糖尿病視網膜病變（DR）是導致成年人失明的主要視網膜血管病之一。目前DR的治療策略具有一定療效但存在各種局限性，因此亟需深入探究DR的發病機制，探索新的治療靶點。鐵死亡是一種特殊的細胞程序性死亡方式，近些年來研究發現，鐵死亡可以通過誘導視網膜氧化應激反應、引起視網膜血管異常改變、加劇視網膜神經損傷和導致免疫異常等方面參與DR的發生和發展。因此，探索鐵死亡在DR中的作用機制可為鐵死亡抑制劑作為潛在預防和治療DR藥物臨床轉化的可能性提供有力的基礎科學依據，為DR的防治開辟新途徑。
糖尿病是一種我國常見的慢性代謝性疾病，長期高血糖水平可能會對全身各個器官和系統造成損害。自2007年以來，我國先后進行了4次糖尿病流行病學調查，糖尿病患病率從2007年的9.7%增長至2017年的11.2%。而糖尿病視網膜病變（DR）是糖尿病患者人群視力損害和不可逆失明的主要原因，糖尿病患者中DR患病率高達25%[1]。值得注意的是，血糖的長期控制不良、高血壓、血脂異常均會增加DR的發病風險[2]。由于DR的發展相對隱匿且早期癥狀不明顯，現有的治療方法主要集中于視力下降明顯的DR中晚期階段，且存在一定的局限性和不可避免的危險性，因此還需要進一步探索DR的發病機制尋找更為安全有效的藥物[3]。鐵死亡概念的提出為深入了解DR的發生和發展過程帶來了重要契機。鐵死亡是一種新發現的鐵依賴性細胞程序性死亡，研究顯示可能會通過過氧化物蓄積、影響細胞生存等方面參與DR[4-5]。現就鐵死亡參與DR發病機制的研究進展作一綜述，為DR發病機制的研究以及和防治開辟新途徑。
1 鐵和鐵死亡
1.1 鐵與視網膜
鐵是人體必需的微量元素之一，其作為調節細胞穩態的重要金屬元素，參與血紅蛋白的合成、氧氣的運輸、氧化還原反應和DNA合成等多種生理機制[6]。正常含量的鐵離子作為重要的光轉導酶輔助因子，不僅維持著光感受器細胞正常代謝，而且在維持視覺功能及預防視力損傷方面至關重要[7]。
血視網膜屏障中存在雙向鐵流。鐵流方向取決于視網膜色素上皮（RPE）細胞中鐵的含量與狀態。RPE細胞是視網膜合成細胞表面轉鐵蛋白復合物（Tf）受體（TfR）的主要場所。TfR位于RPE細胞的基底外側和頂端表面[8]。Fe3+和鐵蛋白在RPE細胞和光感受器細胞內節濃度最高，細胞外節濃度相對較低。鐵離子含量與鐵蛋白含量呈正相關，鐵與鐵蛋白緊密結合還可調節視網膜新生血管的產生[9]。血液循環中的Fe3+與Tf經TfR介導的內吞作用進入細胞，與Tf結合后的Fe3+將與p53蛋白相互作用使視網膜免受游離鐵的毒性作用。同時Tf對視網膜還有神經營養的作用。然而視網膜內過量的鐵離子積累是有害的。血液中Tf含量有限，當血液Tf達到約70%會出現濃度飽和伴有游離的Fe2+[6, 10]，Fe2+在氧化成Fe3+時將氧氣還原形成超氧自由基，通過芬頓反應引起脂質過氧化誘導細胞死亡[11]。視網膜中鐵的攝取、運輸、儲存和利用等方面的任一環節出錯都可引起鐵代謝障礙，引起視網膜細胞氧化損傷及細胞死亡。
1.2 鐵死亡
2012年，Dixon等[10]描述了一種不同于凋亡、自噬和壞死的新型細胞死亡形式，并命名為“ferroptosis”，中文意譯為“鐵死亡”。此發現源于小分子化合物愛拉斯汀，它抑制細胞內谷胱甘肽（GSH）的合成，導致鐵依賴性的脂質活性氧（ROS）產量增加，誘導腫瘤細胞發生鐵死亡。
鐵死亡屬于調節性細胞死亡的一種。鐵死亡細胞以鐵依賴性ROS積累和質膜多不飽和脂肪酸的脂質過氧化為特征，具有獨特的形態學和生物代謝的變化。在超微結構水平上，鐵死亡細胞通常表現為線粒體異常，如線粒體凝聚或腫脹、膜密度增加、嵴減少或缺失、外膜破裂，而細胞核未發生明顯的改變[11]。鐵過載是鐵死亡的關鍵，鐵離子積累會氧化細胞膜及細胞器膜上的不飽和脂肪酸，形成脂質過氧化物，破壞細胞結構和功能，最終導致細胞損傷或死亡。此過程生成的大量ROS還會引起生物大分子的氧化應激損傷，從而影響細胞內氧化還原的敏感性、糖異生信號通路和轉錄因子的表達[12]。
鐵穩態依賴于多種鐵代謝蛋白的協調，一旦這些鐵代謝蛋白分子表達改變，就會觸發鐵死亡[13]。研究人員設計了一種獨特的熒光共振能量轉移探針，該探針在鐵死亡模型的應用揭示了鐵死亡期間鐵離子的不穩定變化，為研究生命系統中的鐵信號傳導提供了依據[14]。鐵死亡受多種信號通路調控，目前發現可以抑制鐵死亡的物質有鐵螯合劑、親脂抗氧化劑、多不飽和脂肪酸酰基磷脂和脂質過氧化抑制劑，而凋亡或壞死抑制劑等效果不佳[15]。
1.3 鐵死亡的信號通路及調控機制
鐵死亡通過轉運蛋白依賴途徑發生，轉鐵蛋白與TfR結合把鐵從細胞外轉移到細胞內將促進鐵死亡[16]。其內源性或代謝信號的調控主要有5種機制：鐵代謝紊亂、脂質過氧化積累、GSH過氧化物酶4（GPX4）活性下降、胱氨酸/谷氨酸逆向轉運體（System Xc-）的抑制、P53通路的激活。鐵死亡最主要的代謝信號途徑特點是過量的Fe2+通過介導的芬頓反應產生大量羥基自由基，使組成生物膜的多不飽和脂肪酸發生脂質過氧化，最終導致完整的細胞膜損傷，推動細胞死亡[17]。其本質是GSH的耗竭GPX4的活性下降，脂質氧化物不能通過GPX4催化的GSH還原酶反應代謝，Fe2+氧化脂質產生致死量ROS。System Xc-是位于細胞膜的轉運蛋白，能夠實現細胞內谷氨酸與細胞外胱氨酸的相互置換。當愛拉斯汀和選擇性致死蛋白3直接或間接抑制System Xc-時，細胞內半胱氨酸和GSH耗竭，線粒體膜電位超極化以及脂質過氧化氫物積累，使脂質過氧化過度增強，誘導鐵死亡[10, 18]。該過程中ROS的產生需要由酰基輔酶A合成酶長鏈家族成員4和溶血磷脂酰膽堿酰基轉移酶3激活的多不飽和脂肪酸的參與[19]。溶質載體家族7成員11（SLC7A11）在正常條件下抑制鐵死亡，p53通路的激活通過抑制單泛素化組蛋白H2B的水平負向調節SLC7A11的作用[20]。
圖1
高糖引起的視網膜細胞鐵死亡及對DR進程的影響 HG：高葡萄糖；RPEs：視網膜色素上皮細胞；RGCs：視網膜神經節細胞；DAMPs：損傷相關分子模式；GMFB：膠質細胞成熟因子β；Tf：轉鐵蛋白復合物；TfR：轉鐵蛋白受體；System Xc-：胱氨酸/谷氨酸逆向轉運體；SCL3A2: 溶質載體家族3成員2；SCL7A11：溶質載體家族7成員11；erastin：愛拉斯汀；RAGE：晚期糖基化終末產物受體；ACLS4：長鏈脂酰輔酶A合成酶4；ROS：脂質活性氧；PUFAs：多不飽和脂肪酸；-OH：羥基；-OOH：羧基；GPX4: 谷胱甘肽過氧化物酶4；GSH：谷胱甘肽；GS-SH：還原性谷胱甘肽；TRIM46：三重基序蛋白46；HRCECs：人視網膜血管內皮細胞；VEGF：血管內皮生長因子；NRF2：核因子E2相關因子2；PGC-1α：過氧化物酶體增殖物激活受體-γ共激活因子-1α；p53：腫瘤蛋白p53
2 鐵死亡參與DR的調控機制
DR是一種高度特異性的糖尿病性神經視網膜和微血管并發癥，其血管病變與神經病變均發生于疾病早期[21]。近年來的研究提示視網膜鐵離子的分布、濃度和代謝情況將可能作為監測DR早期發生和晚期控制的有效指標。而鐵死亡可以通過誘導視網膜細胞氧化應激、促進視網膜新生血管形成、介導異常免疫反應等方面影響DR，鐵死亡將成為研究DR的新方向[22]。
2.1 鐵死亡誘導DR視網膜脂質過氧化
鐵死亡的關鍵特征是鐵依賴性脂質過氧化物的積累，而視網膜細胞的脂質過氧化與細胞活性下降已被證明是DR發病機制的關鍵因素。Tang等[23]研究發現，高血糖通過誘導RPE細胞鐵死亡而增加RPE細胞中ROS、氧化GSH的含量，增強線粒體膜的脂質過氧化密度，這加重DR中視網膜的氧化應激損傷程度。該研究還發現高純度天然產物黃芪甲苷-IV可以通過抑制鐵死亡來限制微小RNA-138-5p表達，增加核因子E2相關因子2活性以增強細胞抗氧化能力，從而減少RPE細胞的死亡。
近年來血清脂肪酸結合蛋白4可用作DR患者的獨立預后標志物，它與DR的嚴重程度呈正相關[24]。Fan等[25]利用鏈脲佐菌素誘導的DR小鼠模型和高葡萄糖誘導的人RPE細胞模型，揭示了血清脂肪酸結合蛋白4通過誘導過氧化酶增殖物激活受體γ介導的鐵死亡加重DR中脂質過氧化和氧化應激的程度。在高糖環境早期階段中，玻璃體分泌的大量膠質成熟因子B蛋白可以從溶酶體中移位三磷酸腺苷酶6V1A，并損害RPE細胞溶酶體的正常酸化功能，從而導致分子伴侶介導自噬底物酰基輔酶A合成酶長鏈家族成員4蛋白積累，誘導RPE細胞中的鐵死亡，最終誘導早期DR的鐵死亡發生，其主要變現為ROS上調、GPX4下調等脂質過氧化表現。而鐵死亡抑制劑利普司他丁-1、在糖尿病大鼠模型中有效，可預防早期DR并維持正常的視覺功能[26]。
2.2 鐵死亡引起DR視網膜血管異常改變
DR的主要血管病理變化包括內皮細胞死亡、毛細血管通透性增加、血管活性物質的釋放，以及新生血管形成等[27]。Zhang等[28]研究發現，高血糖抑制人視網膜血管內皮細胞（HRCECs）的生長和活性狀態并誘導細胞鐵死亡，其可被鐵死亡抑制劑所逆轉。高葡萄糖處理后HRCECs的三重基序蛋白46表達上調、泛素化增加，以及加速細胞內GPX4的清除，誘導HRCECs鐵死亡的發生。而HRCECs在維持視網膜毛細血管的完整性方面起著重要作用，HRCECs異常是DR的發病機制之一[29]。
此外，鐵死亡的爆發導致RPE細胞表現出較低的細胞活力和較高的脂質過氧化水平的同時，也通過增加SLC7A11的表達水平促進RPE細胞分泌血管內皮生長因子從而參與激光誘導的視網膜新生血管生成過程[30]。琥珀酸鹽是線粒體三羧酸循環的中間體，在缺氧和氧化應激期間表達升高，琥珀酸鹽誘導的蛋白偶聯受體91激活腎素-血管緊張素系統，骨形態發生蛋白6能通過蛋白偶聯受體91-琥珀酸鹽信號傳導途徑誘導RPE細胞中的血管內皮生長因子表達，以此觸發視網膜血管增殖[31-32]。
2.3 鐵死亡加劇DR視網膜神經損傷
雖然已知DR神經損傷的病理改變主要包括由高血糖直接刺激引起的神經細胞損傷和膠質細胞增生，但目前神經損傷的原因尚不明確[33]。視網膜與大腦都起源于神經管，神經管從間腦延伸，視網膜作為前腦的神經-外胚層衍生物出現，因此近年來許多研究將腦退行性疾病與眼科神經性疾病聯系起來[22]。研究表明，鏈脲佐菌素造模1周后的糖尿病大鼠出現視網膜水平細胞突觸變性，第4周視網膜神經節細胞、光感受器細胞及無長突細胞均開始發生凋亡[34]。而鐵死亡抑制劑可以通過防止視力喪失、視網膜神經節細胞喪失和軸突變性為視網膜提供了顯著的神經保護[35]。大量證據指出，鐵死亡與包括帕金森綜合征、阿爾茨海默病等在內的神經退行性疾病的脂質過氧化積累直接相關。在阿爾茨海默病成年小鼠模型中，GPX4減少會損害小鼠海馬神經元與星形膠質細胞[36]。GPX4減少將誘發鐵死亡，而高葡萄糖條件會加速DR種視網膜內GPX4的清除。微管相關蛋白tau的異常高度磷酸化所引起的神經元細胞凋亡及退行性改變在DR的發生中起關鍵作用[37-38]。有效的鐵螯合劑在動物模型中可以治療神經退行性疾病。目前鐵螯合劑藥物正在阿爾茨海默病的2期臨床試驗中進行測試[39]。保護神經細胞對延緩DR進展有重要意義，以鐵死亡為切入點的鐵螯合劑類藥物也為預防和控制DR早期神經病變提供了新方向。
2.4 鐵死亡介導DR異常免疫反應
免疫細胞在特定條件下會發生鐵死亡，導致免疫活性受損。而在腫瘤免疫治療中，免疫細胞釋放的細胞因子誘導鐵死亡可以增強免疫效果[40]。最早將鐵死亡與免疫系統聯系起來的研究發現，在GPX4敲除小鼠模型中，GPX4的神經元特異性缺失導致新生小鼠共濟失調、癲癇發作和海馬CA3區域錐體細胞的顯著丟失，這些小鼠的腦組織對膠質纖維酸性蛋白有著強烈的免疫反應性[41]。GPX4缺陷的T細胞在迅速積累膜脂質過氧化物的同時驅動鐵死亡，以此降低對感染的免疫力[42]，而糖尿病患者機體免疫力下降的現象可能正是由于高血糖條件下代謝紊亂使得所引起的免疫細胞鐵死亡。
在DR早期階段，低水平激活視網膜小膠質細胞和補體系統所引起的炎癥反應稱為副炎癥，對于維持眼內平衡和恢復功能至關重要。鐵死亡促進視網膜胞外損傷相關分子模式的釋放和促進炎癥因子的分泌[43]。而胞外損傷相關分子模式的長期刺激會導致先天免疫系統適應不良、非經典炎癥，使得免疫細胞和血清蛋白在視網膜中大量積累，這參與DR的慢性炎癥、視網膜血管和神經元損傷等病理過程[44]。高遷移率族蛋白1（HMGB1）在鐵死亡細胞中以自噬依賴性方式釋放[43]。HMGB1可以結合Toll樣受體4和晚期糖基化終產物特異性受體來介導免疫反應，HMGB1-晚期糖基化終產物特異性受體通路的激活促進DR的炎癥反應的發作和持續[45]。
3 小結與展望
鐵死亡是一種特殊的細胞程序性死亡方式，自鐵死亡被發現以來，越來越多的研究表明其與癌癥、腎功能退化、腦部退行性病變和心力衰竭等多系統疾病密切相關。近些年來，眼科研究也逐漸聚焦到鐵死亡，鐵死亡可以通過誘導視網膜氧化應激反應、引起視網膜血管異常改變、加劇視網膜神經損傷和導致免疫異常等方面參與DR的發生和發展。然而鐵死亡的發生和調控機制尚未充分明確，鐵死亡調控DR過程中所發揮的生物學效應及精細分子機制仍需要大量的基礎研究和臨床證據的支持，進而以鐵死亡為著眼點，探索DR全新生物標志物，揭示鐵死亡在DR中的作用機制以及為鐵死亡抑制劑作為潛在預防和治療DR藥物臨床轉化的可能性提供有力的基礎科學依據。
糖尿病是一種我國常見的慢性代謝性疾病，長期高血糖水平可能會對全身各個器官和系統造成損害。自2007年以來，我國先后進行了4次糖尿病流行病學調查，糖尿病患病率從2007年的9.7%增長至2017年的11.2%。而糖尿病視網膜病變（DR）是糖尿病患者人群視力損害和不可逆失明的主要原因，糖尿病患者中DR患病率高達25%[1]。值得注意的是，血糖的長期控制不良、高血壓、血脂異常均會增加DR的發病風險[2]。由于DR的發展相對隱匿且早期癥狀不明顯，現有的治療方法主要集中于視力下降明顯的DR中晚期階段，且存在一定的局限性和不可避免的危險性，因此還需要進一步探索DR的發病機制尋找更為安全有效的藥物[3]。鐵死亡概念的提出為深入了解DR的發生和發展過程帶來了重要契機。鐵死亡是一種新發現的鐵依賴性細胞程序性死亡，研究顯示可能會通過過氧化物蓄積、影響細胞生存等方面參與DR[4-5]。現就鐵死亡參與DR發病機制的研究進展作一綜述，為DR發病機制的研究以及和防治開辟新途徑。
1 鐵和鐵死亡
1.1 鐵與視網膜
鐵是人體必需的微量元素之一，其作為調節細胞穩態的重要金屬元素，參與血紅蛋白的合成、氧氣的運輸、氧化還原反應和DNA合成等多種生理機制[6]。正常含量的鐵離子作為重要的光轉導酶輔助因子，不僅維持著光感受器細胞正常代謝，而且在維持視覺功能及預防視力損傷方面至關重要[7]。
血視網膜屏障中存在雙向鐵流。鐵流方向取決于視網膜色素上皮（RPE）細胞中鐵的含量與狀態。RPE細胞是視網膜合成細胞表面轉鐵蛋白復合物（Tf）受體（TfR）的主要場所。TfR位于RPE細胞的基底外側和頂端表面[8]。Fe3+和鐵蛋白在RPE細胞和光感受器細胞內節濃度最高，細胞外節濃度相對較低。鐵離子含量與鐵蛋白含量呈正相關，鐵與鐵蛋白緊密結合還可調節視網膜新生血管的產生[9]。血液循環中的Fe3+與Tf經TfR介導的內吞作用進入細胞，與Tf結合后的Fe3+將與p53蛋白相互作用使視網膜免受游離鐵的毒性作用。同時Tf對視網膜還有神經營養的作用。然而視網膜內過量的鐵離子積累是有害的。血液中Tf含量有限，當血液Tf達到約70%會出現濃度飽和伴有游離的Fe2+[6, 10]，Fe2+在氧化成Fe3+時將氧氣還原形成超氧自由基，通過芬頓反應引起脂質過氧化誘導細胞死亡[11]。視網膜中鐵的攝取、運輸、儲存和利用等方面的任一環節出錯都可引起鐵代謝障礙，引起視網膜細胞氧化損傷及細胞死亡。
1.2 鐵死亡
2012年，Dixon等[10]描述了一種不同于凋亡、自噬和壞死的新型細胞死亡形式，并命名為“ferroptosis”，中文意譯為“鐵死亡”。此發現源于小分子化合物愛拉斯汀，它抑制細胞內谷胱甘肽（GSH）的合成，導致鐵依賴性的脂質活性氧（ROS）產量增加，誘導腫瘤細胞發生鐵死亡。
鐵死亡屬于調節性細胞死亡的一種。鐵死亡細胞以鐵依賴性ROS積累和質膜多不飽和脂肪酸的脂質過氧化為特征，具有獨特的形態學和生物代謝的變化。在超微結構水平上，鐵死亡細胞通常表現為線粒體異常，如線粒體凝聚或腫脹、膜密度增加、嵴減少或缺失、外膜破裂，而細胞核未發生明顯的改變[11]。鐵過載是鐵死亡的關鍵，鐵離子積累會氧化細胞膜及細胞器膜上的不飽和脂肪酸，形成脂質過氧化物，破壞細胞結構和功能，最終導致細胞損傷或死亡。此過程生成的大量ROS還會引起生物大分子的氧化應激損傷，從而影響細胞內氧化還原的敏感性、糖異生信號通路和轉錄因子的表達[12]。
鐵穩態依賴于多種鐵代謝蛋白的協調，一旦這些鐵代謝蛋白分子表達改變，就會觸發鐵死亡[13]。研究人員設計了一種獨特的熒光共振能量轉移探針，該探針在鐵死亡模型的應用揭示了鐵死亡期間鐵離子的不穩定變化，為研究生命系統中的鐵信號傳導提供了依據[14]。鐵死亡受多種信號通路調控，目前發現可以抑制鐵死亡的物質有鐵螯合劑、親脂抗氧化劑、多不飽和脂肪酸酰基磷脂和脂質過氧化抑制劑，而凋亡或壞死抑制劑等效果不佳[15]。
1.3 鐵死亡的信號通路及調控機制
鐵死亡通過轉運蛋白依賴途徑發生，轉鐵蛋白與TfR結合把鐵從細胞外轉移到細胞內將促進鐵死亡[16]。其內源性或代謝信號的調控主要有5種機制：鐵代謝紊亂、脂質過氧化積累、GSH過氧化物酶4（GPX4）活性下降、胱氨酸/谷氨酸逆向轉運體（System Xc-）的抑制、P53通路的激活。鐵死亡最主要的代謝信號途徑特點是過量的Fe2+通過介導的芬頓反應產生大量羥基自由基，使組成生物膜的多不飽和脂肪酸發生脂質過氧化，最終導致完整的細胞膜損傷，推動細胞死亡[17]。其本質是GSH的耗竭GPX4的活性下降，脂質氧化物不能通過GPX4催化的GSH還原酶反應代謝，Fe2+氧化脂質產生致死量ROS。System Xc-是位于細胞膜的轉運蛋白，能夠實現細胞內谷氨酸與細胞外胱氨酸的相互置換。當愛拉斯汀和選擇性致死蛋白3直接或間接抑制System Xc-時，細胞內半胱氨酸和GSH耗竭，線粒體膜電位超極化以及脂質過氧化氫物積累，使脂質過氧化過度增強，誘導鐵死亡[10, 18]。該過程中ROS的產生需要由酰基輔酶A合成酶長鏈家族成員4和溶血磷脂酰膽堿酰基轉移酶3激活的多不飽和脂肪酸的參與[19]。溶質載體家族7成員11（SLC7A11）在正常條件下抑制鐵死亡，p53通路的激活通過抑制單泛素化組蛋白H2B的水平負向調節SLC7A11的作用[20]。
圖1
高糖引起的視網膜細胞鐵死亡及對DR進程的影響 HG：高葡萄糖；RPEs：視網膜色素上皮細胞；RGCs：視網膜神經節細胞；DAMPs：損傷相關分子模式；GMFB：膠質細胞成熟因子β；Tf：轉鐵蛋白復合物；TfR：轉鐵蛋白受體；System Xc-：胱氨酸/谷氨酸逆向轉運體；SCL3A2: 溶質載體家族3成員2；SCL7A11：溶質載體家族7成員11；erastin：愛拉斯汀；RAGE：晚期糖基化終末產物受體；ACLS4：長鏈脂酰輔酶A合成酶4；ROS：脂質活性氧；PUFAs：多不飽和脂肪酸；-OH：羥基；-OOH：羧基；GPX4: 谷胱甘肽過氧化物酶4；GSH：谷胱甘肽；GS-SH：還原性谷胱甘肽；TRIM46：三重基序蛋白46；HRCECs：人視網膜血管內皮細胞；VEGF：血管內皮生長因子；NRF2：核因子E2相關因子2；PGC-1α：過氧化物酶體增殖物激活受體-γ共激活因子-1α；p53：腫瘤蛋白p53
2 鐵死亡參與DR的調控機制
DR是一種高度特異性的糖尿病性神經視網膜和微血管并發癥，其血管病變與神經病變均發生于疾病早期[21]。近年來的研究提示視網膜鐵離子的分布、濃度和代謝情況將可能作為監測DR早期發生和晚期控制的有效指標。而鐵死亡可以通過誘導視網膜細胞氧化應激、促進視網膜新生血管形成、介導異常免疫反應等方面影響DR，鐵死亡將成為研究DR的新方向[22]。
2.1 鐵死亡誘導DR視網膜脂質過氧化
鐵死亡的關鍵特征是鐵依賴性脂質過氧化物的積累，而視網膜細胞的脂質過氧化與細胞活性下降已被證明是DR發病機制的關鍵因素。Tang等[23]研究發現，高血糖通過誘導RPE細胞鐵死亡而增加RPE細胞中ROS、氧化GSH的含量，增強線粒體膜的脂質過氧化密度，這加重DR中視網膜的氧化應激損傷程度。該研究還發現高純度天然產物黃芪甲苷-IV可以通過抑制鐵死亡來限制微小RNA-138-5p表達，增加核因子E2相關因子2活性以增強細胞抗氧化能力，從而減少RPE細胞的死亡。
近年來血清脂肪酸結合蛋白4可用作DR患者的獨立預后標志物，它與DR的嚴重程度呈正相關[24]。Fan等[25]利用鏈脲佐菌素誘導的DR小鼠模型和高葡萄糖誘導的人RPE細胞模型，揭示了血清脂肪酸結合蛋白4通過誘導過氧化酶增殖物激活受體γ介導的鐵死亡加重DR中脂質過氧化和氧化應激的程度。在高糖環境早期階段中，玻璃體分泌的大量膠質成熟因子B蛋白可以從溶酶體中移位三磷酸腺苷酶6V1A，并損害RPE細胞溶酶體的正常酸化功能，從而導致分子伴侶介導自噬底物酰基輔酶A合成酶長鏈家族成員4蛋白積累，誘導RPE細胞中的鐵死亡，最終誘導早期DR的鐵死亡發生，其主要變現為ROS上調、GPX4下調等脂質過氧化表現。而鐵死亡抑制劑利普司他丁-1、在糖尿病大鼠模型中有效，可預防早期DR并維持正常的視覺功能[26]。
2.2 鐵死亡引起DR視網膜血管異常改變
DR的主要血管病理變化包括內皮細胞死亡、毛細血管通透性增加、血管活性物質的釋放，以及新生血管形成等[27]。Zhang等[28]研究發現，高血糖抑制人視網膜血管內皮細胞（HRCECs）的生長和活性狀態并誘導細胞鐵死亡，其可被鐵死亡抑制劑所逆轉。高葡萄糖處理后HRCECs的三重基序蛋白46表達上調、泛素化增加，以及加速細胞內GPX4的清除，誘導HRCECs鐵死亡的發生。而HRCECs在維持視網膜毛細血管的完整性方面起著重要作用，HRCECs異常是DR的發病機制之一[29]。
此外，鐵死亡的爆發導致RPE細胞表現出較低的細胞活力和較高的脂質過氧化水平的同時，也通過增加SLC7A11的表達水平促進RPE細胞分泌血管內皮生長因子從而參與激光誘導的視網膜新生血管生成過程[30]。琥珀酸鹽是線粒體三羧酸循環的中間體，在缺氧和氧化應激期間表達升高，琥珀酸鹽誘導的蛋白偶聯受體91激活腎素-血管緊張素系統，骨形態發生蛋白6能通過蛋白偶聯受體91-琥珀酸鹽信號傳導途徑誘導RPE細胞中的血管內皮生長因子表達，以此觸發視網膜血管增殖[31-32]。
2.3 鐵死亡加劇DR視網膜神經損傷
雖然已知DR神經損傷的病理改變主要包括由高血糖直接刺激引起的神經細胞損傷和膠質細胞增生，但目前神經損傷的原因尚不明確[33]。視網膜與大腦都起源于神經管，神經管從間腦延伸，視網膜作為前腦的神經-外胚層衍生物出現，因此近年來許多研究將腦退行性疾病與眼科神經性疾病聯系起來[22]。研究表明，鏈脲佐菌素造模1周后的糖尿病大鼠出現視網膜水平細胞突觸變性，第4周視網膜神經節細胞、光感受器細胞及無長突細胞均開始發生凋亡[34]。而鐵死亡抑制劑可以通過防止視力喪失、視網膜神經節細胞喪失和軸突變性為視網膜提供了顯著的神經保護[35]。大量證據指出，鐵死亡與包括帕金森綜合征、阿爾茨海默病等在內的神經退行性疾病的脂質過氧化積累直接相關。在阿爾茨海默病成年小鼠模型中，GPX4減少會損害小鼠海馬神經元與星形膠質細胞[36]。GPX4減少將誘發鐵死亡，而高葡萄糖條件會加速DR種視網膜內GPX4的清除。微管相關蛋白tau的異常高度磷酸化所引起的神經元細胞凋亡及退行性改變在DR的發生中起關鍵作用[37-38]。有效的鐵螯合劑在動物模型中可以治療神經退行性疾病。目前鐵螯合劑藥物正在阿爾茨海默病的2期臨床試驗中進行測試[39]。保護神經細胞對延緩DR進展有重要意義，以鐵死亡為切入點的鐵螯合劑類藥物也為預防和控制DR早期神經病變提供了新方向。
2.4 鐵死亡介導DR異常免疫反應
免疫細胞在特定條件下會發生鐵死亡，導致免疫活性受損。而在腫瘤免疫治療中，免疫細胞釋放的細胞因子誘導鐵死亡可以增強免疫效果[40]。最早將鐵死亡與免疫系統聯系起來的研究發現，在GPX4敲除小鼠模型中，GPX4的神經元特異性缺失導致新生小鼠共濟失調、癲癇發作和海馬CA3區域錐體細胞的顯著丟失，這些小鼠的腦組織對膠質纖維酸性蛋白有著強烈的免疫反應性[41]。GPX4缺陷的T細胞在迅速積累膜脂質過氧化物的同時驅動鐵死亡，以此降低對感染的免疫力[42]，而糖尿病患者機體免疫力下降的現象可能正是由于高血糖條件下代謝紊亂使得所引起的免疫細胞鐵死亡。
在DR早期階段，低水平激活視網膜小膠質細胞和補體系統所引起的炎癥反應稱為副炎癥，對于維持眼內平衡和恢復功能至關重要。鐵死亡促進視網膜胞外損傷相關分子模式的釋放和促進炎癥因子的分泌[43]。而胞外損傷相關分子模式的長期刺激會導致先天免疫系統適應不良、非經典炎癥，使得免疫細胞和血清蛋白在視網膜中大量積累，這參與DR的慢性炎癥、視網膜血管和神經元損傷等病理過程[44]。高遷移率族蛋白1（HMGB1）在鐵死亡細胞中以自噬依賴性方式釋放[43]。HMGB1可以結合Toll樣受體4和晚期糖基化終產物特異性受體來介導免疫反應，HMGB1-晚期糖基化終產物特異性受體通路的激活促進DR的炎癥反應的發作和持續[45]。
3 小結與展望
鐵死亡是一種特殊的細胞程序性死亡方式，自鐵死亡被發現以來，越來越多的研究表明其與癌癥、腎功能退化、腦部退行性病變和心力衰竭等多系統疾病密切相關。近些年來，眼科研究也逐漸聚焦到鐵死亡，鐵死亡可以通過誘導視網膜氧化應激反應、引起視網膜血管異常改變、加劇視網膜神經損傷和導致免疫異常等方面參與DR的發生和發展。然而鐵死亡的發生和調控機制尚未充分明確，鐵死亡調控DR過程中所發揮的生物學效應及精細分子機制仍需要大量的基礎研究和臨床證據的支持，進而以鐵死亡為著眼點，探索DR全新生物標志物，揭示鐵死亡在DR中的作用機制以及為鐵死亡抑制劑作為潛在預防和治療DR藥物臨床轉化的可能性提供有力的基礎科學依據。
