趙甦，李巧玉，孫而藝

Stockwell實(shí)驗(yàn)室在2001—2003年期間，成功地篩選出能夠選擇性殺死具有致癌性人成纖維瘤BJ細(xì)胞的小分子化合物“eaststin”。經(jīng)過進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)，Stockwell等在進(jìn)行細(xì)胞凋亡檢測時(shí)，始終沒有發(fā)現(xiàn)其與細(xì)胞凋亡相關(guān)的證據(jù)，沒有caspase激活以及caspase底物的裂解，也沒有細(xì)胞核形態(tài)的變形等[5]。直到2008年Stockwell等才在實(shí)驗(yàn)室首次證實(shí)這種鐵依賴形式的非細(xì)胞凋亡的死亡形式。在2012年Dixon和Stockwell等[6]首次提出了“ferroptosis”的術(shù)語概念。自此，鐵死亡的概念逐漸被國內(nèi)外學(xué)者知曉。與細(xì)胞凋亡、壞死以及自噬等方式不同，鐵死亡有獨(dú)特的死亡形式及生物學(xué)特性；其主要特征性的表現(xiàn)是細(xì)胞的脂質(zhì)活性氧(reactive oxygen species， ROS)不斷積累，最后導(dǎo)致線粒體變小，線粒體膜的雙側(cè)膜密度改變[7]。但其不導(dǎo)致細(xì)胞膜破壞、細(xì)胞核的改變以及染色質(zhì)的濃縮[1]。有研究[5]表明，鐵死亡在神經(jīng)系統(tǒng)疾病中起了重要的作用?，F(xiàn)就鐵死亡在神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤中的作用及其機(jī)制的相關(guān)研究進(jìn)展綜述如下。

1 鐵死亡的調(diào)節(jié)劑

1.1 抑鐵調(diào)節(jié)劑 抑鐵調(diào)節(jié)劑主要是通過調(diào)節(jié)鐵死亡相關(guān)通路的環(huán)節(jié)，從而起到抑制細(xì)胞鐵死亡的發(fā)生。常見的抑制劑主要有鐵螯合劑、liproxstatin-1以及ferrostatin-1等。Zika等[8]發(fā)現(xiàn)lip-1和fer-1可能是通過減少細(xì)胞內(nèi)毒性的脂質(zhì)ROS積累，從而抑制細(xì)胞鐵死亡的發(fā)生。在既往研究中發(fā)現(xiàn)，fer-1是一種強(qiáng)效的鐵死亡抑制劑，可以抑制腫瘤細(xì)胞的鐵死亡，其比酚類抗氧化劑能更有效地抑制鐵死亡[9]。Dixon等[6]通過實(shí)驗(yàn)成功制成了合成的Fer-1，并證明了其可以特異性地抑制鐵死亡，但不會抑制其他氧化性物質(zhì)和細(xì)胞凋亡誘導(dǎo)的死亡方式。后續(xù)實(shí)驗(yàn)證明了Fer-1可以通過減少脂質(zhì)ROS的積累而起到抑制鐵死亡的效果[7]。另外，F(xiàn)er-1也可以防止谷氨酸引起的細(xì)胞死亡，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)過量的谷氨酸會誘導(dǎo)大鼠海馬切片培養(yǎng)模型發(fā)生鐵死亡，但其可以被鐵螯合劑CPX以及Fer-1抑制。鐵螯合劑也可以抑制細(xì)胞的鐵死亡[7]。臨床上常用的鐵螯合劑包括去鐵胺、地拉羅司以及去鐵酮。研究發(fā)現(xiàn)[10]，去鐵胺之所以能夠抑制鐵死亡的發(fā)生，可能是通過鐵螯合劑阻止鐵離子將電子提供給氧形成ROS，具體的機(jī)制尚不明確。但不管是親脂性的鐵螯合劑還是膜不透性的鐵螯合劑(如去鐵胺)都具有抑制鐵死亡發(fā)生的功效。也有研究[11]發(fā)現(xiàn)維生素E等可以抑制脂質(zhì)的氧化過程，從而幫助細(xì)胞抑制鐵死亡發(fā)生。

1.2 促鐵調(diào)節(jié)劑 鐵死亡誘導(dǎo)劑主要包括有Erastin、索拉非尼(sorafenib)、選擇性致死化合物(ras-selective-lethal compound 3，RSL3)等。較早研究[6]發(fā)現(xiàn)，erastin是胱氨酸-谷氨酸反向轉(zhuǎn)運(yùn)體(cystine /glutamateantiporter，system Xc-)抑制劑，限制了谷胱甘肽(glutathione，GSH)的合成，最后使得細(xì)胞內(nèi)的脂質(zhì)ROS增多，從而發(fā)生鐵死亡。Lu等[12]發(fā)現(xiàn)，Peroxiredoxin-6(PRDX6)具有幫助細(xì)胞抵抗鐵死亡的作用，敲減PRDX6可以增強(qiáng)Erastin誘導(dǎo)鐵死亡的效果。RSL3則可以下調(diào)GPX4的表達(dá)，直接抑制GPX4的活性，從而促進(jìn)鐵死亡發(fā)生，但其作用會被鐵螯合劑(如去鐵胺、CPX)以及親脂性抗氧化劑(維生素E、fer-1等)抑制[11]。sorafenib在HT-1080、Huh以及ACHN等細(xì)胞系中，可能通過抑制xCT的活性來使得細(xì)胞內(nèi)的脂質(zhì)ROS積累增多，從而促進(jìn)鐵死亡發(fā)生，同樣其作用也會被鐵螯合劑去鐵胺以及Fer-1抑制[11]。Kim等發(fā)現(xiàn)[13]在頭頸癌細(xì)胞中，沉默CISD2基因可以使耐藥的HNC細(xì)胞更易受柳氮磺吡啶的影響，使得HNC細(xì)胞發(fā)生鐵死亡，其作用機(jī)制可能是通過抑制xCT的活性，使得細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)ROS積累進(jìn)而促進(jìn)了細(xì)胞鐵死亡。除此之外，DPI7、DPI10、DPI12、DPI13、DPI17-19以及奧曲胺都可能是通過抑制GPX4活性來促進(jìn)鐵死亡的誘導(dǎo)劑[7]。

2 鐵死亡的相關(guān)機(jī)制

2.1 鐵離子途徑 鐵是腫瘤細(xì)胞增殖和發(fā)展中必需的元素之一。鐵死亡是鐵依賴性的非凋亡性細(xì)胞死亡方式。眾多研究表明，神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤(如膠質(zhì)瘤、膠質(zhì)母細(xì)胞瘤)中都有鐵死亡的參與[14]。三價(jià)鐵離子通過轉(zhuǎn)鐵蛋白、轉(zhuǎn)鐵蛋白受體、二價(jià)金屬轉(zhuǎn)運(yùn)體1等一系列結(jié)合、轉(zhuǎn)運(yùn)，以及還原過程成為二價(jià)鐵離子。而Fe2+是鐵死亡過程中參與反應(yīng)的形態(tài)，鐵超載后會使得大量鐵離子參與Fenton反應(yīng)，從而使得脂質(zhì)ROS產(chǎn)生，加之細(xì)胞內(nèi)的抗氧化能力不足，便會導(dǎo)致鐵死亡發(fā)生[14]。

2.2 胱氨酸-谷氨酸反向轉(zhuǎn)運(yùn)體途徑 胱氨酸-谷氨酸反向轉(zhuǎn)運(yùn)體是鐵死亡過程中重要的環(huán)節(jié)，其由SLC7A11和SLC3A2共同組成[15]。通過胱氨酸-谷氨酸反向轉(zhuǎn)運(yùn)體系統(tǒng)，能夠?qū)⒐劝彼徂D(zhuǎn)到細(xì)胞外，將胞外的胱氨酸轉(zhuǎn)移至細(xì)胞內(nèi)；胱氨酸還原成半胱氨酸，參與GSH的合成，隨著GSH合成增加，使得毒性脂質(zhì)ROS不能蓄積，保護(hù)細(xì)胞抵抗鐵死亡。當(dāng)細(xì)胞外的谷氨酸增多，或是特異性的抑制劑使得胱氨酸-谷氨酸反向轉(zhuǎn)運(yùn)體系統(tǒng)受到抑制，胱氨酸和谷氨酸的轉(zhuǎn)運(yùn)不能進(jìn)行時(shí)，便會使細(xì)胞內(nèi)GSH的合成減少。GSH作為細(xì)胞內(nèi)的抗氧化劑，其減少會使得大量的脂質(zhì)ROS蓄積，進(jìn)而促進(jìn)鐵死亡的發(fā)生，引起細(xì)胞死亡[15]。

2.3 GPX4途徑 GPX4是GPxs家族的一員。在鐵死亡的過程中，作為抗氧化酶的GPX4可以通過降低細(xì)胞內(nèi)的脂質(zhì)ROS的蓄積，從而抑制細(xì)胞鐵死亡[16]。研究發(fā)現(xiàn)，在人神經(jīng)系統(tǒng)中膜多不飽和脂肪酸(polyunsaturated fatty acids, PUFAs) 含量相對較多，而PUFA作為產(chǎn)生過氧化物的底物之一，在GPX4的活性受到抑制的時(shí)候，會迅速導(dǎo)致大量的脂性ROS產(chǎn)生；故相比身體其他部位，抑制神經(jīng)系統(tǒng)組織的GPX4活性將會更加容易發(fā)生鐵死亡[17]。目前的研究認(rèn)為，鐵誘導(dǎo)劑Erastin和RSL3均會抑制GPX4的活性，前者可能通過增加GPX4的底物GSH耗盡，從而促進(jìn)鐵死亡發(fā)生；后者則能直接抑制GPX4的活性。因此，使得GPX4失活或產(chǎn)生減少均能促進(jìn)腫瘤細(xì)胞死亡，其也是促進(jìn)腫瘤細(xì)胞鐵死亡發(fā)生的重要條件[7,16]。

2.4 Nrf2 Nrf2是轉(zhuǎn)錄因子的一種，正常情況下在神經(jīng)系統(tǒng)各區(qū)域的表達(dá)均較低。在神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤中，惡性程度越高的腫瘤患者的Nrf2表達(dá)水平就越高，同時(shí)也預(yù)示著其預(yù)后生存情況越差。Roh等[18]研究發(fā)現(xiàn)，在耐順鉑的頭頸癌細(xì)胞中，通過抑制腫瘤細(xì)胞中Nrf2的表達(dá)，可以增加青蒿琥酯促使腫瘤細(xì)胞發(fā)生鐵死亡的敏感性，提高了青蒿琥酯對耐藥腫瘤細(xì)胞的治療效果。膿毒癥相關(guān)腦病(sepsis associated encephalopathy,SAE)是膿毒癥的嚴(yán)重并發(fā)癥，使腦組織發(fā)生廣泛的功能障礙。姚鵬等[19]通過建立SAE的大鼠模型評估大鼠認(rèn)知功能，檢測鐵含量以及相關(guān)蛋白表達(dá)，觀察細(xì)胞形態(tài)。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，SAE模型中大鼠海馬神經(jīng)元的受損可能與鐵死亡有關(guān)，而抑制海馬神經(jīng)元細(xì)胞的鐵死亡可以有效改善SAE大鼠模型的認(rèn)知功能；抑制鐵死亡過程可能與Nrf2/GPX4信號通路的激活，使鐵死亡受到抑制有關(guān)。

2.5 其他相關(guān)機(jī)制 p53基因作為抑癌分子一直以來都受到廣泛的關(guān)注，p53可以介導(dǎo)細(xì)胞發(fā)生細(xì)胞凋亡，阻滯其細(xì)胞周期，從而起到了抗腫瘤的作用。然而最近的研究[20]發(fā)現(xiàn)，p53不僅僅通過這兩方面起到抗癌作用，還能通過調(diào)節(jié)細(xì)胞代謝起到抗腫瘤的作用。眾多研究提示，p53這種通過細(xì)胞代謝應(yīng)激而起到的抗癌作用可能與細(xì)胞鐵死亡密切相關(guān)[20-21]?？赡苁荘53下調(diào)胱氨酸-谷氨酸反向轉(zhuǎn)運(yùn)體系統(tǒng)中xCT的活性，使得胱氨酸不能進(jìn)入胞內(nèi)，抑制了GSH的合成，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)的脂質(zhì)ROS產(chǎn)生不斷增多，最終引起細(xì)胞鐵死亡[21]。

3 鐵死亡與神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤

研究發(fā)現(xiàn)，在神經(jīng)系統(tǒng)疾病中，鐵死亡扮演著極其重要的角色。近期的研究也使得鐵死亡在神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤中的重要性逐漸地被揭曉。關(guān)于鐵死亡在神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤中的作用機(jī)制已經(jīng)取得一定的研究進(jìn)展。通過對鐵死亡的研究發(fā)現(xiàn)，部分的轉(zhuǎn)錄因子在神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤的增殖、遷移以及惡變中都起了重要作用，其作用機(jī)制與鐵死亡密切相關(guān)。如ATF4，其表達(dá)升高會促進(jìn)原發(fā)性腦腫瘤的惡性程度，且會增加腫瘤血管生成風(fēng)險(xiǎn)。Chen等[22]研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)ATF4的表達(dá)增高時(shí)，激活的ATF4會使得xCT表達(dá)上調(diào)。而通過抑制xCT的活性，可以促進(jìn)腫瘤細(xì)胞鐵死亡的發(fā)生；從而緩解ATF4表達(dá)增高所引起的正常神經(jīng)細(xì)胞的死亡。在神經(jīng)膠質(zhì)瘤細(xì)胞中，ATF4的表達(dá)水平增高會增加腫瘤血管的生成，可能是ATF4通過xCT活性依賴性方式增加了腫瘤血管的生成和血管結(jié)構(gòu)的塑造；且研究表明通過下調(diào)ATF4的表達(dá)可以抑制xCT的活性，進(jìn)而增強(qiáng)神經(jīng)腫瘤細(xì)胞對鐵死亡的敏感性，使得腫瘤和其脈管系統(tǒng)的增殖與生成得到控制。故ATF4可能是抑制腫瘤細(xì)胞增殖、腫瘤血管生長的有效靶點(diǎn)。同樣作為轉(zhuǎn)錄因子家族的Nrf2在神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤中表達(dá)與腫瘤的惡性程度往往呈正相關(guān)，也影響著患者的預(yù)后生存情況。Fan等[23]通過研究Nrf2和Keap1的表達(dá)對神經(jīng)膠質(zhì)母細(xì)胞瘤中鐵死亡敏感性的影響發(fā)現(xiàn)，Nrf2的過表達(dá)和Keap1的敲除可以促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的增殖和遷移；其機(jī)制可能是通過上調(diào)xCT的活性，改變了腫瘤的微環(huán)境，使腫瘤細(xì)胞鐵死亡受到抑制而實(shí)現(xiàn)的。而下調(diào)膠質(zhì)瘤細(xì)胞中Nrf2的表達(dá)可以促進(jìn)腫瘤細(xì)胞鐵死亡，其機(jī)制可能是通過抑制了xCT的活性，減少了谷氨酸的分泌，使細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)ROS產(chǎn)生增多，促進(jìn)了鐵死亡發(fā)生。同時(shí)下調(diào)Nrf2的表達(dá)，可以使得膠質(zhì)瘤細(xì)胞對鐵死亡的誘導(dǎo)劑(如erastin、RSL3)的敏感性增加。

惡性神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤的治療方法往往是采用手術(shù)治療，并輔以相應(yīng)的化療及放療；敏感性高的化療藥物可以有效地改善患者的預(yù)后生存情況。替莫唑胺(Temozolomide，TMZ)作為治療高級別膠質(zhì)瘤的有效藥物，可以延緩患者的生存期；但是效果卻并不理想。Sehm等[24]研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)TMZ聯(lián)合鐵死亡誘導(dǎo)劑時(shí)可以增強(qiáng)治療效果。抑制xCT活性，干擾了腫瘤細(xì)胞的微環(huán)境可能是TMZ與鐵死亡誘導(dǎo)劑聯(lián)合使用增加療效的原因。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)TMZ與erastin聯(lián)合使用時(shí)，可以增加其抗癌作用的效果；但聯(lián)合sorafenib則不能達(dá)到較好的效果。上調(diào)xCT表達(dá)后會使得腫瘤細(xì)胞對TMZ聯(lián)合erastin的治療效果更加敏感?？傊?，TMZ與鐵死亡誘導(dǎo)劑聯(lián)合使用，可以提高對膠質(zhì)瘤細(xì)胞的治療效果。布洛芬作為一種非甾體類抗炎藥，已被證實(shí)在許多癌癥中與腫瘤發(fā)生相關(guān)，但其對神經(jīng)膠質(zhì)瘤細(xì)胞的作用機(jī)制及效果尚不明確。Gao等研究[25]發(fā)現(xiàn)，布洛芬可以下調(diào)膠質(zhì)母細(xì)胞瘤中GPX4和xCT的表達(dá)，且GPX4和xCT的表達(dá)降低與Nrf2表達(dá)下調(diào)相關(guān)，Nrf2可以調(diào)節(jié)膠質(zhì)母細(xì)胞瘤中GPX4和xCT的表達(dá)；表明布洛芬可能通過下調(diào)Nrf2的表達(dá)，抑制了GPX4和xCT的活性，使得腫瘤細(xì)胞中的脂質(zhì)ROS產(chǎn)生增多，進(jìn)而促進(jìn)膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的鐵死亡發(fā)生；這使布洛芬有可能成為治療神經(jīng)膠質(zhì)瘤的潛在藥物。Wang等研究[26]發(fā)現(xiàn)，土槿皮乙酸(Pseudolaric acid B，PAB)可以抑制神經(jīng)膠質(zhì)瘤的活力；其機(jī)制可能是PAB上調(diào)運(yùn)鐵蛋白受體，改變了細(xì)胞內(nèi)的鐵含量，鐵活化的Nox4增加，導(dǎo)致H2O2和脂質(zhì)過氧化物的過量產(chǎn)生。此外，PAB也可能通過p53下調(diào)xCT的活性，使細(xì)胞內(nèi)GSH產(chǎn)生減少、脂質(zhì)ROS積累過多，促進(jìn)了腫瘤細(xì)胞鐵死亡的發(fā)生。PAB可以促進(jìn)神經(jīng)膠質(zhì)瘤細(xì)胞的鐵死亡發(fā)生，使其可能成為治療神經(jīng)膠質(zhì)瘤細(xì)胞的潛在藥物。但目前p53在神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤鐵死亡過程中的作用研究尚少，且p53基因容易發(fā)生突變，突變后的基因是否能夠保留調(diào)節(jié)細(xì)胞鐵死亡的能力還尚未可知。

4 總結(jié)與展望

鐵死亡是近年來新提出的細(xì)胞死亡方式，其不同于傳統(tǒng)的細(xì)胞死亡方式，有自己的獨(dú)特性。目前的研究報(bào)道已經(jīng)證明鐵死亡在神經(jīng)系統(tǒng)疾病中同樣起到了重要的作用，不僅僅是在PD及AD中，其在神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤和腦卒中的作用均有極其重要的研究價(jià)值。但目前對其作用機(jī)制的研究尚不足，在腦腫瘤方面，如何能夠?qū)㈣F死亡應(yīng)用在治療中是值得探究的。但對于鐵死亡在神經(jīng)系統(tǒng)中的很多未知作用及其機(jī)制，如在神經(jīng)系統(tǒng)中，鐵死亡與其他凋亡方式之間有著何種聯(lián)系？如何將鐵死亡應(yīng)用到耐藥腫瘤的藥物治療中？鐵死亡涉及的基因表達(dá)和調(diào)控，以及在腦腫瘤中的作用機(jī)制相關(guān)研究還不夠深入。深入對鐵死亡的作用及其機(jī)制的研究不僅是對腦腫瘤，也對其他神經(jīng)系統(tǒng)疾病的治療有重大意義。