医药学论文：铁、氧自由基与肾小管上皮细胞

关键词： 铁 氧自由基 肾小管上皮细胞
铁，过渡态金属元素之一，外层轨道电子分布呈3d64s2，化学性质活泼，极易得失电子，产生高反应性氧自由基或铁氧、过铁氧复合物，导致组织损伤。正常情况下，体内的铁以血红素铁或非血红素铁等非反应态存在，但在急、慢性肾脏病变，尤其是伴发蛋白尿的临床和动物模型中可发现小管液及上皮细胞浆内博莱霉素敏感铁即具有催化活性的游离铁显著增加〔1〕，并且可积聚于肾近曲、远曲小管细胞的溶酶体中，偶见于线粒体内。铁的积聚与蛋白尿、肾小管间质病变、脂质过氧化、次全切除肾的肾小球滤过率、残余肾重量等病损程度直接相关〔1，2〕，铁负荷可增加缺血肾的损伤易感性〔3〕；而肾小管上皮细胞是铁介导的氧自由基损伤的主要部位，小管间质病变又是继发性肾单位毁损和慢性进展性肾功能衰竭的主要决定因素〔2〕。因此阐明铁、氧自由基、肾小管上皮细胞间的相互作用机制正受到日益重视。
蛋白尿时，尿转铁蛋白排泄增多，转铁蛋白是铁的主要转运形式，相对分子质量为88 000，球形，等电点5.2，与白蛋白(相对分子质量为65 000，pI 4.7)相比，其通过肾小球滤膜更多的是由膜孔的改变而不是受电荷屏障影响〔2〕。尿铁/尿转铁蛋白比例增高提示蛋白尿损害加重，铁的毒性作用与下列因素有关：铁的游离、Fe3+→Fe2+及用以生成·OH的H2O2或其他过氧化体。转铁蛋白结合铁或小管腔内解离铁(亦可来源于血红蛋白、肌红蛋白)可经位于基底膜侧的转铁蛋白受体或刷状缘胞饮作用进入肾小管细胞。一般认为，铁的解离与尿液pH有关，当尿pH接近至6时，有催化活性的游离铁迅速增加，但尿液中铁螯合剂存在的浓度、种类，离子成分，可能存在的还原成分，使尿pH在＜6或＞6时，也能使铁游离〔4〕。尿中游离铁溶解度极低(＜10-6)，当pH＞4时，铁以羟氧化体和磷酸形成不溶性复合物存在，因此小管液中非转铁蛋白结合铁，必须与小分子物质如焦磷酸、ADP或柠檬酸(可能性更大)结合，增加铁的溶解度与反应性。值得注意的是，凡是可缓解肾功能恶化、改善组织学形态的方法，均可同时降低小管液铁，如血管紧张素转换酶抑制剂(如开博通与铁结合可降解O2-〔5〕)、铁缺失、甲状腺切除、限制饮食蛋白、限磷。
二、肾小管细胞的铁毒性作用机理
1.氧化损伤学说(oxidant stress)：在缺血、免疫、中毒性(包括肌注甘油后、肌红蛋白、顺铂、庆大霉素)肾病的临床和实验动物模型中，均发现氧自由基作用的直接和间接证据(脂质过氧化产物MDA)。铁通过催化Fenton/Haber-Weiss反应使O2逐步还原，依次形成O2-、H2O2、·OH。·OH的产生具有部位特异性，由于附着于刷状缘胞外膜磷脂的游离铁原位催化而来，且作用于小管腔中＜100 nm的有效范围，去铁胺(DNA，deferoxamine)可阻断其通路，而只有到达该部位的·OH清除剂才能发挥作用；H2O2和O2-则分别可自由穿过胞膜及经离子通道出入细胞。自由基可直接作用于蛋白质、脂质、多糖、DNA，破坏生物大分子；同时自由基可使铁游离为催化活性铁，加重损伤。·OH可氧化含-HS的复合物，-SH的氧化导致细胞内关键酶和转运蛋白如Na+-K+-ATPase的失活，该酶在维持细胞内外离子梯度、细胞转运中有重要作用。脂质过氧化终末产物丙二醛(MDA)、短链烷烃，可破坏细胞膜的脂双层，使生物膜通透性增加，氧化磷酸化中电子传递障碍，溶酶体通透性增加；此外，自由基尚可降解DNA，阻碍损伤后的细胞修复过程，H2O2与Ca2+协同诱导DNA断裂，被认为是氧化损伤的早期事件。
·OH一度被认为是介导脂质过氧化的触发因素，但Zager等发现在无机铁作用的小管细胞中苯甲酸、二甲基硫脲、甘露醇对MDA无影响；DFO的细胞保护作用不引起·OH产物的显著下降或与·OH产物下降无关，而谷胱甘肽(GSH)、过氧化氢酶则有细胞保护作用，提示可能存在非·OH途径。Zager等第一次指出H2O2是肌红蛋白触发细胞死亡的关键决定因素〔9〕。血红素的氧化损伤研究目前集中于H2O2、线粒体呼吸链、血红素加氧酶(HO)，HO参与介导游离铁的释放，自由基的来源见于线粒体电子传递链的可能较存在酶通路如黄嘌呤氧化酶、花生四烯酸代谢(经环加氧酶、脂加氧酶或细胞色素P450系统)的可能性更大。呼吸链末端部分不仅是自由基形成的关键部位，同时也是肌红蛋白诱导细胞死亡的关键可调控点。此外，线粒体虽然为脂质过氧化提供能源，但不是氧化损伤的对象〔10〕。