引起的AKI 占AKI 住院患者的20%～40%[16]，顺铂作为最常用的抗肿瘤药物，被广泛用于肿瘤的治疗中。顺铂经肾脏代谢，具有肾毒性作用，因此成为肿瘤患者AKI 的主要原因。其主要组织学表现为急性肾小管坏死和炎症因子浸润，而虎杖苷和益母草碱能通过抑制铁死亡，缓解肾小管上皮细胞损伤，保护肾功能。虎杖苷是从中药虎杖中提取的多酚类有效成分，在各种肾脏疾病中发挥潜在的疗效，具有抗氧化应激、抗炎和抗纤维化的作用。研究发现，虎杖苷剂量依赖性缓解人肾小管上皮细胞（HK-2）中铁死亡诱导剂（Erastin）诱导的细胞死亡，通过减少铁过载、增加GPX4 活性对铁死亡有显著抑制作用[17]。而益母草碱是中药益母草中的主要生物碱，以往研究发现其能够改善肾功能，抑制肿瘤坏死因子-α（TNF-α）等信号通路，减少白介素-1（IL-1）、白介素-6（IL-6）等炎症因子的产生[18]。在Nrf2 基因敲除小鼠模型中，益母草碱能有效抑制顺铂诱导的肾脏铁积累、转铁蛋白受体、轻肽铁蛋白（FTL）、铁蛋白重链1（FTH1）水平，显著上调Nrf2、HO-1 和醌氧化还原酶1（NQO1）的表达。表明益母草碱对肾脏的保护作用主要是通过激活Nrf2 介导的铁死亡抑制途径来实现[19]。

在叶酸诱导AKI 小鼠模型中，荷叶碱明显缓解肾脏中的巨噬细胞积累，抑制炎症反应，恢复肾损伤相关蛋白，如肾损伤分子-1（KIM-1）、中性粒细胞明胶酶相关脂质运载蛋白（NGAL）、Klotho 蛋白的表达[20]。同时，荷叶碱能很大程度上抑制肾脏脂质过氧化最终产物丙二醛（MDA）的产生，降低肾GSH 水平，减缓铁蛋白相关蛋白水平的下降，包括GPX4、SLC7A11 和铁死亡抑制蛋白1（FSP1），通过经典GPX4 依赖途径抑制铁死亡。另外，鲁斯可皂苷元（Ruscogenin）最初是从中药麦冬中提取，Hu 和Au[21]发现其可以抑制叶酸诱导的昼夜节律核受体（Reverb-α/β）表达，将HO-1 和SLC7A11 的表达恢复到正常水平，抑制脂质过氧化反应，缓解铁死亡。Reverb-α/β 是生物钟的重要组成部分，其相应的激动剂或抑制剂在关于情绪、睡眠异常及代谢紊乱等动物疾病模型中有效，在叶酸诱导的AKI 中，靶向抑制Rev-erb-α/β 能够减轻铁死亡带来的肾脏损伤[22]。但目前仍不清楚鲁斯可皂苷元调节Rev-erb-α/β 表达的具体机制。

2.2 脓毒症肾损伤 使用盲肠结扎穿孔（CLP）建立脓毒症大鼠模型，并通过用脂多糖（LPS）处理人肾HK-2 细胞诱导铁死亡建立试验模型后发现，人参皂苷能够逆转CLP 大鼠肾组织中FTL、FTH、MDA 增加及GPX4、FSP1、GSH 抑制情况[23]，表明人参皂苷能够提高HK-2 细胞的活力，降低铁死亡过程中的铁积累和脂质过氧化。同时，异甘草素可以抑制LPS 刺激的HK-2 细胞中的Fe2+和脂质过氧化积累。它还增加了GPX4 和系统Xc-的表达，减少了高迁移率族蛋白B1（HMGB1）和核受体共激活因子4（NCOA4）的表达，减轻肾小管的广泛损伤[24]。

2.3 横纹肌溶解致AKI 横纹肌破坏崩解导致肌酸激酶、肌红蛋白、乳酸脱氢酶及电解质等物质随血液循环至肾脏，被肾小球滤过并蓄积于肾小管产生铁超载，从而导致近段肾小管上皮细胞铁死亡。研究表明，姜黄素是具有肾脏保护作用的强抗氧化剂，具有清除活性氧相关的直接抗氧化作用，也能通过激活Nrf2 诱导HO-1 的表达，HO-1 将血红素衍生产物分解代谢，随后储存在铁蛋白中，减少氧化应激及其产生的脂质过氧化产物，从而抑制铁死亡。此外，姜黄素还具有抗炎作用，其所涉及的精确分子机制尚不明确，可能与Toll 样受体4（TLR4）同二聚化、NOD 样受体热蛋白结构域相关蛋白3（NLRP3）炎症小体激活和白介素-1β（IL-1β）的抑制有关[25]。

2.4 肾脏IRI ROS 生成增多导致脂质过氧化是IRI 的机制之一。铁死亡参与包括心脏、脑、肠、肾脏在内的多种器官的IRI。槲皮素是一种天然黄酮，具有抗肿瘤、抗病毒、抗氧化等作用。研究发现，槲皮素能够降低肾近段管状上皮细胞中MDA 和脂质ROS的水平，增加GSH 表达，阻止细胞形态变化，从而阻断肾小管细胞铁死亡[26]。经RNA 序列分析表明，活化转录因子3（ATF3）的抑制可以显著提高SLC7A11、GPX4 的水平，有助于抑制铁死亡。此外，槲皮素还有抑制铁蛋白酶通过趋化因子配体2（CCL2）诱导炎症的作用，从而缓解由炎症介导的肾损伤。茯苓酸是一种天然存在于茯苓中的三萜类化合物，Jiang 等[27]通过动物试验发现，茯苓酸能够以剂量依赖性方式缓解肾脏损伤，其抑制铁死亡可能与直接或间接激活Nrf2 以及上游铁蛋白GPX4、SLC7A11 和HO-1 的表达有关。但该结果未经体外试验验证，无法确定茯苓酸抑制铁死亡是否主要通过System Xc-GSH-GPX4途径发挥作用。

3 结论与展望

铁死亡是AKI 发展的关键因素之一，而中药活性成分可通过多种机制进行干预，表现出显著的潜力来缓解肾损伤和保护肾功能。在本篇综述中，我们总结了中药活性成分对铁死亡的调节作用以及其在不同AKI 模型中的应用，并回顾它们的机制和靶点，包括益母草碱、鲁斯可皂苷元、槲皮素、姜黄素等。然而，但仍有许多问题需要进一步研究和解决。首先，目前的研究主要集中在动物和细胞模型，需要更多的临床研究来验证这些中药活性成分在AKI 患者中的安全性和有效性。其次，中药活性成分具有多成分、多靶点的特点，具体作用机制仍需深入探讨，包括与铁死亡相关的信号通路和分子机制等。如何优化中药活性成分的用药方式和剂量也需要进一步研究。总之，在未来的工作中，仍需深入阐明中药活性成分在AKI 中发挥的具体作用，探索其全过程通路，以期为AKI 的治疗提供新的、有效且副作用小的策略。