余錢 ，尹曉玲 ，張獻(xiàn)全 (通訊作者★)

（1. 重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院腫瘤科，重慶；2. 重慶市第九人民醫(yī)院，重慶）

0 引言

盡管醫(yī)療水平提高，腫瘤是依舊是世界上僅次于心血管疾病的第二大死亡原因。大多數(shù)腫瘤發(fā)現(xiàn)時(shí)已失去手術(shù)機(jī)會，只能采取化療、靶向治療、免疫治療、放療等治療手段，這些治療手段目前主要以觸發(fā)凋亡性細(xì)胞死亡發(fā)揮抗癌作用。腫瘤治療過程中常常會出現(xiàn)耐藥，前述治療效果十分有限。因此利用其他形式的非細(xì)胞死亡來殺死腫瘤細(xì)胞為腫瘤治療耐藥患者提供了新的機(jī)會。鐵死亡是近年來發(fā)現(xiàn)的一種細(xì)胞死亡形式，它是一種鐵依賴的脂質(zhì)活性氧(ROS)累積所致的細(xì)胞死亡過程，通過調(diào)節(jié)腫瘤生長、增殖在腫瘤的發(fā)生和發(fā)展中起著不可忽視的作用。本文綜述了鐵死亡的發(fā)現(xiàn)和定義，然后重點(diǎn)闡述了鐵死亡及其機(jī)制在克服腫瘤耐藥相關(guān)研究和最新進(jìn)展，為腫瘤治療提供了新思路。

1 鐵死亡的發(fā)現(xiàn)及定義

鐵死亡是一種新定義的程序性細(xì)胞死亡過程，2012年Stockwell 實(shí)驗(yàn)室首次提出了這個(gè)術(shù)語[1]。鐵在形態(tài)學(xué)、生物學(xué)及基因水平上均明顯不同于凋亡、壞死、自噬等其他形式的調(diào)節(jié)性細(xì)胞壞死，使用小分子物質(zhì)（Fer-1）可以抑制細(xì)胞鐵死亡，而壞死抑制劑卻不能抑制細(xì)胞調(diào)節(jié)性細(xì)胞死亡。其本質(zhì)是細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)氧化物的代謝障礙，進(jìn)而在鐵離子的催化下異常代謝，產(chǎn)生大量脂質(zhì)，破壞細(xì)胞內(nèi)氧化還原平衡，攻擊生物大分子，觸發(fā)細(xì)胞的死亡。

2 鐵死亡機(jī)制

2.1 谷胱甘肽過氧化物酶4（GPX4）

關(guān)于經(jīng)典的鐵死亡目前為止已知的信號調(diào)控通路是由谷胱甘肽過氧化物酶GPX4[2,3]以及自由基捕獲抗氧化物（RTAs）[4,5]介導(dǎo)的。因此，通過抑制GPX4來誘導(dǎo)鐵死亡的方式目前有望成為誘導(dǎo)癌癥細(xì)胞死亡達(dá)到治療某些癌癥的治療策略[6]。在GPX4通路上存在兩類鐵死亡誘導(dǎo)劑，一類是胱氨酸谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)受體(System Xc-）抑制劑，另一類是GPX4抑制劑，除了這些小分子物質(zhì)外，還有許多藥物（如索拉非尼，青蒿素及其衍生物）可誘導(dǎo)鐵死亡。第一類鐵死亡誘導(dǎo)劑，如erastin、索拉菲尼和柳氮磺胺吡啶抑制System Xc-中SLC7A11并且阻礙細(xì)胞對胱氨酸的攝取，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)半胱氨酸的下降，使谷胱甘肽(GSH)合成減少，這最終導(dǎo)致細(xì)胞抗氧化能力的下降[3,7]。通過硫轉(zhuǎn)移途徑，細(xì)胞蛋氨酸可用于補(bǔ)充半胱氨酸水平。作為鐵死亡的關(guān)鍵成分，GPX4可與GSH結(jié)合，抑制細(xì)胞脂質(zhì)過氧化物（ROS），抑制細(xì)胞鐵死亡。Ras選擇性致死小分子(RSL3）等第二類類鐵死亡誘導(dǎo)劑可直接抑制GPX4誘導(dǎo)鐵死亡[3]。

甲戊酸（MVA）通路是促進(jìn)硒蛋白合成的重要因素，而GPX4是以硒代半胱氨酸為活性中心的硒蛋白，因此通路在調(diào)節(jié)GPX4成熟中起重要作用[8]。且由研究指出鐵死亡發(fā)生過程中的關(guān)鍵蛋白ACSL4通過參與合成易被氧化的膜磷脂而成為引發(fā)鐵死亡的必需組分之一，使得細(xì)胞對RSL3等誘導(dǎo)因素敏感，同時(shí)這一結(jié)果在三陰性乳腺癌細(xì)胞系MDA-MB-157中得到進(jìn)一步證實(shí)[9]。

轉(zhuǎn)鐵蛋白將鐵從胞外轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞內(nèi)部，鐵螯合劑可以阻止鐵死亡。線粒體是參與鐵亡的最重要的細(xì)胞器，含有6個(gè)鐵亡相關(guān)基因，并且通過電子傳遞鏈釋放鐵死亡誘導(dǎo)產(chǎn)生脂質(zhì)過氧化物。此外，許多細(xì)胞內(nèi)分子或者蛋白質(zhì)可調(diào)節(jié)鐵死亡，例如，P53抑制SLC7A11并促進(jìn)脂質(zhì)過氧化物的生成[8,10]。大鼠27kDa熱休克蛋白(HSPB1)可通過阻礙細(xì)胞內(nèi)鐵的增加而抑制鐵死亡[11]。

2.2 鐵死亡抑制蛋白FSP1

GPX4抑制劑在不同的癌癥細(xì)胞系中的響應(yīng)不一致[12]，說明可能存在其他因子調(diào)控鐵死亡。最近的研究[13,14]發(fā)現(xiàn)了平行于GPX4的信號調(diào)控方式鐵死亡抑制蛋白FSP1，其在細(xì)胞中過表達(dá)能夠顯著保護(hù)細(xì)胞免受鐵死亡誘導(dǎo)因子引發(fā)鐵死亡的影響這是迄今為止首次發(fā)現(xiàn)能夠補(bǔ)足GPX4引起鐵死亡的其他因子。機(jī)制上，F(xiàn)SP1只有被豆蔻?；揎椇蟛拍軌蚱鸬娇硅F死亡的功能，肉豆蔻?；瘜SP1募集到質(zhì)膜，在其中它作為氧化還原酶起作用，從而降低輔酶Q10（CoQ），生成親脂性自由基捕獲抗氧化劑（RTA），從而阻止脂質(zhì)過氧化物的傳播。FSP1可以作為多種癌癥細(xì)胞中鐵死亡抵抗能力的生物標(biāo)記物[14]，因此FSP1的抑制劑可能會成為癌癥治療藥物靶標(biāo)之一。而通過在GPX4KO/WT的細(xì)胞中過表達(dá)FSP1來進(jìn)行藥物篩選，在篩選了約為10000種藥物混合物后，找到了FSP1的抑制劑iFSP1[13]。在多種癌細(xì)胞中，F(xiàn)SP1都能夠表達(dá)，而iFSP1處理后能夠顯著影響這些細(xì)胞系對于鐵死亡的敏感性[13]。上述研究鑒定出了獨(dú)立于經(jīng)典的GPX4信號通路的鐵死亡抑制因子FSP1，其通過還原CoQ10來阻止脂質(zhì)氧化，進(jìn)而抑制鐵死亡。這一發(fā)現(xiàn)對于癌癥中鐵死亡相關(guān)的藥物的開發(fā)等方面提供了重要的策略參考。

3 鐵死亡與腫瘤耐藥

3.1 鐵死亡克服腫瘤化療耐藥

細(xì)胞死亡的無效誘導(dǎo)是大多數(shù)化療藥物共有的特征之一。上皮癌細(xì)胞通過上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT)轉(zhuǎn)變?yōu)殚g充質(zhì)細(xì)胞狀態(tài)這個(gè)過程產(chǎn)生了許多細(xì)胞死亡抵抗機(jī)制，研究[15,16]顯示鐵死亡促進(jìn)耐藥的間充質(zhì)狀態(tài)癌細(xì)胞死亡。從機(jī)制上看，在上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化和脂肪生成過程中發(fā)揮作用的鋅指結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)錄因子中的E盒結(jié)合鋅指蛋白(ZEB)，是間質(zhì)狀態(tài)與過氧化脂質(zhì)脆弱性的中間關(guān)聯(lián)因子[15,16]。這些結(jié)果可以在不同類型的癌細(xì)胞中得到驗(yàn)證，已知高間質(zhì)狀態(tài)的HCC4006非小細(xì)胞肺癌細(xì)胞對吉非替尼耐藥，然而與親代細(xì)胞相比這些細(xì)胞對GPX4抑制更敏感。同時(shí)間質(zhì)來源的癌細(xì)胞對鐵死亡化合物也表現(xiàn)出極大的敏感性[15]。

多藥耐藥(MDR)在腫瘤化療中普遍存在，MDR涉及多種復(fù)雜的機(jī)制，其中耐藥細(xì)胞(PCCs)的存在被認(rèn)為是導(dǎo)致腫瘤復(fù)發(fā)的重要原因[17]，因此靶向耐藥癌細(xì)胞也是克服癌細(xì)胞耐藥性的重要策略。干細(xì)胞標(biāo)記物和間質(zhì)細(xì)胞標(biāo)記物在耐藥細(xì)胞中的上調(diào)顯示了這些癌細(xì)胞的間質(zhì)狀[18]，對這些耐藥細(xì)胞癌細(xì)胞脆弱性的探索發(fā)現(xiàn)鐵死亡主要抑制因子Nrf2被下調(diào)，同時(shí)耐藥細(xì)胞可使谷胱甘肽和NADPH的水平顯著下降，并且其對脂質(zhì)過氧化具有特異性敏感性。有證據(jù)表明GPX4抑制劑通過鐵死亡特異性致死耐藥細(xì)胞[15,18]。鑒于細(xì)胞鐵死亡是一種與凋亡完全不同的細(xì)胞死亡過程，基于上述結(jié)果，鐵死亡誘導(dǎo)劑可能是克服凋亡誘導(dǎo)化療藥物耐藥的潛在策略。

3.2 鐵死亡與腫瘤靶向治療

p53腫瘤抑制因子在許多腫瘤中發(fā)生突變或功能性失活，根據(jù)p53的突變狀態(tài)和所處的細(xì)胞，蛋白分子p53就像變阻器一樣在基礎(chǔ)的或低水平的氧自由基壓力下，具有抑制鐵死亡的作用，而在高氧化壓力狀態(tài)下則促進(jìn)鐵死亡[19]。腫瘤抑制分子BAP1編碼一種核去泛素化酶，BAP1突變見于多種散發(fā)的人類腫瘤中，其胚系突變被認(rèn)為是遺傳性腫瘤的重要易感因素[20]。BAP1的腫瘤抑制活性部分是通過SLC7A11啟動子處H2A的去泛素化，使SLC7A11表達(dá)受到抑制，發(fā)生了鐵死亡。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在BAP1缺陷的細(xì)胞中恢復(fù)BAP1的表達(dá)可以抑制異種移植的腫瘤的生長[21]。

人腫瘤相關(guān)BAP1突變不能抑制SLC7A11的表達(dá)，不能通過促進(jìn)鐵死亡抑制腫瘤6。Poursaitidis 等人的研究表明 EGFR 和BRAF 突變細(xì)胞對鐵鐵死亡敏，其敏感性與 MAPK 信號通路的激活及過氧化氫的產(chǎn)生和釋放有關(guān)，提示利用EGFR/MAPK驅(qū)動的腫瘤對胱氨酸缺乏的敏感性引起腫瘤細(xì)胞的鐵死亡的潛在可能性[22]。

3.3 鐵死亡與腫瘤免疫治療

以免疫檢查點(diǎn)抑制劑為主的腫瘤免疫治療能夠恢復(fù)或者增強(qiáng)效應(yīng)性CD8+T細(xì)胞的增殖及其功能，活化的CD8+T細(xì)胞可以特異性地識別腫瘤細(xì)胞，并通過釋放穿孔素和顆粒酶以及Fas配體來誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞發(fā)生凋亡，從而清除腫瘤細(xì)胞[23]。盡管近年其在腫瘤臨床治療中取得巨大成功，只有約20%患者在接受治療后獲得了長期療效, 且多數(shù)患者后期耐藥復(fù)發(fā)。雖然此前已研究發(fā)現(xiàn)鐵死亡與腫瘤等多種疾病相關(guān)，但在腫瘤免疫治療過程中是否有鐵死亡的參與還未可知。近期Wang等人的研究[24]發(fā)現(xiàn)免疫治療過程中活化的CD8+T細(xì)胞能夠增強(qiáng)腫瘤細(xì)胞內(nèi)鐵死亡特異的脂質(zhì)過氧化水平，鐵死亡的增強(qiáng)有助于免疫治療的抗腫瘤療效。通過進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)在機(jī)制上，CD8+T細(xì)胞釋放的干擾素γ（IFNγ）下調(diào)了System Xc-的兩個(gè)亞單位SALC3A2和SLCA11的表達(dá)，損害了腫瘤細(xì)胞對胱氨酸的吸收，從而促進(jìn)了腫瘤細(xì)胞脂質(zhì)過氧化和鐵死亡。通過分析臨床腫瘤樣本，在癌癥患者中System Xc-表達(dá)與CD8+T細(xì)胞數(shù)量、IFNγ的表達(dá)、以及患者預(yù)后均呈負(fù)相關(guān)。對納武單抗（Nivolumab）治療受益的患者轉(zhuǎn)錄組的分析顯示，在接受治療后SLC3A2表達(dá)下降，而IFNγ和CD8表達(dá)升高。

上述研究結(jié)果提示T細(xì)胞促進(jìn)腫瘤鐵死亡作為免疫細(xì)胞殺傷腫瘤的全新機(jī)制,靶向鐵死亡通路并聯(lián)合免疫檢查點(diǎn)抑制劑是未來極具潛力的腫瘤治療策略。此外Llabani等人[25]開發(fā)出新的鐵死亡誘導(dǎo)劑ferroptocide，這是一種合成改造于天然產(chǎn)物的活性小分子，作用于新靶點(diǎn)硫氧還蛋白(TXN)-細(xì)胞中抗氧化系統(tǒng)的關(guān)鍵蛋白之一。研究人員發(fā)現(xiàn)在免疫完全的Balb/c小鼠上鐵死亡誘導(dǎo)劑ferroptocide才能發(fā)揮腫瘤抑制作用，而在免疫功能嚴(yán)重缺失的SCID小鼠上卻完全沒有效果，表明ferroptocide具有免疫刺激功能，尤其T細(xì)胞和B細(xì)胞在鐵死亡誘導(dǎo)劑ferroptocide發(fā)揮藥效過程中也有不可忽視的作用，表明其在治療癌癥與研究免疫系統(tǒng)協(xié)同作用中具有一定的潛力。

3.4 鐵死亡與腫瘤放療

腫瘤學(xué)面臨的一大挑戰(zhàn)是如何合理有效地將免疫檢查點(diǎn)與包括放療在內(nèi)的傳統(tǒng)腫瘤治療方式進(jìn)行整合。免疫治療和放療的療效都需要CD8 T細(xì)胞，臨床前數(shù)據(jù)表明免疫檢查點(diǎn)阻斷可通過DNA損傷激活的先天性免疫感應(yīng)通路的激動作用與放療產(chǎn)生協(xié)同作用[26,27]。有研究認(rèn)為，輻射誘導(dǎo)的脂質(zhì)氧化導(dǎo)致細(xì)胞凋亡[28]，但放療與鐵死亡的關(guān)系仍未明確。前言已述CD8 T細(xì)胞通過IFNγ調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞鐵死亡[24]。最近Langd等人進(jìn)一步展開研究[29]表明，CD8 T細(xì)胞可以通過促進(jìn)鐵死亡改變腫瘤細(xì)胞對放療的敏感性，CD8 T細(xì)胞來源的IFNγ和輻射協(xié)同抑制腫瘤SLC7A11的表達(dá)誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡，而放療激活A(yù)TM以抑制SLC7A11的表達(dá)，限制腫瘤胱氨酸的攝取，減少谷胱甘肽，增加脂質(zhì)氧化損傷來介導(dǎo)腫瘤細(xì)胞的鐵視性。生物化學(xué)和基因抑制共濟(jì)失調(diào)毛細(xì)血管擴(kuò)張突變基因（ATM）可以防止SLC7A11表達(dá)缺失，減少脂質(zhì)氧化，挽救放療引起的腫瘤細(xì)胞鐵死亡。同樣，ATM促進(jìn)輻射后的DNA損傷修復(fù)和細(xì)胞存活，但也是輻射誘導(dǎo)鐵死亡所必需的。不排除輻射可能影響其他鐵死亡相關(guān)基因，這些基因可能在不同情況下共同導(dǎo)致放療介導(dǎo)的鐵死亡。但這項(xiàng)研究表明鐵死亡是一種以前未知的體內(nèi)外放療后腫瘤細(xì)胞死亡機(jī)制，且放療在體外和體內(nèi)均能使腫瘤細(xì)胞對鐵死亡激動劑敏感，凸顯了放射增敏腫瘤的新策略。

4 總結(jié)與展望

作為一種新的程序性細(xì)胞死亡過程，鐵死亡具有獨(dú)特的特征，在耐藥后腫瘤治療中顯示出巨大的潛力。但目前仍有許多問題有待解答，如鐵死亡抑制因子除了經(jīng)典的GPX4及獨(dú)立于GPX4信號通路的FSP1，是否還存在清楚能力更強(qiáng)大的酶。此外，仍需進(jìn)一步鑒定出對鐵死亡敏感的腫瘤類型，以及對不同病理狀態(tài)下細(xì)胞凋亡與其他細(xì)胞死亡過程之間的關(guān)系進(jìn)行明確的分類，從而為靶向鐵死亡治療耐藥腫瘤提供更多策略。