1.铁代谢：铁是人体内一种必需的微量元素，作为重要含铁酶的辅助因子，参与包括DNA和血红蛋白合成、氧气运输、氧化还原反应和ATP产生等过程［7］。正常情况下，细胞内铁通过铁转运系统保持平衡；细胞外铁通过转铁蛋白（transferrin，TF）及TF受体（transferrin receptor，TFR）摄入细胞，以铁-蛋白复合物（主要是铁蛋白）的形式储存和转运。膜铁转运蛋白1（ferroportin 1，FPN1）是目前已知的唯一控制哺乳动物细胞内铁输出的蛋白，对铁代谢有重要作用［2］。铁摄取的增加及铁输出的减少都会影响铁代谢平衡，从而导致细胞损伤。
2.铁死亡：当铁负荷增加（如炎症、过度铁剂治疗或肝脏代谢障碍等）时，铁在体内过度沉积，继而导致一种特殊的细胞死亡，称为铁死亡。铁死亡是一种由铁依赖性脂质过氧化引起的调节性细胞死亡，在遗传学、生物化学和形态学上不同于其他调节性细胞死亡，如凋亡、细胞程序性坏死和细胞焦亡，铁死亡过程中没有细胞皱缩、染色质凝集等现象，但会出现线粒体皱缩，脂质过氧化增加［8］。
铁死亡具有两大特征：铁蓄积和脂质过氧化［9］。有研究表明，铁死亡发生后，细胞内有明显的铁蓄积［10］。Yu等［11］发现，外源性铁离子可加速铁死亡诱导剂erastin作用下的铁死亡进程，表明铁蓄积与铁死亡密切相关。此外，ROS积累是导致铁死亡的中心环节。ROS产生的丙二醛和4-羟基壬烯醛诱导含磷脂细胞膜脂质过氧化，直接引起细胞毒性，进而诱发铁死亡［12］。铁死亡的特征性变化，如氧化还原活性铁的积累、抗氧化能力的丧失以及含有多不饱和脂肪酸的磷脂过氧化，可用于评估铁死亡的程度［13］。
铁死亡与铁-ROS依赖的脂质过氧化系统和以胱氨酸/谷氨酸反向转运体（System Xc-）/谷胱甘肽（glutathione，GSH）/谷胱甘肽过氧化物酶4（glutathione peroxidase 4，GPX4）轴为核心的抗脂质过氧化系统失衡有关［14］。GPX4是铁死亡的一种重要的调节因子，也是细胞内唯一可以直接降低磷脂过氧化的抗氧化酶。GPX4主要在线粒体内发挥作用，通过降低磷脂过氧化，调节细胞铁死亡。GSH是GPX4的主要底物，在体内主要起抗氧化的作用。铁死亡诱导剂erastin作用于System Xc-可减少GSH的合成，进而促进ROS的蓄积，引发铁死亡［15］。
（一）DKD动物模型中的铁死亡
已在多种DKD动物模型中观察到铁过载及肾脏组织铁的沉积。Altamura等［16］在糖尿病小鼠的近端肾小管中检测到铁沉积。Dominguez等［17］研究发现，ZS糖尿病大鼠肾组织的铁含量明显增高，其血肌酐和尿蛋白水平与肾脏铁水平以及肾铁蛋白呈正相关；Chaudhary等［18］观察到，与野生型小鼠相比，链脲佐菌素诱导的HFE基因敲除糖尿病小鼠出现肾脏铁沉积、肾病进展加剧；Li等［19］在链脲佐菌素诱导的DBA/2J糖尿病小鼠肾脏中检测到铁过载、抗氧化能力降低、ROS蓄积和脂质过氧化等铁死亡的特征性变化。他们还观察到铁死亡的特征性线粒体形态改变，如线粒体萎缩，膜密度增加，线粒体嵴减少甚至消失。
（二）细胞及DKD患者肾活检病理中的铁死亡
在高糖培养的人肾近端小管HK-2细胞中可检测到铁死亡的特征性变化，如铁过载、脂质过氧化以及线粒体改变［19］。Kim等［20］研究发现，与非DKD患者相比，DKD患者的肾脏活检组织中调控铁死亡的重要因子如溶质载体家族7成员11和GPX4的表达均降低。
（三）铁死亡参与DKD的可能机制
1.缺氧诱导因子（hypoxia-inducible factor，HIF）-1α/血红素加氧酶1（heme oxtgenase 1，HO-1）途径：作为糖尿病微血管并发症，肾脏缺血被认为是DKD的主要原因之一。肾脏缺血引起的慢性缺氧可导致肾小管HIF和HO-1水平升高，过量的HO-1通过降解血红素引起铁过载，导致氧化应激和脂质过氧化，从而触发铁死亡［18］；此外，HO-1缺乏会增加肾小管细胞对铁死亡的易感性［21］。有研究认为，HO-1在铁死亡过程中起关键作用［22］。HIF-1α是HO-1的靶基因之一，参与调控铁死亡，并与GPX4的表达正相关［23］。Feng等［24］在db/db小鼠模型中发现，铁死亡可能通过HIF-1α/HO-1途径参与肾小管损伤和纤维化。
2.核因子E2相关因子2（NFE2-related factor 2，Nrf2）途径：Nrf2属于转录因子亮氨酸拉链转录激活因子家族成员，在肝脏、肾脏等器官高表达。Nrf2通过调节一系列信号蛋白和酶的表达，维持细胞氧化还原稳态和氧化介质的平衡，在抗氧化应激中发挥重要作用［25］。此外，Nrf2在转录水平参与调节多种与铁储存和转运相关的基因表达，Nrf2敲除的小鼠表现为脾脏和肝脏铁含量增加［26］。有研究发现，DKD小鼠肾小管中Nrf2的蛋白表达降低，同时，特异性敲除Nrf2可增加高糖条件下HK-2细胞对铁死亡的敏感性［19］。
3. ROS和脂质过氧化：铁蛋白是一种广泛表达且高度保守的蛋白质，由铁蛋白重链（ferritin heavy chain，FTH）和铁蛋白轻链（ferritin light chain，FTL）组成，FTH和FTL对于维持铁稳态及防止铁过载具有重要作用［27］。在铁死亡的情况下，FTH-1的低表达和TFR-1的过度表达可导致Fe2+过度积累，后者通过Fenton反应产生大量ROS，这被认为是铁生物毒性的关键机制之一［28］。该作用在糖尿病诱导的高氧化还原活性的线粒体中尤为明显。ROS的累积和铁过载是促进DKD发生的重要因素［19］。此外，肾铁水平升高可促进花生四烯酸酯氧合酶活化、引起氧化应激，而铁与花生四烯酸酯氧合酶是介导脂质过氧化的主要机制［17］。
4. GPX4途径：GPX4是一种硒蛋白，是铁死亡过程中最重要的酶之一。Wang等［29］研究发现，DKD小鼠肾脏中铁死亡相关标志物发生显著变化，包括长链脂酰辅酶A合成酶4（acyl-CoA synthetase long-chain family member 4，ACSL4）表达增加、GPX4表达降低，脂质过氧化产物和铁含量增加。接下来，他们在体外实验中观察到，铁死亡诱导剂erastin或RSL3（Ras-selective lethal small molecule 3，一种铁死亡激活剂）可诱导肾小管细胞死亡，此外，铁和高水平的ACSL4使细胞更易发生铁死亡。
（一）降糖药物
1.噻唑烷二酮类药物：ACSL4是调节脂质成分的关键酶，研究显示，ACSL4不仅可以调节铁死亡的敏感性，还可促进铁死亡的发生［30］。Doll等［31］观察到，罗格列酮可特异性抑制ACSL4，改善因铁死亡导致的组织损伤。国内邓玉娇［32］研究发现，罗格列酮可能通过靶向抑制ACSL4或增强GPX4的活性减轻RSL3诱导的人脐静脉内皮细胞铁死亡，减少脂质过氧化物和ROS对细胞的致死性损伤。此外，罗格列酮与Ferrostatin-1（一种强效的选择性铁死亡抑制剂）在减轻脂质过氧化损伤中具有协同作用［32］。由此，罗格列酮可能通过抑制铁死亡发挥对DKD的保护作用。
2.钠-葡萄糖共转运蛋白2抑制剂：钠-葡萄糖共转运蛋白2抑制剂具有调节铁代谢的作用。Zeng等［33］研究发现，低剂量恩格列净可通过调节铁稳态及肾脏氧化应激相关的基因，改善小鼠肾脏纤维化。此外，Ghanim等［34］研究发现，达格列净可有效降低2型糖尿病患者血清铁调素水平，改善铁代谢紊乱。
3.胰高糖素样肽-1受体激动剂（glucagon-like peptide 1 receptor agonist，GLP-1RA）：GLP-1RA除降糖、抑制胰岛β细胞凋亡、抑制胰高糖素分泌等作用外，还具有抗氧化应激、改善血管内皮功能以及肾脏保护作用［35, 36］。Huang等［37］观察到，利拉鲁肽可通过增强Wnt/β-catenin信号传导，减轻糖尿病大鼠肾小球细胞外基质沉积和肾损伤。Yang等［38］研究显示，在Zucker糖尿病肥胖大鼠的肾脏以及体外培养的HKC-8细胞中，利拉鲁肽具有促进自噬以及阻止Nrf2易位到细胞核中、改善氧化应激的作用。该研究认为，GLP-1RA通过GLP-1R-单磷酸腺苷依赖的蛋白激酶-哺乳动物雷帕霉素靶蛋白-自噬-ROS信号轴，发挥降糖之外的肾脏保护作用。
（二）调脂药物
研究表明，调脂药物非诺贝特可能通过保护细胞免受氧化应激改善糖尿病并发症［39］。在Nrf2基因敲除的细胞中，非诺贝特可在转录和翻译水平逆转HK-2细胞铁死亡相关基因（GPX4、FTH-1、TFR-1等）的表达，从而抑制铁死亡的发生。此外，非诺贝特还可改善糖尿病小鼠铁死亡相关的肾脏病理损伤［19］。
（三）中药成分
小檗碱是黄连中提取的生物碱，具有抗氧化应激、抗炎、降低血糖的作用。有研究发现，小檗碱可能通过调节Nrf2/HO-1/GPX4信号通路抑制高糖诱导下肾脏足细胞的铁死亡［40］。
（四）其他
吉马酮是从大根天竺葵中分离的单体化合物之一，具有抗炎、抗氧化、抗病毒等作用［41］。Jin等［42］研究发现，吉马酮通过抑制铁死亡，改善DKD小鼠模型的肾损伤并抑制足细胞凋亡。罗沙司他是HIF脯氨酰羟化酶的抑制剂，近年来广泛用于治疗慢性肾脏病患者的肾性贫血，Li等［43］研究发现，罗沙司他可通过上调HIF-1α、激活Nrf2，抑制铁蓄积和脂质过氧化，降低铁死亡，从而减轻肾损伤及肾纤维化。
综上，铁死亡作为一种新型细胞死亡形式，与氧化应激、脂质过氧化密切相关。在DKD的发生和发展中发挥重要作用，因此，深入探讨铁死亡在DKD中的作用及机制，可为DKD患者提供治疗新的治疗思路和药物靶点。
利益冲突 所有作者声明无利益冲突
参考文献略
来源：中华糖尿病杂志微信公众号
