综述：免疫细胞铁死亡：机制与治疗机会

《Cell Death & Disease》：Immune cells dying from ferroptosis: mechanisms and therapeutic opportunities

本综述系统阐述了铁死亡（Ferroptosis）通过System Xc-/GSH/GPX4轴、FSP1/CoQ10/NADPH轴等多条通路受到精密调控，重点剖析了中性粒细胞、巨噬细胞、树突状细胞、T/B淋巴细胞、自然杀伤细胞等各类免疫细胞在铁代谢失衡和脂质过氧化累积条件下的铁死亡机制，及其在肿瘤免疫、病原感染、炎症和自身免疫病中的关键作用，并总结了靶向铁死亡通路的新型治疗策略（如iFSP1、N6F11等）和表观调控核心酶EZH2的关键节点功能。

　　

铁死亡：一种受调控的细胞死亡形式

铁死亡是一种铁依赖性的、以脂质过氧化物累积为特征的调节性细胞死亡形式。它在形态学上表现为线粒体嵴减少、膜密度增加等超微结构异常，涉及铁代谢、脂质代谢和氨基酸代谢等多种生化过程。与早期认知不同，近期研究发现铁死亡过程中会发生质膜破裂，并伴随胞质钙离子（Ca²⁺）水平升高。Bartosz Wiernicki提出了铁死亡的诱导模型，将其分为与脂质过氧化相关的“起始”阶段、以三磷酸腺苷（ATP）释放为标志的“中间”阶段和以高迁移率族蛋白B1（HMGB1）释放及质膜完整性丧失为特征的“终末”阶段。

铁死亡的多通路调控

铁死亡受到多条通路的精细调控。System Xc^-（胱氨酸/谷氨酸逆向转运系统）/谷胱甘肽（GSH）/谷胱甘肽过氧化物酶4（GPX4）轴是经典的铁死亡调控通路。该系统对胱氨酸和谷氨酸具有高度特异性，促进胱氨酸摄入细胞，同时将谷氨酸排出胞外。胞内胱氨酸被还原为半胱氨酸，参与GSH合成。谷胱甘肽二硫化物还原酶（GSR）以烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH）为辅因子生成还原型GSH。GPX4是一种利用还原型GSH来消除脂质过氧化物的细胞内酶。当GSH耗竭或GPX4失活时，脂质过氧化物累积，最终引发铁死亡。

铁死亡抑制蛋白1（FSP1）可不依赖于GPX4和GSH通路抑制脂质过氧化和铁死亡。作为一种NADPH选择性酶，FSP1通过氧化NADPH来抑制铁死亡。它定位于质膜，靶向辅酶Q₁₀（CoQ₁₀），催化CoQ₁₀或维生素K的还原。这一还原过程能够清除脂质过氧化自由基，从而抑制脂质过氧化。

GTP环化水解酶1（GCH1）/四氢生物蝶呤（BH4）/二氢叶酸还原酶（DHFR）轴也参与调控。GCH1是BH4生物合成中的第一个限速酶。BH4作为一种自由基捕获抗氧化剂，能够抑制铁死亡。研究表明，GCH1和BH4都能在铁死亡诱导过程中保护细胞免受脂质过氧化损伤。在GCH1/BH4系统中，DHFR进一步利用NADPH促进BH4的产生。

新通路不断被发现。二氢乳清酸脱氢酶（DHODH）是一种产生泛醇（还原型辅酶Q₁₀）的线粒体酶。研究发现DHODH与GPX4在线粒体膜上协同抑制铁死亡。DHODH缺失会促进铁死亡，尤其在GPX4低表达的癌细胞中。血小板-白细胞C激酶底物同源样结构域家族A成员2（Pleckstrin homology-like domain family A member 2）不依赖于酰基辅酶A合成酶长链家族成员4（ACSL4）和常规铁死亡诱导剂发挥作用。角鲨烯作为一种亲脂代谢物，近期被发现可调节铁死亡。胆固醇通过甲羟戊酸途径改变代谢流，靶向降解胆固醇生物合成限速酶角鲨烯单加氧酶（SQLE），从而调控铁死亡敏感性。这种降解导致CoQ₁₀和角鲨烯共同累积，通过FSP1-CoQ₁₀抗氧化轴赋予细胞铁死亡抗性。

铁代谢与铁死亡

铁代谢涉及肠道、肝脏、脾脏等器官对铁的吸收、运输、储存、利用和排泄，受到精密调控。其失调与缺铁性贫血、遗传性血色素沉着症等疾病相关。铁紊乱也影响慢性炎症性疾病和癌症。细胞衰老和纤维化也与铁积聚有关。在健康机体中，血浆和肝细胞、脾脏等储存部位的铁水平受由铁调素（Hepcidin）抗菌肽（HAMP）编码的肝脏激素铁调素的严格调控。

铁调素-铁转运蛋白（FPN）轴控制细胞外铁稳态，铁调素缺乏导致遗传性血色素沉着症。骨形态发生蛋白（BMP）/Sma和Mad相关蛋白（SMAD）通路以及白介素-6（IL-6）/信号转导和转录激活因子（STAT）通路调控HAMP转录，维持铁稳态并影响疾病。转铁蛋白受体（TfR）1与遗传性血色素沉着症蛋白（HFE）相互作用，也调节铁调素产生。

位于十二指肠肠上皮细胞的FPN介导铁摄取，而表达FPN的巨噬细胞则调节铁向血浆的输出。FPN也维持心肌细胞等细胞的局部铁稳态。三价铁离子（Fe³⁺）与转铁蛋白结合，通过TfR介导的内吞作用被内化，被前列腺六次跨膜上皮抗原3（STEAP3）还原为二价铁离子（Fe²⁺），并通过二价金属离子转运体1（DMT1）释放到细胞质中供线粒体利用。

在红细胞生成过程中高表达的Grab蛋白，调控转铁蛋白循环和铁代谢；其缺失会损害TfR循环和铁摄取。在铁代谢通路中，铁储存蛋白如铁蛋白可以保护细胞免于铁死亡。例如，线粒体铁蛋白和铁蛋白重链（FTH）在缺氧条件下共同保护巨噬细胞免受RAS选择性致死化合物3（RSL3）诱导的铁死亡。多聚胞嘧啶结合蛋白1（Poly(rC)-binding protein 1）在哺乳动物细胞中作为胞质铁伴侣，结合Fe²⁺并将其递送给铁蛋白，从而限制胞质铁毒性，防止铁死亡和脂质过氧化。

免疫细胞中的铁死亡

粒细胞

中性粒细胞是对抗细菌和真菌感染的关键细胞。中性粒细胞死亡具有重要的生理意义，其死亡途径取决于它们与微生物和外部环境的相互作用，导致不同的免疫结果。尽管铁死亡研究蓬勃发展，但对其影响中性粒细胞的认识仍处于起步阶段。

氟化物可诱导大鼠脑内中性粒细胞发生铁死亡和炎症反应，从而加剧神经元炎症。在胃癌的肿瘤微环境（TME）中，肿瘤浸润中性粒细胞（TINs）会自发发生铁死亡，释放氧化脂质，限制T细胞活性。在肝母细胞瘤中，C-X-C基序趋化因子受体4型（CXCR4）在TINs中高表达，而其配体C-X-C基序趋化因子配体12（CXCL12）在肿瘤中的表达水平远高于周围组织。TINs表现出铁死亡和免疫抑制特征，释放氧化脂质并限制T细胞活性。然而，另一项研究表明TINs对铁死亡具有抵抗性。TINs产生衣康酸酯，可防止铁死亡并使TINs在TME中存活。乌头酸脱羧酶1（Acod1）是人和小鼠TINs中上调最显著的代谢酶。粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子（GM-CSF）-JAK/STAT5-CCAAT/增强子结合蛋白β（C/EBPβ）通路可激活Acod1产生衣康酸酯，介导核因子E2相关因子2（Nrf2）依赖的铁死亡抗性，维持TINs的持续存在。此外，在化疗耐药乳腺癌中，IL-1β⁺CXCL3⁺CD4⁺T细胞介导中性粒细胞铁死亡，抑制抗肿瘤免疫。这表明干扰细胞间通讯可能是逆转化疗耐药的策略。

此外，来自狼疮易感小鼠或系统性红斑狼疮（SLE）患者的中性粒细胞会发生铁死亡，这导致SLE中的免疫耐受被破坏。机制上，血清中存在的自身抗体和干扰素-α（IFN-α）增强了转录抑制因子cAMP应答元件调节蛋白α（CREMα）与GPX4启动子的结合，诱导中性粒细胞铁死亡。该过程抑制GPX4表达并增加脂质活性氧（ROS）。用铁死亡抑制剂治疗可显著减轻狼疮易感小鼠的疾病严重程度，凸显了中性粒细胞铁死亡在SLE发病机制中的重要作用。在二硝基氯苯（DNCB）诱导的小鼠变应性接触性皮炎（ACD）模型中，中性粒细胞和CD8⁺T细胞均发生铁死亡，且真皮中的铁死亡比表皮中更明显。Ferrostatin-1可抑制ACD小鼠中性粒细胞和CD8⁺T细胞的铁死亡，从而减轻皮肤损伤。叉头框蛋白O1（FOXO1）-TfR机制导致创伤性脑损伤后FOXO1高表达的中性粒细胞发生铁死亡。这也破坏了少突胶质细胞的铁稳态。在脓毒症相关急性肺损伤中，血清反应因子（SRF）介导的肌球蛋白轻链激酶转录可防止多形核中性粒细胞发生铁死亡。中性粒细胞铁死亡已被确定为SLE、接触性皮炎、创伤性脑损伤和脓毒症相关急性肺损伤中炎症和组织损伤的关键驱动因素，抑制其可显著减轻疾病严重程度。

嗜酸性粒细胞和嗜碱性粒细胞是粒细胞家族的成员，与中性粒细胞共享共同的谱系，是免疫系统的重要组成部分。cAMP应答元件结合蛋白（CREB）在促炎基因的转录中发挥重要作用，但其在儿童哮喘中的作用尚不清楚。研究发现，CREB基因敲低可显著促进嗜酸性粒细胞铁死亡，增强地塞米松诱导的嗜酸性粒细胞死亡。目前，尚无嗜碱性粒细胞发生铁死亡的直接证据。

巨噬细胞

巨噬细胞是调节代谢和免疫反应的吞噬性免疫细胞。它们通过回收血红蛋白降解产生的铁，在铁转运中扮演关键角色。巨噬细胞吞噬红细胞，将血红蛋白分解为血红素，后者进一步降解为胆绿素、一氧化碳和铁。

巨噬细胞存在两种极化状态：M1（促炎）和M2（抗炎）。由脂多糖（LPS）和IFN-γ诱导的M1巨噬细胞产生ROS，释放IL-6、IL-1β和肿瘤坏死因子-α（TNF-α）等细胞因子。M2巨噬细胞ROS水平低，促进组织修复。

当过度的红细胞吞噬或由结核分枝杆菌感染触发的铁蛋白降解导致铁含量增加时，铁平衡机制可能被破坏，导致细胞铁死亡。巨噬细胞铁死亡最早在血色素沉着症中被描述，其中柠檬酸铁超载可诱导原代小鼠肝细胞和骨髓来源的巨噬细胞发生铁死亡，并伴随溶质载体家族7成员11（SLC7A11）上调、ROS增加和核内Nrf2增加。在小鼠输血模型中，快速摄取大量红细胞后，血红素氧合酶-1（HO-1）的增加不足以抵消大量的红细胞吞噬，导致巨噬细胞铁死亡。ACSL4诱导炎症巨噬细胞发生铁死亡，在系统性硬化模型中加剧纤维化进展。在感染、输血或遗传性铁超载的临床情况下，监测和调节巨噬细胞铁负荷可能作为中断铁死亡-炎症-纤维化级联反应并改善患者预后的新策略。

与M2细胞相比，活化的M1巨噬细胞对药物诱导的铁死亡敏感性较低，这种差异被证明依赖于一氧化氮（NO·）的产生。诱导型一氧化氮合酶（iNOS）产生的NO·是一种活性自由基，可与其他自由基（包括脂质自由基）相互作用。iNOS缺陷的M2表型对含铁刺激高度敏感，这种敏感性可被外源性添加NO·供体完全消除。

M2巨噬细胞比M1巨噬细胞更容易发生铁死亡，这种敏感性与细胞外信号调节激酶（ERK）-胞质磷脂酶A2（cPLA2）-ACSL4介导的花生四烯酸代谢通路激活有关。Sentrin/SUMO特异性蛋白酶3（SENP3）是一种氧化还原敏感的蛋白酶，在巨噬细胞功能中起重要作用。SENP3使巨噬细胞对RSL3诱导的铁死亡敏感，并可促进M2巨噬细胞的铁死亡，从而降低M2巨噬细胞的比例。四氧化三铁（Fe₃O₄）纳米颗粒在处理48小时后可降低巨噬细胞活力，诱导巨噬细胞向M1表型极化，并诱导巨噬细胞铁死亡。

动脉粥样硬化与心脏重构 过量的脂质也会促进巨噬细胞铁死亡，例如在动脉粥样硬化斑块的情况下。米歇尔内酯（Micheliolide）通过激活Nrf2通路抑制巨噬细胞铁死亡和动脉粥样硬化。三裂鼠尾草素（Tricetin）是一种潜在的动脉粥样硬化治疗剂，通过激活Nrf2通路、抑制巨噬细胞铁死亡和氧化应激，为减缓疾病进展提供了新策略。相反，喂食高脂饮食并腹腔注射香烟焦油16周的载脂蛋白E缺陷雄性小鼠显示，香烟焦油显著促进动脉粥样硬化病变中富脂斑块的形成，引起严重的铁超载和脂质过氧化。这表明香烟焦油通过核因子κB（NF-κB）激活的铁调素/FPN/SLC7A11通路诱导巨噬细胞铁死亡，从而促进动脉粥样硬化进展。此外，血红素诱导的巨噬细胞铁死亡促进p38丝裂原活化蛋白激酶（p38 MAPK）通路激活和基质金属蛋白酶2/9（MMP2/9）过表达，在增加出血斑块易感性中起关键作用。这些发现为出血斑块的发病机制提供了见解，靶向巨噬细胞铁死亡可能是稳定易损斑块的有前景的策略。IL-23p19可能是预防和治疗心脏重构的潜在靶点。敲除IL-23p19可减少巨噬细胞铁死亡并改善心脏重构过程。

巨噬细胞铁死亡已成为连接脂质代谢、炎症信号和斑块易损性的心血管领域关键节点。上述研究提供了多个治疗切入点。

肿瘤 肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）的M2表型有助于肿瘤免疫抑制。因此，将TAMs重极化为M1表型并诱导铁死亡已成为治疗策略。双氢青蒿素（DHA）通过上调TfR1提高细胞内铁水平，并通过抑制GPX4在肺癌中触发TAMs铁死亡。脂质过氧化诱导脱氧核糖核酸（DNA）损伤反应，进一步激活NF-κB促进巨噬细胞向M1表型极化。载脂蛋白C-1（APOC1）在人类肝细胞癌组织的TAMs中过表达。抑制APOC1可通过铁死亡将巨噬细胞极化从M2逆转为M1表型。巨噬细胞中SLC7A11介导的铁死亡显著上调巨噬细胞中程序性死亡配体1（PD-L1）的表达，从而增强抗PD-L1疗法的抗肿瘤疗效。相反，微小核糖核酸-142-3p（microRNA-142-3p）通过溶质载体家族3成员2（SLC3A2）促进乙型肝炎病毒感染的M1巨噬细胞铁死亡，影响GSH和Fe²⁺的产生，从而加速肝细胞癌的进展。因此，铁死亡在M2和M1巨噬细胞之间的细胞类型选择性尚未明确。相同的铁死亡可能产生截然相反的结果，要么增强免疫，要么抑制免疫，这取决于TAM亚群、病毒感染状态和潜在的代谢环境。

炎症 类风湿关节炎（RA）滑膜微环境中的M2巨噬细胞对铁死亡特别敏感，其中高迁移率族蛋白B1（HMGB1）/Toll样受体4（TLR4）/STAT3轴在加剧滑膜炎症中起关键作用。产气荚膜梭菌β-1毒素（CPB1）是一种致命的毒素，通过持续的细胞内钙蛋白酶激活和过度的氧化应激诱导巨噬细胞铁死亡。抑制钙蛋白酶可减少氧化应激并减轻CPB1诱导的巨噬细胞铁死亡。二氧化硅暴露引发巨噬细胞铁死亡，并伴随炎症反应增强。该过程涉及Wnt家族成员5a（Wnt5a）/Ca²⁺信号通路激活、内质网应激和线粒体氧化还原失衡。无论是在RA滑膜的HMGB1/TLR4/STAT3轴还是Wnt5a/Ca²⁺信号通路中，一个共同的知识空白依然存在：铁死亡是点燃炎症的火花，还是仅仅是伴随炎症的附带细胞死亡形式？现有证据表明，铁死亡不是终末的附带现象，而是炎症反应的主动“信号放大器”。

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