王俊楠 金俊飛

1桂林醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院廣西肝臟損傷與修復(fù)分子醫(yī)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，桂林 541001；2桂林醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院廣西神經(jīng)鞘脂代謝相關(guān)疾病基礎(chǔ)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，桂林 541001；3桂林醫(yī)學(xué)院中美健康與疾病脂質(zhì)研究中心，桂林 541001；4桂林醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院肝膽胰外科實(shí)驗(yàn)室，桂林 541001

肝癌是最常見(jiàn)的惡性腫瘤之一，在全球癌癥相關(guān)死亡中排在第4位，每年新發(fā)肝癌占癌癥病例的4.7%，肝癌導(dǎo)致的死亡人數(shù)在腫瘤致死中占比8.3%［1］。絕大多數(shù)肝癌的病理類(lèi)型為肝細(xì)胞癌，占比約90%。早期發(fā)現(xiàn)的肝癌通過(guò)手術(shù)治療，能達(dá)到較好的治療效果，但是大多數(shù)肝癌患者在中、晚期才被確診，失去手術(shù)治療機(jī)會(huì)，預(yù)后較差。探索肝癌生物學(xué)特征，發(fā)現(xiàn)更有效的治療方案仍應(yīng)為肝癌研究的重要方向。近期研究發(fā)現(xiàn)肝癌細(xì)胞對(duì)鐵死亡激動(dòng)劑敏感，而鐵死亡激動(dòng)劑能引起神經(jīng)鞘脂代謝通路的改變。但是肝癌、鐵死亡、神經(jīng)鞘脂代謝三者的關(guān)系依舊不太明朗，鐵死亡、神經(jīng)鞘脂代謝對(duì)肝癌診斷、治療等方面的影響也不清楚，本綜述就相關(guān)方面進(jìn)行討論。

神經(jīng)鞘脂代謝通路與鐵死亡通路概述

1、神經(jīng)鞘脂代謝通路概述

從 1986 年 Hannun 等［2］首次報(bào)道神經(jīng)鞘脂分子可以作為信號(hào)分子以來(lái)，經(jīng)過(guò)30 余年的研究，神經(jīng)鞘脂分子及代謝酶在細(xì)胞生物過(guò)程中的作用也逐漸被認(rèn)識(shí)。神經(jīng)鞘脂既是細(xì)胞膜中必不可少的結(jié)構(gòu)分子，也是參與多種細(xì)胞功能的第二信使，在細(xì)胞穩(wěn)態(tài)、細(xì)胞凋亡等生物功能調(diào)節(jié)中起重要作用。神經(jīng)鞘氨醇（sphingosine，Sph）和神經(jīng)酰胺（ceramide，Cer）及其磷酸化形式神經(jīng)鞘氨醇-1-磷酸（sphingosine-1 phosphate，S1P）和 神 經(jīng) 酰 胺 -1- 磷 酸（ceramide-1 phosphate，C1P）是細(xì)胞生理活動(dòng)及病理過(guò)程的重要調(diào)節(jié)因子，其中S1P 和C1P 也是影響Cer 水平的重要調(diào)控因子，但其作用不盡相同。Cer 調(diào)控細(xì)胞周期、誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，而C1P 則促進(jìn)細(xì)胞增殖。Cer作為神經(jīng)鞘脂代謝通路的中心，主要來(lái)源于從頭合成和補(bǔ)救合成途徑，兩者均發(fā)生于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。Cer 從頭合成途徑是在3-酮二氫神經(jīng)鞘氨醇還原酶、絲氨酸棕櫚酰轉(zhuǎn)移酶和（二氫）神經(jīng)酰胺合成酶（ceramide synthases，CerS）的協(xié)同作用下，將胞質(zhì)中L-絲氨酸和棕櫚酰輔酶A 轉(zhuǎn)化為二氫神經(jīng)酰胺（dihydroceramides，Dhcer），Dhcer 在二氫神經(jīng)酰胺去飽和酶作用下插入雙鍵形成 Cer；Sph 可以在 CerS 催化下生成 Cer，Cer 通過(guò)神經(jīng)酰胺酶分解為Sph，Sph 和S1P 之間又可以通過(guò)神經(jīng)鞘氨醇磷酸酶、神經(jīng)鞘氨醇激酶相互轉(zhuǎn)化，S1P 可進(jìn)一步分解為乙醇胺磷酸和脂肪醛；此外，神經(jīng)酰胺還可以通過(guò)神經(jīng)鞘磷脂、鞘糖脂的分解以及C1P的去磷酸化產(chǎn)生［3］。

2、鐵死亡相關(guān)信號(hào)通路概述

鐵死亡（ferroptosis）由二價(jià)鐵離子積累引起致命的脂質(zhì)過(guò)氧化作用驅(qū)動(dòng)，可以通過(guò)阻斷脂質(zhì)過(guò)氧化、消耗二價(jià)鐵離子來(lái)抑制鐵死亡，鐵死亡屬于程序性細(xì)胞死亡。含多不飽和脂肪酸磷脂［polyunsaturated fatty acid-containing phospholipids（PLs），PUFA-PLs）］的合成和過(guò)氧化、鐵代謝失衡是鐵死亡的先決條件，谷胱甘肽過(guò)氧化物酶4（glutathione peroxidase 4，GPX4）- 還 原 性 谷 胱 甘 肽（reduced glutathione，GSH）系 統(tǒng) 、鐵 死 亡 抑 制 蛋 白1（ferroptosis suppressor protein 1，F(xiàn)SP1）-泛素醌（ubiquinol，CoQH2）系統(tǒng)、二氫乳清酸脫氫酶（dihydroorotate dehydrogenase，DHODH）-CoQH2 系 統(tǒng) 、GTP 環(huán) 水 解 酶1（GTP cyclohydrolase 1，GCH1）- 四 氫 生 物 喋 呤（tetrahydrobiopterin，BH4）系統(tǒng)是目前已知的對(duì)抗鐵死亡的主要防御系統(tǒng)［4］。

2.1、PUFA-PLs 的合成和過(guò)氧化 脂質(zhì)過(guò)氧化的累積導(dǎo)致細(xì)胞膜脂質(zhì)雙分子層不可逆損傷，直接導(dǎo)致細(xì)胞鐵死亡的發(fā)生。多不飽和脂肪酸（polyunsaturated fatty acids，PUFAs）在游離狀態(tài)下不進(jìn)行脂質(zhì)過(guò)氧化。PUFAs 與膜磷脂（phospholipids，PLs）結(jié)合后形成 PUFA-PLs，PUFA-PLs的產(chǎn)生和過(guò)氧化是鐵死亡發(fā)生的必要條件。因此，催化PUFAs 和磷脂結(jié)合的酶在鐵死亡中起重要作用。乙酰輔酶A 合成酶長(zhǎng)鏈家族成員4 和溶血磷脂酰膽堿?；D(zhuǎn)移酶3 是PUFA-PLs 合成的關(guān)鍵酶，兩者的失活可以阻斷或減弱鐵死亡［5］。脂加氧酶（lipoxygenases，LOXs）可催化定向聚合氧化PUFAs，導(dǎo)致脂質(zhì)過(guò)氧化［6］。單不飽和脂肪酸（monounsaturated fatty acids，MUFAs）缺乏雙烯丙基，不容易被過(guò)氧化，MUFAs 取代PLs 中的PUFAs 能夠抑制細(xì)胞膜脂質(zhì)過(guò)氧化和鐵死亡。硬脂酰輔酶A 去飽和酶1 和長(zhǎng)鏈脂酰輔酶A合成酶3作為MUFA-PLs的合成酶，它們失活可以增加癌細(xì)胞對(duì)鐵死亡的敏感性［7］。

2.2、鐵代謝調(diào)節(jié) 從命名來(lái)看，鐵死亡與鐵有關(guān)，但是鐵離子在鐵死亡中的作用仍有待深入研究。生理?xiàng)l件下，細(xì)胞的鐵吸收主要由轉(zhuǎn)鐵蛋白受體1（transferrin receptor 1，TFR1）控制，鐵結(jié)合到轉(zhuǎn)鐵蛋白后被受體介導(dǎo)的內(nèi)吞作用轉(zhuǎn)入細(xì)胞。這一過(guò)程可以通過(guò)敲除TFR1來(lái)阻斷，進(jìn)而抑制鐵死亡激動(dòng)劑誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡［8］。鐵蛋白是鐵離子貯存蛋白，減少鐵蛋白的表達(dá)，尤其是鐵蛋白重鏈（ferritin heavy chain 1，F(xiàn)TH1）的表達(dá)，會(huì)增加不穩(wěn)定的鐵池，使細(xì)胞對(duì)鐵死亡更敏感［9］。Gao 等［10］提出鐵死亡是一種細(xì)胞自噬性死亡過(guò)程，通過(guò)自噬降解FTH1可以促進(jìn)鐵死亡，F(xiàn)TH1降解導(dǎo)致細(xì)胞游離鐵離子增加，游離鐵離子增加促進(jìn)細(xì)胞鐵死亡［11］。另外，在鐵死亡過(guò)程中依賴鐵的酶可能起到關(guān)鍵作用，比如最近有研究證明細(xì)胞色素P450 氧化還原酶是鐵死亡期間脂質(zhì)過(guò)氧化的促進(jìn)因子。

2.3、GPX4-還原型谷胱甘肽（GSH）系統(tǒng) GPX4 能利用GSH 催化還原H2O2或有機(jī)氫過(guò)氧化物生成水或相應(yīng)的醇，其家族成員GPX4 是首個(gè)被發(fā)現(xiàn)的鐵死亡抑制蛋白，GPX4可以作為磷脂氫過(guò)氧化物酶，將脂質(zhì)過(guò)氧化氫還原為脂質(zhì)醇，阻止鐵依賴的脂質(zhì)活性氧（lipid reactive oxygen species，L-ROS）的形成、積累，從而維持細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)穩(wěn)態(tài)，阻止脂質(zhì)氧化，防止鐵依賴的細(xì)胞死亡模式“鐵死亡”的發(fā)生［12］。GSH 是 GPX4 抑制 ROS 生成的重要輔因子，Erastin通過(guò)抑制胱氨酸谷氨酸反向轉(zhuǎn)運(yùn)體，減少胱氨酸進(jìn)入細(xì)胞，降低細(xì)胞內(nèi)GSH 水平，GPX4 活性下降，導(dǎo)致鐵死亡發(fā)生。此外，共價(jià)小分子物質(zhì)RSL3可以通過(guò)抑制GPX4酶活性，誘導(dǎo)鐵死亡的發(fā)生?？傊?，隨著鐵死亡研究的深入，GPX4 在鐵死亡發(fā)生過(guò)程中的作用及機(jī)制逐漸被認(rèn)識(shí)，GPX4已經(jīng)成為鐵死亡檢測(cè)的標(biāo)志物。

2.4、FSP1 FSP1 定位于質(zhì)膜，是一種 NADP 依賴的氧化還原酶，能將輔酶Q（coenzyme Q，CoQ）還原為CoQH2，后者可以通過(guò)捕獲脂質(zhì)過(guò)氧自由基從而抑制脂質(zhì)過(guò)氧化導(dǎo)致的鐵死亡［13］。FSP1 屬于非線粒體CoQ 抗氧化系統(tǒng)，和GPX4 一樣，是阻止鐵死亡的關(guān)鍵蛋白。FSP1-CoQ10-NAD（P）H 途徑與 GPX4-GSH 系統(tǒng)協(xié)同抑制磷脂過(guò)氧化和鐵死亡［13］。

2.5、DHODH DHODH 位于線粒體內(nèi)膜，參與嘧啶的合成，可將線粒體內(nèi)膜中的CoQ 還原為CoQH2，減少線粒體脂質(zhì)過(guò)氧化，抑制鐵死亡。在GPX4 高表達(dá)的癌細(xì)胞中，鐵死亡誘導(dǎo)劑引起線粒體脂質(zhì)過(guò)氧化和鐵死亡過(guò)程中DHODH 失活參與其中，起協(xié)同作用；在GPX4 低表達(dá)的癌細(xì)胞中，DHODH 失活誘導(dǎo)大量線粒體脂質(zhì)過(guò)氧化和鐵死亡。DHODH 底物和產(chǎn)物對(duì)鐵死亡的影響產(chǎn)生相反的效果，DHODH 獨(dú)立于 GPX4 和 FSP1，通過(guò) DHODH-CoQH2系統(tǒng)發(fā)揮抗鐵死亡作用［14］。

2.6、GCH1-BH4 系統(tǒng) BH4 能捕獲脂質(zhì)過(guò)氧自由基，是抗氧化系統(tǒng)的組成部分，參與一氧化氮、神經(jīng)遞質(zhì)和芳香族氨基酸的代謝。GCH1 是BH4 的第一限速酶，通過(guò)生成BH4 捕獲自由基起抗氧化作用，并通過(guò)GCH1 介導(dǎo)的CoQH2抑制鐵死亡。最新研究發(fā)現(xiàn)，在結(jié)直腸癌中GCH1/BH4 能抵抗鐵死亡，抑制GCH1/BH4 能激活噬鐵蛋白促進(jìn)Erastin誘導(dǎo)的鐵死亡［15］。

神經(jīng)鞘脂代謝通路與鐵死亡通路的交互關(guān)系及對(duì)肝癌的影響

1、神經(jīng)鞘脂代謝信號(hào)通路與肝癌

神經(jīng)鞘脂在調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖、對(duì)化療藥物的反應(yīng)以及癌癥預(yù)防中發(fā)揮重要作用［16］。隨著神經(jīng)鞘脂代謝分子及代謝酶研究的深入，其在腫瘤發(fā)生、發(fā)展及治療中的作用逐漸被了解，特別是神經(jīng)鞘脂代謝紊亂對(duì)肝癌的影響。肝癌組織和癌旁正常組織相比，神經(jīng)鞘脂水平發(fā)生明顯變化。Krautbauer 等［17］的研究發(fā)現(xiàn)，Cer 作為神經(jīng)鞘脂代謝中心分子，在肝癌組織中明顯減少；特異性提高癌細(xì)胞Cer水平，能引起肝癌細(xì)胞死亡，可能是治療肝癌的潛在方法。Funaki等［18］的數(shù)據(jù)表明神經(jīng)鞘氨醇激酶 1（sphingosine kinase 1，SPHK1）在肝癌發(fā)生中起重要作用，在小鼠敲除SPHK1基因可以明顯減少DEN 誘導(dǎo)的肝臟腫瘤生成。Miura 等［19］的研究表明，S1P 參與肝癌侵襲，在腫瘤進(jìn)展中起重要作用，SPHK1 的表達(dá)水平與腫瘤大小有關(guān)。肝癌組織中S1P、Cer水平較癌旁正常組織明顯升高。另外，S1P通過(guò)S1P受體降低肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子誘導(dǎo)的肝癌細(xì)胞遷移。堿性神經(jīng)酰胺酶2（alkaline ceramidase 2，ACER2）是神經(jīng)鞘脂代謝中影響細(xì)胞Cer 產(chǎn)生的關(guān)鍵酶，ACER2 可以通過(guò)酸性神經(jīng)鞘磷脂酶（sphingomyelinase，SMase）樣磷酸二酯酶3B 促進(jìn)肝癌細(xì)胞存活和遷移［20］。類(lèi)似研究認(rèn)為堿性神經(jīng)酰胺酶3（alkaline ceramidase 3，ACER3）可促進(jìn)肝癌細(xì)胞增殖，抑制ACER2、ACER3 可能成為肝癌治療的新思路。總之，隨著研究的深入，靶向神經(jīng)鞘脂代謝中間產(chǎn)物、代謝酶的干預(yù)措施有望在肝癌治療中取得突破。

2、鐵死亡信號(hào)通路與肝癌

越來(lái)越多的證據(jù)提示，鐵死亡與腫瘤相關(guān)。索拉菲尼（sorafenib）作為多種致癌激酶的抑制劑，是肝癌靶向治療的一線藥物。研究證明索拉菲尼可誘導(dǎo)肝癌細(xì)胞發(fā)生鐵死亡。Erastin 和索拉菲尼通過(guò)誘導(dǎo)鐵死亡、抑制肝癌中核因子紅細(xì)胞系2 相關(guān)因子2（nuclear factor erythroid 2-related factor 2，Nrf2）的表達(dá)和活性來(lái)發(fā)揮抗癌作用。視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤蛋白（retinoblastoma protein，pRb）和金屬硫蛋白-1G（metallothionein-1G，MT-1G）是Nrf2 的負(fù)調(diào)控因子，與肝癌密切相關(guān)。索拉菲尼治療肝癌導(dǎo)致pRb 水平下降、線粒體ROS 水平增高、鐵死亡發(fā)生率增加。Sun 等［21］研究發(fā)現(xiàn)，敲除MT-1G 導(dǎo)致GSH 消耗和脂質(zhì)過(guò)氧化水平顯著增加，從而促進(jìn)索拉非尼誘導(dǎo)肝癌細(xì)胞鐵死亡的發(fā)生。研究表明，谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶ζ1（glutathione S-transferase zeta 1，GSTZ1）通過(guò)抑制NRF2/GPX4 軸增強(qiáng)了索拉非尼誘導(dǎo)肝癌細(xì)胞鐵死亡。索拉非尼與GPX4抑制劑RSL3聯(lián)合治療可能是一個(gè)有前途的肝癌治療策略。Gao 等［22］發(fā)現(xiàn)：Hipo-Yes 相關(guān)蛋白/含有PDZ 結(jié)合基序的轉(zhuǎn)錄共激活因子（Yes-associated protein/transcriptional coactivator with PDZ-binding motif，YAP/TAZ）可以誘導(dǎo)溶質(zhì)載體家族7 成員11（solute carrier family 7 member 11，SLC7A11）的表達(dá)；同時(shí)，YAP/TAZ 能維持轉(zhuǎn)錄激活因子4 的蛋白穩(wěn)定性、核定位和轉(zhuǎn)錄活性，進(jìn)而協(xié)同誘導(dǎo)SLC7A11 的表達(dá)；SLC7A11 是維持細(xì)胞內(nèi)谷胱甘肽穩(wěn)態(tài)的關(guān)鍵轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，SLC7A11表達(dá)能抑制鐵死亡，導(dǎo)致索拉菲尼耐藥。Sun 等［23］研究證實(shí)，p62-Keap1-NRF2 通路上調(diào)鐵代謝、ROS 代謝的多個(gè)相關(guān)基因比如醌氧化還原酶1、血紅素加氧酶1 和鐵蛋白重鏈1 等在肝癌細(xì)胞抵抗鐵死亡中發(fā)揮重要作用。

3、神經(jīng)鞘脂代謝與鐵死亡的關(guān)系

Cer作為神經(jīng)鞘脂代謝通路的中心分子，通過(guò)影響重要效應(yīng)分子發(fā)揮抑制腫瘤、對(duì)抗細(xì)胞增殖的作用，參與細(xì)胞凋亡、衰老和壞死等過(guò)程。已經(jīng)證明，Cer 在多種細(xì)胞毒性藥物和其他抗癌藥物激發(fā)的自噬過(guò)程中發(fā)揮關(guān)鍵作用［24］。2016 年 Yang 等［25］的 研 究 發(fā) 現(xiàn) 哌 嗪 Erastin 處 理 導(dǎo) 致HT-1080 細(xì)胞 Cer 明顯升高。Thayyullathi 等［26］研究發(fā)現(xiàn)不同的鐵死亡誘導(dǎo)劑如RSL3 和FIN56 處理HT-1080 和Calu-1細(xì)胞后，Cer顯著積累，提示在鐵中毒過(guò)程中Cer積累不依賴于鐵死亡誘導(dǎo)劑本身。Niu 等［27］研究發(fā)現(xiàn)對(duì)乙酰氨基酚誘導(dǎo)肝細(xì)胞鐵死亡過(guò)程中Cer 含量發(fā)生變化，提示Cer可能參與其中。

在SMase 的作用下水解神經(jīng)鞘磷脂（sphingomyelin，SM）生成Cer 是Cer 產(chǎn)生的主要來(lái)源之一，SMase 根據(jù)最適pH 分為酸性、中性、堿性3 類(lèi)。中性神經(jīng)鞘磷脂酶（neutral SMase，NSMase）和酸性神經(jīng)鞘磷脂酶（acid SMase，ASMase）是Cer 產(chǎn)生的主要貢獻(xiàn)者。NSMase 包含NSMase-1、NSMase-2、NSMase-3 和線粒體相關(guān)NSMase 4 種。我們團(tuán)隊(duì)研究發(fā)現(xiàn)：NSMase-1 在肝癌組織中低表達(dá)，SM/Cer 比值升高；NSMase-1 表達(dá)水平與肝癌預(yù)后相關(guān)，NSMase-1 高表達(dá)肝癌患者預(yù)后較好，NSMase-1 可能通過(guò)促進(jìn)SM 水解生成 Cer 來(lái) 抑 制 肝 癌 的 進(jìn) 展［28］。 ASMase 可 分 為 溶 酶 體ASMase 和分泌型 ASMase［29］。大量研究表明，在正常生理和許多常見(jiàn)疾病（包括腫瘤）的病理生理過(guò)程中ASMase 起重要作用，ASMase 可能是治療腫瘤的重要靶點(diǎn)。最近研究顯示，敲低ASMase 基因或藥物抑制ASMase 可以減弱Erastin 誘導(dǎo)的自噬、GPX4 降解和脂質(zhì)過(guò)氧化，從而減少Erastin 介導(dǎo)的鐵死亡。ASMase 基因激活增加不同鐵死亡誘導(dǎo)劑（ferroptosis inducer，F(xiàn)IN）處理引起的癌細(xì)胞鐵死亡，ASMase在鐵死亡過(guò)程中起關(guān)鍵作用［26］。

另外，近期有究表明腦出血誘導(dǎo)的SPHK1 表達(dá)促進(jìn)鐵死亡介導(dǎo)的繼發(fā)性腦損傷，在這一可能致死的過(guò)程中SPHK1起關(guān)鍵作用［30］。該發(fā)現(xiàn)從側(cè)面證實(shí)了神經(jīng)鞘脂代謝與鐵死亡存在密切關(guān)聯(lián)。

總結(jié)與展望

PUFA-PLs的合成和氧化、鐵代謝失衡是鐵死亡發(fā)生的激發(fā)/促進(jìn)因素和前提條件，對(duì)抗鐵死亡的防御系統(tǒng)主要是由 GPX4、DHODH、FSP1、GCH1 等參與的抗氧化系統(tǒng)。激發(fā)/促進(jìn)鐵死亡發(fā)生的因素和對(duì)抗/防御鐵死亡系統(tǒng)的失衡，將導(dǎo)致致命性過(guò)氧化物在細(xì)胞膜的堆積，進(jìn)而引起鐵死亡的發(fā)生。腫瘤具有獨(dú)特的代謝特點(diǎn)，包括高負(fù)荷的活性氧和鐵死亡防御系統(tǒng)關(guān)鍵蛋白的表達(dá)水平發(fā)生變化，導(dǎo)致腫瘤對(duì)鐵死亡激動(dòng)劑敏感，鐵死亡相關(guān)信號(hào)分子有望成為腫瘤治療的新靶點(diǎn)。已經(jīng)有研究表明：鐵死亡激動(dòng)劑Erastin處理可以激活A(yù)SMase、引起神經(jīng)酰胺生成增加、參與ROS生成和脂質(zhì)過(guò)氧化，提示神經(jīng)鞘脂代謝通路中的關(guān)鍵分子和/或代謝酶在鐵死亡過(guò)程中起重要作用。雖然現(xiàn)有的研究表明神經(jīng)鞘脂代謝通路與鐵死亡存在關(guān)聯(lián)，但兩者的交互作用及具體機(jī)制仍不清楚，特別是兩者的交互作用在肝癌研究方面還很少，加強(qiáng)這方面的研究，有助于從“神經(jīng)鞘脂代謝通路-鐵死亡”這一獨(dú)特視角解釋肝癌發(fā)生、發(fā)展的機(jī)制，為肝癌治療找到新方案。