综述:铁死亡(Ferroptosis)与细胞器在干眼病中的作用

【字体: 时间:2025年09月27日 来源:iScience 4.1

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  本综述系统探讨了铁死亡(Ferroptosis)及细胞器功能障碍在干眼病(Dry Eye)发病机制中的关键作用。文章指出,线粒体损伤、内质网应激及溶酶体异常通过氧化应激(ROS)、脂质过氧化(LPO)和炎症通路(如NF-κB、cGAS-STING)加剧眼表细胞死亡。靶向铁死亡(如GPX4、ACSL4、SLC7A11)和改善细胞器功能(如mPTP、UPR)为干眼治疗提供了新策略,涉及抑制剂(Ferrostatin-1)、纳米药物及天然化合物(astaxanthin)等多种干预手段。

  

铁死亡与细胞器在干眼病中的角色

干眼病是一种常见的眼表疾病,近年来因环境污染和生活压力增加,其患病率显著上升。全球患病率约29.5%,儿童中高达23.7%。该病以泪膜稳态失衡为特征,导致眼表损伤、视觉障碍及生活质量下降,并与抑郁、焦虑密切相关。

眼表细胞中的铁死亡证据

眼表细胞(如角膜上皮细胞CECs和结膜上皮细胞CjECs)在高渗、缺氧或香烟烟雾提取物(CSE)等应激下,呈现典型铁死亡特征:脂质过氧化(LPO)、Fe2+积累、线粒体嵴消失及抗氧化系统崩溃。例如,高渗环境通过核因子NF-E2相关因子2(Nrf2)上调醛酮还原酶家族1成员C1(AKR1C1),抑制铁死亡;而CSE通过YAP/ACSL4/TFRC通路促进铁死亡。蓝光照射则激活STAT3/SLC7A11/GPX4轴,诱发结膜细胞铁死亡。动物模型中,干眼组织(角膜、结膜、泪腺)显示谷胱甘肽(GSH)减少、丙二醛(MDA)和4-羟基壬烯醛(4-HNE)增加,以及线粒体功能受损。

细胞器在干眼病中的作用

线粒体作为能量生产和ROS调控中心,在高渗、紫外线或PM2.5暴露下出现膜电位去极化、mPTP孔开放、ATP和mtDNA减少,以及ROS累积。线粒体自噬通过BNIP3L/NIX和PINK1通路激活,加剧细胞屏障功能损伤。糖尿病干眼模型中,泪腺线粒体功能受损比角膜更显著,表现为mtDNA拷贝数下降和神经节细胞线粒体肿胀。
内质网负责蛋白质折叠与钙稳态,在干眼中发生显著应激反应。烹饪油烟成分tt-DDE激活CHOP、XBP1、ATF4和BiP等UPR通路,诱发细胞凋亡。动物模型中,泪腺内质网结构损伤(如AQP5-/-小鼠)和PERK-CHOP通路激活进一步减少泪液分泌。睡眠剥夺导致泪腺内质网腔扩张和脂质积累,加剧干眼症状。
溶酶体异常研究较少,但干眼模型中泪腺溶酶体数量减少和Ca2+水平下降,提示其参与细胞降解功能紊乱。高渗诱导的CECs中,溶酶体与脂滴共定位增多,表明脂噬(lipophagy)激活。

铁死亡与细胞器功能障碍的相互作用

铁死亡与线粒体功能障碍形成恶性循环:线粒体ROS促进脂质过氧化,而GPX4抑制直接导致线粒体损伤。mtDNA通过mPTP释放激活cGAS-STING通路,引发眼表炎症(如NF-κB和MAPK通路激活),进一步招募炎症细胞(如巨噬细胞)分泌促氧化因子(如髓过氧化物酶),放大氧化应激和细胞死亡。内质网应激与铁死亡通过XBP1-Hrd1-Nrf2等通路交叉对话,共同促进细胞凋亡和炎症。

靶向治疗策略

抑制铁死亡
  • Ferrostatin-1减轻蓝光诱导的铁死亡;AKR1C1过表达减少高渗下的LPO;自噬相关基因Atg5敲低抑制铁死亡。
  • 药物如ACSL4抑制剂罗格列酮、DDR1抑制剂DDR1-IN-1及天然化合物虾青素(通过SLC7A11/GPX4通路)和清宣润目饮(抑制HMOX1/HIF-1α)均能改善干眼症状。
  • 纳米载体(如PAA-CD-DA@D609)提升靶向递送效率。
细胞器靶向治疗
  • 线粒体保护:抗氧化剂SkQ1及其纳米颗粒(SkQ1 NP)清除ROS、抑制NLRP3炎症体;胰岛素样生长因子结合蛋白-3(IGFBP-3)促进线粒体融合;线粒体靶向肽SS-31联合胰岛素(PHP-DPS@INS)减轻炎症。
  • 内质网应激调控:Dynasore维持UPR稳态;棕榈酰乙醇酰胺(PEA)恢复脂质代谢;红松提取物(A. koraiensis)口服抑制内质网应激。
  • 强脉冲光(IPL)治疗改善睑板腺线粒体结构。

结论与展望

铁死亡和细胞器(线粒体、内质网)功能障碍是干眼病的核心机制,二者通过氧化应激和炎症相互加剧。靶向干预(如GPX4、ACSL4、mPTP、UPR)已展现治疗潜力,但溶酶体机制仍需探索。未来需开发多靶点策略(如铁死亡抑制剂联合细胞器保护剂)以打破疾病恶性循环,恢复眼表稳态。临床转化中,虾青素、SkQ1和自体血清滴眼液已证实安全有效,为干眼治疗提供新方向。
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