铁死亡是一种由于细胞内代谢通路紊乱导致脂质过氧化物过度积累引起的新型细胞死亡方式，主要机制是在Fe2+或酯氧合酶的作用下，催化细胞膜上高表达的不饱和脂肪酸，发生脂质过氧化，从而导致细胞死亡[1]。迄今为止发现至少存在4种铁死亡抑制系统，包括谷胱甘肽/谷胱甘肽过氧化酶4(glutathione peroxidase 4,GPX4)[2]、铁死亡抑制蛋白1(ferroptosis suppressor protein 1,FSP1）/泛醌（coenzyme Q10,CoQ10)[3,4]、线粒体酶二氢乳酸脱氢酶/CoQ10[5]和环GTP水解酶1/四氢生物蝶呤[6]途径。其中，最为经典的是GPX4通过谷胱甘肽特异性催化脂质过氧化物抑制铁死亡发生。Doll等[4]发现FSP1作为独立于GPX4的第二种铁死亡抑制因子，通过N-末端肉豆蔻酰化定位于质膜，并且充当脂质过氧化物的自由基清除剂抑制铁死亡。FSP1作为一个有前途的治疗靶点，了解其在铁死亡及其调节中的作用，探索靶向FSP1在肝脏疾病中的应用潜力至关重要。

1、 FSP1概述

1.1 FSP1的结构及发现过程

FSP1是一种高度保守的黄素蛋白，属于醌氧化还原酶家族[7]，包括N-末端疏水结构域、还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（nicotinamide adenine dinucleotide,NADH）氧化还原酶结构域和黄素腺嘌呤二核苷酸结构域[8]。FSP1基因位于染色体10q21.3-q22.1上，可以合成含有373个氨基酸的多肽，分子量约为40.5 kD[9]。起初FSP1被认为是调节凋亡的关键因子，Wu等[10]首次发现FSP1基因是新型的p53应答基因，可以参与肿瘤的调节，因此将其命名为p53反应基因3。进一步研究发现，FSP1是一种高度保守的烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸[nicotinamide adenine dinucleotide phosphate,NAD(P)H）]依赖性泛醌氧化还原酶，属于黄素蛋白凋亡诱导因子（apoptosis inducing factor,AIF）家族成员。在人类中，有3种AIF同工酶[11]:AIFM1、AIFM2和AIFM3。AIFM1是最丰富的同工酶，在转运到线粒体膜之前翻译到细胞质中，在黄素腺嘌呤二核苷酸帮助下经历折叠并获得其功能结构。不同的是，AIFM2(FSP1）缺乏线粒体靶向序列，并且具有N-末端肉豆蔻酰化结构导致不能进入线粒体而黏附于质膜和内质网中，因此又命名为AIF同源线粒体相关死亡诱导蛋白或线粒体凋亡相关诱导因子2[9,10,12]。伴随铁死亡的深入研究，2019年Doll等[4]构建了耐铁死亡细胞系的互补DNA表达文库，对GPX4基因敲除的存活细胞进行测序，发现FSP1在缺乏GPX4的细胞中仍能对抗铁死亡，因此AIFM2更名为FSP1。

1.2 FSP1的功能

FSP1在心脏、肝脏、脑和肾脏等组织中均有不同水平表达，Nguyen等[13]发现FSP1参与呼吸链上的电子传递，调节糖酵解及产热过程，在维持机体的正常能量代谢中发挥关键作用。FSP1最初被发现是P53靶基因，通过核转位诱导细胞发生非caspase依赖性细胞凋亡。FSP1作为NAD(P)H依赖性氧化还原酶，还可以发挥抑制铁死亡的核心作用，目前了解到FSP1通过3种不同的机制发挥抗铁死亡作用，包括FSP1-Co Q10-NAD(P)H途径、FSP1-VKH2-NAD(P)H途径和FSP1-ESCRT-Ⅲ依赖性膜修复途径。位于脂滴和质膜中的FSP1，通过N-末端肉豆蔻酰化序列锚定在脂质双层中，发挥自身的氧化还原酶活性，氧化NAD(P)H，同时将泛醌（CoQ10）还原为泛醇（reduced coenzyme Q10,Co Q10 H2),Co Q10H2作为亲脂性抗氧化剂，捕获自由基，防止脂质过氧化[4],FSP1还可以通过Co Q10 H2间接或直接在体外产生α-生育酚，发挥抗氧化效应[14]。已经发现FSPl介导维生素K还原为维生素K氢醌（vitamin K hydroquinone,VKH2）参与非经典维生素K循环，保护细胞免受脂质过氧化和铁死亡[15,16]。最近的一项研究[17]报道，FSP1以不依赖CoQ10的方式通过促进内吞体运输必需分选复合物Ⅲ（endosomal sorting complex required for transport,ESCRT）增强细胞膜的修复来抑制铁死亡。FSP1发挥铁死亡的保护作用，这些途径涉及辅酶Q10和维生素K的还原，以及ESCRT-Ⅲ依赖性膜修复的调节，共同有助于抑制脂质过氧化和预防铁死亡。FSP1作为铁死亡的关键抑制因子这一新发现，揭示了细胞死亡背后的复杂分子机制。然而，需要进一步的研究来充分了解其复杂的调控机制和作为疾病治疗靶点的潜力。

2、FSP1与肝脏疾病

2.1 FSP1与代谢相关脂肪性肝病（metabolic associated fatty liver disease,MAFLD)

以肝细胞脂质沉积过多为特点的MAFLD，常伴有肥胖、糖尿病、高脂血症等代谢紊乱。据统计，MAFLD在全球患病率高达30%，并且呈逐渐增加、低龄化的趋势[18]。目前认为，铁超载引起的铁死亡伴随着活性氧升高和炎症反应、胰岛素抵抗和代谢紊乱，是MAFLD发生的主要诱导因素[19]。FSP1是脂滴相关的NADH氧化还原酶，在棕色脂肪组织中通过寒冷及饮食的诱导，氧化NADH以维持高的细胞溶质NAD+水平，促进电子传递及产热，保持稳定的糖酵解速率[13]。这说明FSP1具有调节代谢性疾病的潜在价值。核因子红细胞2相关因子2(nuclear factor erythroid 2 related factor2,Nrf2）是重要的转录因子，通过感知和整合多种环境信号调节细胞保护基因，保护细胞免受各种氧化和毒性损伤[20]。研究者[21]在高脂喂养的小鼠中发现，Nrf2抑制酶的表达可调节脂肪酸合成，并通过p62-Keap1-Nrf2轴减缓代谢相关脂肪性肝炎的发展。近年来，Nrf2调节肝细胞铁死亡的机制越来越多地被发掘。在一项动物研究[22]中，脱氢枞酸被证实具有与Kelch ECH相关蛋白1(recombinant kelch like ECH associated protein 1,Keap1）结合的能力，结合后促进Nrf2与FSP1启动子上亲电子反应元件结合，上调FSP1表达，抑制脂质过氧化物蓄积导致的肝细胞铁死亡，缓解MAFLD肝损伤。因此发现FSP1-Co Q轴作为Keap1-Nrf2途径的关键下游效应子调节脂肪酸合成，抑制铁死亡，减缓MAFLD发展。鼠双微体2(murine double minute 2,MDM2）和鼠双微体X(murine double minute X,MDMX）是抑癌基因p53的负调节因子，MDM2或MDMX的抑制导致FSP1蛋白水平升高，从而导致Co Q10水平升高，同时发现MDM2和MDMX通常会阻止细胞对脂质过氧化进行足够的防御，促进铁死亡[23]，这将为MAFLD的防治提供新的治疗方向。

2.2 FSP1与肝细胞癌（HCC)

HCC是最常见的肝癌类型。在精准医学的背景下，尚缺乏理想的抑制HCC药物，现有研究主要集中在索拉非尼引起的铁死亡及其潜在靶点。索拉非尼是一种多激酶抑制剂，用于治疗晚期HCC[24,25]，但较强的耐药性使其应用受限。最近发现索拉非尼可以作为铁死亡诱导剂杀死耐药癌细胞。Sun等[26]发现，索拉非尼可以通过P62-Keap1-Nrf2途径诱导肝癌细胞铁死亡，并激活如醌氧化还原酶1、血红素加氧酶1和铁蛋白重链1等一系列能够引发解毒和抗氧化反应的靶基因。Liu等[27]进一步发现，索拉非尼通过促进三结构域蛋白54介导的FSP1泛素化引起肝癌细胞铁死亡，这些研究证实铁死亡诱导剂索拉非尼通过多种途径诱导FSP1参与肝癌细胞铁死亡。Yuan等[28]通过临床和实验表明，高密度脂蛋白结合蛋白作为肝脏中的关键脂质转运蛋白之一，可以稳定非编码RNA lncFAL（铁死亡相关lnc RNA）并通过阻断FSP1蛋白降解对铁死亡脆弱性发挥调节作用，FSP1作为lncFAL调节的下游因子，为HCC患者提供有希望的治疗靶点。研究人员[4]在野生型和GPX4敲除环境中对FSP1过表达细胞进行了反筛选实验，发现了一种名为i FSP1的特异性FSP1抑制剂，i FSP1有效治疗使癌细胞对铁死亡敏感。Cheu等[29]发现，FSP1在人类HCC中显著过表达，并受Keap1/Nrf2通路调控，FSP1抑制剂iFSP1显著增加了小鼠肿瘤中树突状细胞、巨噬细胞和T淋巴细胞的数量，认为iFSP1通过免疫疗法有效改善HCC小鼠的存活率。

最近一项临床前研究[30]发现一种新的FSP1抑制剂的结合位点可以选择性靶向不同物种的i FSP1样分子，为第二代FSP1抑制剂的合理设计和优化提供了基础，然而其作用机制尚不清楚。Nakamura等[31]通过小分子文库筛选到了一类3-苯基喹唑啉酮类化合物（3-phenylquinolinone compounds,icFSP1）作为FSP1的抑制剂，与现有的FSP1抑制剂不同，icFSP1不是通过竞争性抑制酶活性，而是通过独特的相分离机制使癌细胞对铁死亡敏感，并与铁死亡诱导剂协同作用以增强铁死亡，减弱体内肿瘤生长，为靶向FSP1依赖性相分离作为有效的抗癌疗法提供了依据，这是一种调节生物活性的新兴机制。CoQ是FSP1的主要底物，是通过构成多个细胞过程的核心代谢途径甲羟戊酸途径产生的。研究[32]将药物制成纳米颗粒，被细胞摄取或定向送至靶位点，通过干预甲羟戊酸代谢途径来调节FSP1/CoQ轴，可以有效抑制癌细胞分化、迁移以及减少耐药性，干扰细胞内氧化还原平衡并增强癌细胞铁死亡。这些研究概述了不同独特的机制抑制癌细胞生长、增殖和分化，但需要进一步研究来充分了解这些调控途径的相互作用及对HCC的潜在治疗意义。

2.3 FSP1与急性肝衰竭（acute liver injury,ALI)

ALI是一种在药物、病毒和化学毒物等因素刺激下，肝细胞快速损伤导致肝衰竭的临床综合征。然而，在不同ALI模型实验中铁死亡结果不尽相同。在肝脏转化生长因子β受体1敲除的小鼠中注射D-半乳糖胺和脂多糖诱导ALI中，转化生长因子β受体1缺乏通过上调FSP1的水平影响糖原合成酶激酶3β和Nrf2磷酸化来缓解铁死亡[33]。药物性肝损伤是ALI的主要原因，实验室常用对乙酰氨基酚（APAP）诱导内源性药物性肝损伤。甲磺酸米托醌（Mito Q）是一种特异性靶向线粒体的抗氧化剂，由Co Q和亲脂性三苯基膦阳离子组成的Mito Q可以在线粒体中积累以防止线粒体氧化应激[34]。He等[35]使用APAP诱导小鼠急性肝损伤，发现Mito Q能以FSP1依赖的方式阻止肝毒性。这些结果表明，铁死亡可能参与了APAP诱导的肝细胞死亡。α-生育酚是一种有效的抗氧化剂，但是Knight等[8]报道称，α-生育酚不能改善APAP诱导的肝损伤，并且脂质过氧化并非APAP引发的肝毒性的促成因素。此外，最近的一项综述[36]认为，其他类型的细胞死亡不符合APAP的毒性特征，APAP诱导的肝毒性应被确定为程序性坏死。因此，铁死亡能否成为ALI有价值的治疗靶点仍有待商榷。

2.4 FSP1与酒精性肝损伤

在酒精性脂肪肝（alcoholic liver disease,ALD）中，长期过量饮酒使铁在肝脏中沉积，引发铁过载并加重肝功能的损伤。在乙醇诱导的肝损伤的修复过程中，铁死亡总是受到负性调节。酒精诱导的细胞损伤和ALD小鼠模型中可见大量活性氧积累及脂质过氧化，这可以通过铁死亡抑制剂Fer-1来挽救，表明铁死亡是ALD发病机制中的主要机制[37,38]。Nrf2不仅是抗氧化系统的关键因子，而且能通过调控FSP1抑制铁死亡。研究[39]显示富马酸二甲酯通过激活Nrf2途径抑制铁死亡，这对乙醇诱导的氧化损伤具有保护作用，同时发现，Nrf2通过调节铁和脂质稳态对抗铁死亡的新机制超出了抗氧化功能。因此，研究FSP1的分子结构、阐明控制其表达和功能的信号通路，以及探索基于ALD患者铁死亡的治疗靶点，将为FSP1抑制铁死亡的精确机制提供有价值的见解。

2.5 FSPI与肝缺血再灌注损伤（hepatic ischemia reperfusion-related injury,HIRI)

HIRI是失血性休克、肝移植及肝切除的主要的严重并发症。越来越多证据显示铁死亡参与HIRI的发病机制，靶向铁死亡可能是一种有前景的治疗方法。FSP1作为维生素K还原酶，消耗NAD(P)H，将维生素K还原为VKH2，后者作为抗氧化剂捕获自由基，抑制脂质过氧化[15]。然而，在用FSP1抑制剂iFSP1处理后上述铁死亡抑制作用降低，并能在FSP1过表达后恢复[40]，这表明FSP1的维生素K还原酶作用在铁死亡抑制过程的重要作用。维生素K的3种形式（叶绿醌、甲基叶绿醌-4和甲醌）都能有效地抑制铁死亡，Mishima等[15]在FSP1敲除的细胞和小鼠实验中，证明了FSP1介导的维生素K还原是叶绿醌和甲基叶绿醌-4抗铁死亡的关键机制。并在与铁死亡相关的HIRI小鼠模型中，维生素K被证明具有有效对抗铁死亡的作用而改善肝功能，且维生素K的抗铁死亡作用依赖于FSP1的表达和活性。探索FSP1在HIRI中发挥的确切作用，可以指导潜在的治疗干预并提供新的研究途径。

3、小结与展望

FSP1参与了MAFLD、HCC、ALI等多种铁死亡相关肝脏疾病的病理生理过程，然而，在其他肝脏疾病如病毒性肝炎、自身免疫性肝病等的作用机制仍有待研究。深入研究FSP1作用机制，开发包括以FSP1为靶点、FSP1抑制剂以及纳米材料等新药物，在多种铁死亡相关肝病治疗中具有广阔的应用前景。尽管FSP1相关研究取得了重大进展，但关于FSP1的氧化还原酶活性是如何被调节的，以及其亚细胞定位在不同生理病理过程中的作用尚未明确，且绝大多数现有的研究是在动物模型或体外进行的，涉及FSP1的临床试验很少。总之，FSP1在各种肝脏疾病的发病过程中起着关键作用，其确切的机制和功能需要进一步研究。

参考文献:

[25]窦婷,朱向高,杨昊.铁死亡在肝细胞癌中的研究进展[J/CD].中国肝脏病杂志(电子版), 2023, 15(4):6-10.

[38]李玥,杨松.酒精性肝病研究进展[J/CD].中

基金资助:山西省自然科学研究面上项目(202203021211059)~~;

文章来源:王思思,王亚茹,刘睿,等.铁死亡抑制蛋白1在肝脏疾病中的作用机制及潜在治疗靶点[J].临床肝胆病杂志,2024,40(07):1493-1497.