心肌缺血再灌注损伤中多种细胞死亡模式的时序调控机制及其治疗意义

这篇综述系统探讨了心肌缺血再灌注损伤（I/R）中七种程序性细胞死亡（PCD）模式的时序特征，包括凋亡（apoptosis）、铁死亡（ferroptosis）、坏死性凋亡（necroptosis）等。研究通过整合单细胞RNA测序（scRNA-Seq）、空间转录组（ST-seq）和动物模型数据，首次揭示了不同再灌注时间窗（6h/12h/24h）下主导的细胞死亡模式：早期以凋亡和自噬为主，中后期则以铁死亡和坏死为核心。该发现为开发时序特异性治疗方案提供了关键理论依据。

　　

心肌缺血再灌注损伤中的细胞死亡时序图谱

冠状动脉疾病（CAD）是全球发病率和死亡率的主要原因，及时再灌注虽能挽救缺血心肌，却会引发心肌缺血再灌注损伤（I/R）。这种损伤涉及复杂的细胞死亡网络，但不同死亡模式在再灌注过程中的时序规律尚未阐明。本研究通过多组学整合分析，首次绘制了I/R损伤中七种细胞死亡模式的动态演变图谱。

材料与方法

采用8-10周龄C57BL/6小鼠建立I/R模型，通过左前降支冠状动脉（LAD）结扎30分钟模拟缺血，分别设置6h/12h/24h再灌注组。体外实验采用H9c2心肌细胞系进行缺氧/复氧（H/R）处理。综合运用Western blot、RT-qPCR、TUNEL染色等技术，结合公共数据库的单细胞转录组（GSE227238）和空间转录组（GSE227088）数据，系统分析不同时间点的细胞死亡特征。

单细胞层面的死亡模式解析

单细胞测序揭示了心脏组织的细胞组成变化：再灌注24h后心肌细胞显著减少，而巨噬细胞和成纤维细胞比例增加。值得注意的是，铁死亡相关基因在心肌细胞中特异性高表达，与Cai等2023年的发现一致。空间转录组进一步定位显示，铁死亡促进基因（如ACSL4）在左心室缺血区显著上调。

死亡模式的时序特征

早期阶段（6h内）：

• 凋亡通过caspase3/9-BAX/BCL2通路快速激活，TUNEL阳性细胞从6h开始显著增加

• 自噬呈现动态变化：自噬标志物LC3-II在2h升高，而P62在12h下降

• 铜死亡（cuproptosis）相关基因Hsp70在6h达峰

中后期阶段（12-24h）：

• 铁死亡成为主导：GPX4蛋白表达持续下降，脂质过氧化关键酶ACSL4上调

• 坏死相关基因Ripk3随时间递增

• 焦亡（pyroptosis）执行蛋白GSDMD-N片段在24h显著积累

铁死亡的关键作用

在延长再灌注期（24h），铁死亡抑制分子GPX4的免疫荧光信号显著减弱，而铁离子转运蛋白TFR1和脂质代谢酶ACSL4持续上调。这种铁代谢紊乱导致谷胱甘肽（GSH）耗竭和脂质ROS积累，通过Fenton反应加剧心肌损伤。空间转录组精确定位显示，铁死亡相关基因与心肌损伤标记物Nppa/Nppb共定位在缺血区域。

讨论与展望

本研究首次系统阐明了I/R损伤中细胞死亡的时序规律：凋亡和自噬是早期事件，而铁死亡和坏死主导后期损伤。这一发现对临床治疗具有重要启示：

1. 1.

   早期干预应靶向凋亡通路（如caspase抑制剂）

2. 2.

   中后期治疗需侧重铁死亡调控（如GPX4激活剂、铁螯合剂）

3. 3.

   联合靶向不同死亡模式可能产生协同效应

现有局限包括：H9c2细胞对铁死亡的敏感性不足，未来需采用原代心肌细胞验证；单细胞数据仅涵盖24h时间点，需补充更全面的时间序列分析。这些发现为开发时序特异性治疗方案提供了理论框架，有望改善心肌再灌注治疗的临床效果。