铁死亡与阿尔茨海默病:神经免疫串扰与药理学机遇

《Brain Research》:Ferroptosis and Alzheimer’s disease: Neuroimmune crosstalk and pharmacological opportunities

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年08月23日 来源:Brain Research 3.2

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   摘要阿尔茨海默病(AD)的发展涉及蛋白质病变、代谢、氧化和神经免疫过程的相互作用。铁死亡是一种依赖于铁的调节性细胞死亡形式,由磷脂过氧化和抗氧化防御系统失效驱动。本综述考察了 AD 中铁死亡与神经炎症之间的双向界面,并区分了直接的 AD 相关证据与来自实验模型及更广泛的铁死亡

  

摘要

阿尔茨海默病(AD)的发展涉及蛋白质病变、代谢、氧化和神经免疫过程的相互作用。铁死亡是一种依赖于铁的调节性细胞死亡形式,由磷脂过氧化和抗氧化防御系统失效驱动。本综述考察了 AD 中铁死亡与神经炎症之间的双向界面,并区分了直接的 AD 相关证据与来自实验模型及更广泛的铁死亡或炎症研究的发现。铁稳态失衡、铁转运蛋白依赖性铁输出受损、脂质过氧化以及谷胱甘肽/GPX4 依赖性保护作用减弱可能增加神经元对铁死亡损伤的易感性。反过来,受损神经元释放的氧化脂质和损伤相关分子模式可能激活小胶质细胞和星形胶质细胞,参与炎症小体和补体信号传导,并放大炎症反应。相反,细胞因子信号传导、铁处理改变以及免疫细胞氧化还原和脂质重塑可能进一步增加铁死亡的易感性。我们还比较了神经元、小胶质细胞和星形胶质细胞中与铁死亡相关的标志物和通路,并讨论了针对铁代谢、脂质过氧化、GPX4 活性、系统 xc?功能、NRF2 相关抗氧化防御、神经免疫信号传导和多靶点化合物的潜在治疗方法。尽管现有证据支持铁死亡相关过程与 AD 病理生物学之间的联系,但没有单一标志物足以在人类 AD 组织中确立铁死亡。这一限制目前限制了 AD 中铁死亡的诊断和治疗解释。

引言

阿尔茨海默病(AD)是最常见的痴呆原因,也是全球老年人残疾和依赖的主要贡献因素。神经病理学上,AD 的特征是细胞外β-淀粉样蛋白(Aβ)斑块沉积、细胞内过度磷酸化 tau 蛋白聚集、突触功能障碍、氧化应激和进行性神经元丢失(Haass and Selkoe, 2007, Tripathi and Kalita, 2019)。近年来,调节性细胞死亡通路已成为慢性神经退行性变的重要贡献因素。
在这些通路中,铁死亡已成为 AD 中特别相关的候选机制。铁死亡是一种依赖于铁的调节性细胞死亡形式,与磷脂过氧化、氧化还原失衡和抗氧化防御系统崩溃有关(Dixon et al., 2012, Tang and Kroemer, 2020)。在 AD 大脑中,几个特征支持铁死亡易感性的相关性,包括铁稳态失衡、脂质过氧化增加、谷胱甘肽代谢改变和抗氧化活性受损(Ward et al., 2014, Belaidi and Bush, 2016, Masaldan et al., 2019, Fracassi et al., 2021)。这些变化很重要,因为它们增加了神经元的易感性,同时也通过释放氧化脂质和损伤相关分子模式促进炎症信号传导。
从神经免疫的角度来看,这个问题尤为重要。免疫激活现在被认为是 AD 进展的核心组成部分,小胶质细胞激活、炎症小体信号传导、补体参与和外周免疫招募共同促成了一个自我强化的炎症环境,加剧突触功能障碍和神经元丢失(Webers et al., 2020, Bettcher et al., 2021)。在此背景下,铁死亡可能不仅仅作为神经元损伤的最终后果,而是作为神经炎症的主动放大器。
本综述的新颖之处在于其关注 AD 中铁死亡 - 免疫的双向界面。在这里,铁死亡不仅被视为神经元死亡通路,也被视为神经炎症放大的上游和下游组成部分。铁死亡应激可以产生氧化脂质和损伤相关分子模式(DAMPs),激活小胶质细胞和星形胶质细胞信号传导,参与炎症小体和补体通路,并促进外周免疫招募。相反,细胞因子、铁调素 - 铁转运蛋白调节、一氧化氮/氧化还原信号传导以及免疫细胞脂质重塑可能增加铁死亡的易感性。这一框架使本综述区别于更广泛的 AD 铁死亡或 AD 神经炎症综述。
因为现有文献大多是暗示性的而非决定性的,我们明确区分了直接的 AD 证据与来自非 AD 中枢神经系统损伤模型、外周免疫系统和一般铁死亡生物学的间接证据。这种区分对于避免夸大陈述,同时识别药理学上可操作的节点至关重要。
本综述的独特焦点不是分别描述 AD 中的铁死亡或神经炎症,而是对其汇聚点的批判性评估。我们考虑了一个模型,其中铁稳态失衡、磷脂过氧化以及 GPX4/GSH 依赖性抗氧化保护的失败创造了一种易发生铁死亡的神经元状态。随后,受损细胞释放的氧化脂质、铁相关损伤信号和其他 DAMPs 可能促进小胶质细胞和星形胶质细胞反应并激活炎症通路。反过来,炎症介质可能进一步扰乱铁处理、氧化还原平衡和脂质代谢,从而增加铁死亡的易感性。重要的是,支持这些单独联系的证据并不等同。因此,本综述区分了在人类 AD 组织中进行的观察与在 AD 模型中获得的发现以及从更广泛的铁死亡、中枢神经系统或免疫研究中外推的机制。

章节摘要

铁死亡的分子机制

铁死亡是一种独特的调节性细胞死亡形式,由依赖于铁的磷脂过氧化和膜损伤驱动,在形态和生化上与细胞凋亡、坏死和自噬不同(Dixon et al., 2012, Tang and Kroemer, 2020)。铁死亡由过量的活性氧(ROS)产生、可氧化多不饱和磷脂的积累以及抗氧化防御系统的失效驱动。这些事件使细胞膜不稳定并促进

铁代谢与 AD 病理

早在 20 世纪 60 年代,就有证据将大脑皮层的铁积累与 AD 联系起来(Dedman et al., 1992, Hallgren and Sourander, 1960)。此后,多项研究将游离铁与 AD 中的氧化应激、脂质过氧化和神经元死亡联系起来,通常与神经炎症增加和其他细胞死亡通路的激活有关。铁稳态失衡与 AD 中的 ROS 产生和神经退行性变有关(Querfurth and LaFerla 2010)。铁沉积已经

AD 中铁死亡的证据

AD 中铁死亡的证据是异质的,解释时应注意其来源。一些发现直接来自人类 AD 研究或 AD 相关模型,而另一些则是从更广泛的铁死亡研究中外推得出的。因此,本节将 AD 特异性观察与更一般的证据分开。

AD 中的神经炎症

神经炎症是 AD 发病机制的主要贡献因素(图 3)。脑驻留免疫细胞,特别是小胶质细胞和星形胶质细胞,在神经炎症过程中起核心作用。小胶质细胞在此免疫反应中发挥关键作用。在生理条件下,小胶质细胞保持在稳态监视状态(Kaur, Sharma, and Deshmukh 2019)。小胶质细胞识别广泛的内外源刺激,包括损伤相关分子模式(DAMPs),

铁死亡与免疫炎症的交联

在铁死亡期间,DAMPs 被释放。这种释放通过免疫细胞上模式识别受体(PRRs)的参与促进免疫激活和炎症(Tang et al. 2024)。在这些 DAMPs 中,HMGB1 可以激活免疫细胞并放大炎症信号传导(Q. Wen et al. 2019)。装饰蛋白(DCN)是铁死亡细胞释放的另一种分子,可充当 DAMP。细胞外 HMGB1 和 DCN 可充当晚期糖基化终末产物受体的配体

小胶质细胞

小胶质细胞是大脑中首批对 DAMPs 做出反应的中枢神经系统免疫细胞。除了其免疫作用外,小胶质细胞维持中枢神经系统稳态,并帮助调节对损伤和病源刺激的反应。铁死亡损伤期间产生的脂质过氧化物、铁释放和 DAMPs 可以激活小胶质细胞。DAMP 配体与小胶质细胞 Toll 样受体的结合激活下游信号级联,促进 ROS 和趋化因子的释放。小胶质细胞激活进一步

阿尔茨海默病铁死亡治疗的有前景策略

针对 AD 铁死亡的转化策略可大致分为诊断方法,即在基于早期生物标志物的 AD 诊断更广泛框架内捕获铁相关和氧化特征,以及治疗策略,旨在限制铁过载、脂质过氧化或与铁死亡相关的神经炎症放大。在此背景下,铁死亡相关生物标志物应与更广泛的基于血液的生物标志物策略一起考虑,用于 AD 早期

结论

现有文献支持 AD 中铁死亡相关过程与神经炎症之间的关系,但这种证据的强度在不同实验环境下差异很大。铁积累、氧化损伤、脂质过氧化和抗氧化防御受损与 AD 病理一致相关;然而,这些变化并非铁死亡所特有。来自 AD 相关动物和细胞模型的证据提供了更强的机制支持,而

声明与宣言

资金:本研究由国家任务编号 1025101700009-0-3.2.25;3.2.26;1.2.1 资助
图表由作者使用 Procreate 和 Canva 制作。在选定视觉元素的初始开发过程中使用了生成式人工智能,随后由作者进行了修订、组装、标注和科学验证。最终图表由作者审查以确保准确性和与文献的一致性。Canva 元素根据适用的 Canva Pro

CRediT 作者贡献声明

叶丽萨维塔·A·马拉霍夫斯卡娅:写作 – 原稿,可视化。阿列克谢·V·楚罗夫:写作 – 回顾与编辑,验证,监督,概念化。米哈伊尔·S·阿尔巴茨基:写作 – 原稿。斯维特拉娜·P·塞尔吉耶娃:写作 – 原稿。

竞争利益声明

作者声明,他们没有已知的竞争财务利益或个人关系,这些利益或关系可能影响本文报告的工作。
叶丽萨维塔·A·马拉霍夫斯卡娅|阿列克谢·V·楚罗夫|米哈伊尔·S·阿尔巴茨基|斯维特拉娜·P·塞尔吉耶娃
俄罗斯老年医学研究与临床中心,俄罗斯国家皮罗戈夫研究医科大学(皮罗戈夫大学),俄罗斯莫斯科 129226
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