張馨瑞,羅依婷,朱方圓,葉 露,倪思憶,劉英超,沈 雁

張馨瑞,羅依婷,朱方圓,葉露,浙江中醫(yī)藥大學第二臨床醫(yī)學院 浙江省杭州市 310000

倪思憶,劉英超,沈雁,浙江中醫(yī)藥大學附屬第二醫(yī)院消化內(nèi)科 浙江省杭州市 310000

0 引言

結(jié)直腸癌(colorectal cancer,CRC)是常見的消化道惡性腫瘤.根據(jù)WTO國際癌癥研究機構最新發(fā)布的流行病統(tǒng)計數(shù)據(jù)(GLOBOCAN2020),CRC的發(fā)病率(10.0%)和死亡率(9.4%)分別位居全球惡性腫瘤的第3位和第2位[1].近年來,CRC發(fā)病呈年輕化趨勢,預計到2030年將有約11%的結(jié)腸癌和23%的直腸癌逐漸擴展到50歲以下成年人中[2].由于傳統(tǒng)放化療的毒副作用及耐藥性等問題,CRC患者的生存預后并不理想.因此,CRC的防治仍是世界公共衛(wèi)生的重要課題之一.

鐵死亡是一種新型細胞死亡方式,研究證實鐵死亡與多種疾病如神經(jīng)退行性變、心腦血管疾病、免疫系統(tǒng)疾病、炎癥性疾病和缺血/再灌注損傷等的預后密切相關,其在包括CRC在內(nèi)的惡性腫瘤防治方面所扮演的角色和具體機制備受關注[3-6].本文總結(jié)了鐵死亡的發(fā)生機制和三大效應途徑,在此基礎上初步探討鐵死亡在CRC發(fā)生發(fā)展中的作用和臨床應用.

1 鐵死亡概述

鐵死亡是一類鐵離子依賴的、活性氧(reactive oxygen species,ROS)積累驅(qū)動的、由非酶反應(Fenton反應)和酶機制介導的調(diào)節(jié)性細胞死亡(regulated cell death,RCD)方式[7,8].細胞內(nèi)脂質(zhì)過氧化物(lipide peroxide,LPO)蓄積并破壞生物膜結(jié)構功能穩(wěn)定性所導致的細胞死亡是鐵死亡的實質(zhì).

2003年,Dolma等[9]在探索腫瘤治療藥物的篩選試驗中發(fā)現(xiàn)了一種新型小分子化合物Erastin,能特異性誘導Ras基因突變的人包皮成纖維細胞死亡.隨后,一系列Ras選擇性致死化合物(ras selective lethal compound,RSL)相繼被發(fā)現(xiàn)并被證實能以Erastin相同方式誘導腫瘤細胞死亡[10].不同于其他RCD,這類特殊的死亡方式不依賴于caspase級聯(lián)反應,但依賴于鐵離子水平,不能被壞死、凋亡、焦亡、自噬等抑制劑逆轉(zhuǎn),卻能被抗氧化劑維生素E或鐵螯合劑去鐵胺(deferoxamine,DFO)逆轉(zhuǎn)[10].2012年,Dixon等[7]正式將這類具有鐵依賴性和氧化性,并呈現(xiàn)獨特的遺傳學、形態(tài)學和生物化學特征的細胞死亡方式命名為鐵死亡.

細胞鐵死亡的標志性形態(tài)表現(xiàn)主要包括: 細胞膜斷裂、出泡;線粒體皺縮、體積減少,雙層膜密度增加,內(nèi)嵴模糊不清、減少或消失;核膜完整、胞核大小正常、無DNA片段化[11,12];線粒體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中可見大量鐵離子分布[7].生化表現(xiàn)方面,可見二價鐵離子(Fe2+)濃度升高、ROS和LPO大量蓄積、胱氨酸/谷氨酸反向轉(zhuǎn)運體(cystine/glutamate antiporter,System Xc-)功能受抑、谷胱甘肽合成障礙、谷胱甘肽過氧化物酶4(glutathione peroxidase 4,GPX4)活性下降以及腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化水平提高等[12,14].

2 鐵死亡效應途徑

現(xiàn)有研究表明,多種代謝途徑和機制參與了鐵死亡的啟動和推進,其中最為核心的是鐵代謝途徑、脂質(zhì)代謝途徑和氨基酸代謝途徑(見圖1).各種途徑的多個功能分子相互影響,共同決定了鐵死亡的發(fā)生與否和效應水平.

圖1 鐵死亡發(fā)生發(fā)展由鐵代謝、脂質(zhì)代謝、氨基酸代謝三大效應途徑共同調(diào)節(jié). 細胞外Fe3+與TF結(jié)合后被運輸至細胞膜,并與膜上TFR結(jié)合成復合物轉(zhuǎn)運至細胞內(nèi)并釋放,隨后,Fe3+在STEAP3的作用下被還原成Fe2+,再經(jīng)SLC11A2/DMT1介導,進入不穩(wěn)定鐵池并啟動鐵死亡關鍵環(huán)節(jié)-Fenton反應(Fe2+與H2O2相互作用并形成Fe3+和大量ROS).當Fe2+過量時,Fpn可將富余的Fe2+氧化成Fe3+后泵出細胞,或存儲于Ferritin中.PUFAs在ACSL4和LPCAT3共同作用下與細胞膜上的PE結(jié)合形成PUFA-PE,引起膜結(jié)構不飽和度增加.經(jīng)Fenton反應輸出的過量ROS在LOXs與Fe2+的輔助作用下,將細胞膜上的PUFA-PE過氧化為PUFA-PE-OOH,即LPO,執(zhí)行鐵死亡過程的最終效應功能,即細胞膜的脂質(zhì)過氧化.而過氧化物GPX4可阻礙這一進程.System Xc-由向膜外轉(zhuǎn)運胱氨酸的SLC7A11和向膜內(nèi)轉(zhuǎn)運胱氨酸的SLC3A2組成.生理情況下,System Xc-以1:1的比例外排谷氨酸同時攝取胱氨酸,為GSH的生物合成提供原料.一方面,GPX4可催化GSH由還原型轉(zhuǎn)化為氧化型GSSG,減少ROS的生成,另一方面GPX4可將有毒的LPO還原成無毒性的脂質(zhì)醇,達到抑制鐵死亡目的.TF: 轉(zhuǎn)鐵蛋白;TFR: 轉(zhuǎn)鐵蛋白受體;STEAP3:前列腺跨膜上皮3抗原抗體;Fpn: 膜鐵轉(zhuǎn)運蛋白;FTL: 鐵蛋白輕鏈;FTH1: 鐵蛋白重鏈1;Ferritin: 鐵蛋白;SLC11A2: 溶質(zhì)載體家族11成員2;DMT1: 二價金屬離子轉(zhuǎn)運體;PUFAs: 多不飽和脂肪酸;ACSL4: 酰基輔酶A合成酶長鏈家族成員4;LPCAT3: 溶血卵磷脂?；D(zhuǎn)移酶3;PE: 磷脂酰乙醇胺;PUFA-CoA多不飽和脂肪酸-酰基輔酶A;PUFA-PE: 多不飽和脂肪酸磷脂復合物;ROS: 氧化物;LOXs: 脂氧合酶;LPO: 脂質(zhì)過氧化物;Glutamate: 谷氨酸;Cystine: 胱氨酸;System Xc-: 胱氨酸/谷氨酸反向轉(zhuǎn)運體;SLC7A11: 輕鏈溶質(zhì)載體家族7成員11;SLC3A2: 重鏈溶質(zhì)載體家族3成員2;Cysteine: 半胱氨酸;Glycine: 甘氨酸;GSH: 谷胱甘肽;GSSG: 氧化型谷胱甘肽;NADPH: 還原型輔酶Ⅱ;NADP+: 煙酰胺腺嘌呤二核苷磷酸;還原型輔酶Ⅱ的氧化形式;GPX4: 過氧化物酶4;Nrf2: 轉(zhuǎn)錄因子;Erastin: 鐵死亡誘導劑;SSZ: 柳氮磺胺吡啶;IMCA: 苯并吡喃衍生物;RSLs: 選擇性致死性小分子.

2.1 鐵代謝紊亂與Fenton反應 鐵是人體中含量最豐富的必需微量元素.約3/4的鐵作為“功能性鐵”分布于外周循環(huán)中,參與循環(huán)中氧的運輸、細胞內(nèi)DNA、ATP的合成氧化等重要生理過程;約1/4的鐵作為“貯存鐵”,以鐵蛋白、含鐵血黃素等形式貯存于肝、脾與骨髓[3].循環(huán)中的三價鐵離子(Fe3+)與轉(zhuǎn)鐵蛋白(transferrin,TF)結(jié)合后被運輸至細胞膜,與膜上的轉(zhuǎn)鐵蛋白受體(TFRC/TFR1/CD71)結(jié)合成復合物后被轉(zhuǎn)運入胞內(nèi)的內(nèi)涵體.隨后,在氧化鐵還原酶前列腺六跨膜上皮抗原(sixtransmembrane epithelial antigen of prostate3,STEAP3)的催化下,Fe3+被還原成Fe2+,再經(jīng)溶質(zhì)載體家族11成員2/二價金屬離子轉(zhuǎn)運體1(solute carrier family 7member 11,SLC11A2/divalent metal transporter-1,DMT1)的介導,Fe2+從內(nèi)涵體解體并釋放入胞質(zhì)的不穩(wěn)定鐵池中[15,16].Fe2+過量時,或存儲于鐵蛋白輕鏈多肽和鐵蛋白重鏈多肽1(ferritin heavy chain polypeptide1,FTH1)組成的儲鐵蛋白復合物Ferritin中,或被膜鐵轉(zhuǎn)運蛋白1氧化成Fe3+后泵出細胞,參與外周鐵的再循環(huán).

Fenton反應是鐵死亡的啟動環(huán)節(jié).其核心過程即Fe2+與過氧化氫相互作用后在形成Fe3+和大量ROS[17].低濃度ROS是細胞存活和增殖不可或缺的成分;而高濃度ROS則可通過氧化蛋白質(zhì)、DNA及生物膜結(jié)構上的各種脂類,改變膜結(jié)構和功能活性,引發(fā)細胞死亡[18,19].在上述鐵代謝過程中,任一效應蛋白的功能異常都將破壞胞內(nèi)鐵穩(wěn)態(tài),引起不同程度的鐵超載和ROS蓄積.研究發(fā)現(xiàn),使用DFO、環(huán)吡酮等鐵螯合劑,或敲除TFRC基因,或上調(diào)胞質(zhì)中Ferritin水平等手段,均可抑制細胞內(nèi)鐵超載以降低鐵死亡水平[15,16],而Ferritin選擇性自噬降解則能釋放儲存鐵、促進細胞鐵死亡[20,21],此外,敲除溶質(zhì)載體家族11成員3基因阻礙鐵轉(zhuǎn)運亦會加劇Erastin誘導的鐵死亡[22].綜上可知,鐵代謝紊亂可通過調(diào)控Fenton反應,誘導或抑制細胞發(fā)生鐵死亡.

2.2 脂質(zhì)代謝異常與脂質(zhì)過氧化 脂質(zhì)是細胞膜磷脂的主要成分,脂質(zhì)代謝在維持細胞膜穩(wěn)態(tài)中具有重要意義.酰基輔酶A合成酶長鏈家族成員4(acyl-CoA synthetase long-chain family member 4,ACSL4)和溶血磷脂酰膽堿酰轉(zhuǎn)移酶3(recombinant lysophosphatidylcholine acyltransferase 3,LPCAT3)是膜磷脂合成的限速酶,二者共同影響多不飽和脂肪酸(polyunsaturated fatty acids,PUFAs)的酯化重構[13].生理情況下,PUFAs首先被ACSL4催化為PUFA-CoA,隨后在LPCAT3的介導下酯化并結(jié)合至細胞膜的磷脂酰乙醇胺(phosphatidylethanolamines,PE)上形成PUFA-PE,引起膜結(jié)構不飽和度增加.PUFA-PE是誘導鐵死亡的關鍵底物,其水平高低對細胞的鐵死亡敏感性具有重要影響[23].

脂質(zhì)過氧化是鐵死亡的中心環(huán)節(jié).細胞經(jīng)Fenton反應輸出過量ROS,后者可在Fe2+輔助、脂氧合酶(lipoxygenase,LOXs)催化下,將細胞膜上的PUFA-PE過氧化為PUFA-PE-OOH,即LPO[17,24].LPO作為鐵死亡的核心介質(zhì),主要以三種方式破壞生物膜: (1)促進膜磷脂轉(zhuǎn)向,通過其氧化的脂肪酸與親水頭部的結(jié)合,減少膜厚度;(2)改變脂類間的相互作用和細胞膜的理化性質(zhì);(3)代謝產(chǎn)物4-羥基壬烯醛和丙二醛可使細胞膜中的蛋白質(zhì)和核酸發(fā)生異常共價修飾,DNA斷裂,分子結(jié)構改變[23,25-28].通過以上機制,細胞膜、線粒體及溶酶體等細胞器膜變薄、曲率增加,液態(tài)性、流動性降低,膜通透性升高,Na+和Ca2+內(nèi)流增加,引起細胞水腫及鈣超載,進一步引起膜穿孔解體及細胞內(nèi)容物釋放,最終導致細胞死亡.此外,LPO尚可激活磷脂酶分解膜磷脂催化花生四烯酸代謝反應,生成前列腺素、血栓素A等多種生物活性物質(zhì),促進再灌注損傷;線粒體膜上的LPO可抑制線粒體功能,減少ATP生成,加重細胞能量代謝障礙[29-31].研究發(fā)現(xiàn),與單不飽和脂肪酸相比,含有更多不飽和鍵的PUFA更易受到ROS攻擊、產(chǎn)生LPO[22].PUFA的豐度和定位決定了細胞的脂質(zhì)過氧化程度和鐵死亡水平[4].

2.3 氨基酸代謝失調(diào)與System Xc-/GSH/GPX4軸失能谷胱甘肽(glutathione,r-glutamyl cysteingl +glycine,GSH)是機體抗氧化體系的重要組分之一,包括還原型和氧化型兩種形式,在減輕氧化應激、脂質(zhì)過氧化損傷和保護組織細胞等方面發(fā)揮至關重要的作用[32-34].作為GSH合成關鍵蛋白的System Xc-,其本質(zhì)上是一種廣泛分布于細胞膜磷脂雙分子層中的Na+依賴性氨基酸反向轉(zhuǎn)運體,由輕鏈溶質(zhì)載體家族7成員11(solute carrier family 7,member 11,SLC7A11)和重鏈溶質(zhì)載體家族3成員2(solute carrier family 3,member 2,SLC3A2)經(jīng)共價二硫鍵連接組成.其中,SLC7A11對胱氨酸和谷氨酸具有高度特異性,主要負責氨基酸的雙向轉(zhuǎn)運;而SLC3A2作為伴侶蛋白,幫助增強SLC7A11功能的穩(wěn)定發(fā)揮[35,36].生理情況下,System Xc-以1:1的比例外排谷氨酸同時攝取胱氨酸[37],為GSH的生物合成提供原料.GPX4是細胞內(nèi)主要的抗氧化酶.GPX4一方面可催化GSH由還原型轉(zhuǎn)化為氧化型,減少ROS的生成,另一方面可將有毒的LPO還原成無毒性的脂質(zhì)醇,從而保護生物膜的脂質(zhì)雙分子層發(fā)生過氧化損傷[38,39].

研究表明[40],沉默 SLC7A11基因表達會增加HT-1080細胞對Erastin誘導鐵死亡的敏感性,而過表達SLC7A11后,細胞對鐵死亡的耐受性明顯增強.Yang等[41]研究發(fā)現(xiàn),GPX4表達減少可增加細胞對鐵死亡的敏感性,而增加GPX4表達則能有效降低鐵死亡的發(fā)生率.以上研究表明: 由System Xc-、GSH和GPX4組成的協(xié)調(diào)有序的抗氧化效應結(jié)構體,即System Xc-/GSH/GPX4軸是鐵死亡的主要保護體系.各種可引起System Xc-功能受抑、GSH合成障礙和/或GPX4活性下降的病理狀況均可導致細胞抗氧化功能受損,氧化還原平衡失調(diào),直接或間接地促使脂質(zhì)過氧化和鐵死亡發(fā)生[42].

3 鐵死亡的重要調(diào)控因素

3.1 p53-System Xc-/SLC7A11信號轉(zhuǎn)導的正向調(diào)控作用 近來,鐵死亡已被廣泛認為是抑癌基因p53的內(nèi)源性抗癌機制之一,其在骨肉瘤、肺癌細胞中的表現(xiàn)尤為明顯.p53主要通過抑制其下游靶點System Xc-/SLC7A11的活性而激活鐵死亡,p53乙酰化對該過程具有重要的調(diào)控作用[43].2015年,一篇發(fā)表在Nature上的研究報告顯示,乙?；揎椀耐蛔冃蚿53盡管喪失了細胞周期阻滯、衰老和凋亡等功能,但其能通過催化SLC7A11亞基的啟動子區(qū)減少其表達、抑制System Xc-的功能、降低GPX4的抗氧化活性而提高細胞對鐵死亡的敏感性,突變型p53基因小鼠同野生型小鼠一樣,仍保持著一定的抑癌表觀,抑制了自發(fā)性胸腺淋巴瘤的早期發(fā)生[44].

目前,靶向System Xc-的鐵死亡誘導劑主要分為兩類: 一類是包括Erastin、柳氮磺胺吡啶(sulfasalazine,SSZ)、丁硫氨酸亞砜亞胺、索拉非尼、青蒿素及其衍生物[7,45-47]等為代表的直接誘導劑,通過直接抑制System Xc-活性,減少GSH合成,引發(fā)細胞氧化還原失衡,誘導鐵死亡;另一類是以苯并吡喃衍生物[48]為代表的間接誘導劑,通過激活AMPK/mTOR通路,誘導 SLC7A11表達下調(diào),間接抑制System Xc-活性.

谷氨酰胺酶2(recombinant glutaminase 2,GLS2)和LOXs可能也是p53調(diào)節(jié)鐵死亡的潛在下游靶點.上調(diào)GLS2可催化谷氨酸大量合成,胞內(nèi)高濃度的谷氨酸抑制胱氨酸入胞,從而減少谷胱甘肽合成,誘發(fā)p53依賴性鐵死亡[49,50].也有研究報道p53通過增強亞精胺/精胺N1-乙酰轉(zhuǎn)移酶1的活化水平而增強LOXs的活性,促進細胞發(fā)生脂質(zhì)過氧化和鐵死亡[51].

3.2 Nrf2-GPX4信號轉(zhuǎn)導的負向調(diào)控作用 轉(zhuǎn)錄因子(nuclear factor erythroid 2-related factor 2,Nrf2)具有亮氨酸拉鏈結(jié)構,能通過調(diào)節(jié)機體抗氧化蛋白的表達,有效對抗機體內(nèi)外源性氧化損傷,維持細胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)平衡.作為鐵死亡負性調(diào)控因子之一,Nrf2具有抑制細胞鐵攝取、限制ROS產(chǎn)生和上調(diào)SLC7A11功能[52].Nrf2調(diào)控鐵死亡的下游主要靶點是GPX4.研究發(fā)現(xiàn),上調(diào)Nrf2基因水平可促進GPX4的編碼轉(zhuǎn)錄,而敲除Nrf2或GPX4基因可增強Erastin或索拉菲尼誘導的肝癌細胞鐵死亡[53].文獻報道,GPX4基因敲除小鼠[54]或細胞[55]內(nèi)超氧陰離子、羥基自由基等ROS大量增加都會加劇脂質(zhì)過氧化,進而誘導高水平鐵死亡的發(fā)生;此外,胚胎小鼠可在全身敲除GPX4基因后7.5 d左右死亡[56].

目前,一系列靶向Nrf2-GPX4信號轉(zhuǎn)導過程死亡誘導劑正被逐步開發(fā)或發(fā)現(xiàn).實驗表明,全反式視黃酸、葫蘆巴堿、鴉膽子苦醇等Nrf2抑制劑可通過抑制金屬硫蛋白1的表達,加速GSH耗竭和脂質(zhì)過氧化,從而促進索拉非尼誘導的鐵死亡[57].RSLs(RSL3、RSL5)、DPIs(DPI7、DPI10、DPI12)、丙泊酚等則是針對GPX4催化活性位點的特異性抑制劑.有學者采用微小RNA等手段從基因?qū)用孢M行封閉,發(fā)現(xiàn)阻斷GPX4活性可降低其對ROS、LPO毒性的保護能力,進而促進脂質(zhì)過氧化進程和鐵死[44].

4 鐵死亡機制在結(jié)直腸癌進展中的作用和臨床應用初探

CRC是一種高度異質(zhì)性疾病,依據(jù)發(fā)生部位、遺傳學和表觀遺傳學特征對CRC進行分型,將有助于指導臨床分層和精準性治療,改善患者預后.眾多分型中,2015年由國際結(jié)直腸癌分型聯(lián)盟提出的共識分子分型(consensus molecular subtype,CMS)系統(tǒng)因其明確的生物學可解釋性而最具影響力.研究發(fā)現(xiàn),鐵死亡對CRC的發(fā)生發(fā)展具有重要影響,鐵死亡在CMS不同亞型中的功能不盡相同,可為CRC臨床診療提供靶向性參考依據(jù).

4.1 CMS1(免疫型)與鐵死亡 約14%的CRC為CMS1型.該型好發(fā)于右半結(jié)腸,與腫瘤微環(huán)境(tumor microenvironment,TME)密切相關,以免疫抑制細胞高度浸潤、免疫調(diào)節(jié)分子高表達和免疫逃逸增強為主要特征.CMS1腫瘤顯示出廣泛的高甲基化狀態(tài),且涵蓋多數(shù)錯配修復缺陷(different mismatch repair,dMMR)與高度微衛(wèi)星不穩(wěn)定性(high microsatellite instability,MSI-H)[58].

眾多研究報道[59,60],TME中浸潤的免疫抑制細胞類型及其數(shù)量與腫瘤的臨床預后有關.免疫抑制細胞介導鐵死亡發(fā)生將阻遏腫瘤的發(fā)展進程.鄭勇斌等系統(tǒng)研究了165個鐵死亡相關基因?qū)ME的調(diào)控機制及其對CRC預后的影響,發(fā)現(xiàn)鐵死亡高風險組內(nèi)免疫抑制細胞浸潤減少,而低風險組卻存在相反的免疫景觀[61].TME中主要的抗腫瘤效應執(zhí)行者CD8+T細胞可產(chǎn)生干擾素(IFNγ)等多種細胞毒介質(zhì),后者既能通過下調(diào)System Xc-亞基SLC3A2和SLC7A11的表達、促進ACSL4信號轉(zhuǎn)導而促進鐵死亡,增加腫瘤細胞的放療敏感性,又可通過釋放損傷相關分子模式(damage associated molecular patterns,DAMPs)進一步激活免疫系統(tǒng),加重CD8+T細胞浸潤[60-62].

除免疫異常外,炎癥反應是構成TME的另一大核心要素.慢性炎癥病灶中的ROS、RNS等氧化應激因子以及各種促炎、促腫瘤分子,促進了TME形成以及“炎-癌”轉(zhuǎn)化.潰瘍性結(jié)腸炎是公認的CRC主要癌前病變之一,其發(fā)生發(fā)展已被闡明與鐵死亡機制介導的慢性炎癥密切相關[63,64].Chen等[65]通過動物研究發(fā)現(xiàn),多種鐵死亡抑制劑如鐵他汀-1、利蒲他汀-1和Deferprone均能夠有效改善結(jié)腸炎小鼠的癥狀、減輕結(jié)腸大體形態(tài)學和組織學炎癥,而這種保護作用是通過阻斷Nrf2/HO-1信號通路,進而調(diào)節(jié)COX2、ACSL4、GPX4、FTH1等鐵死亡效應蛋白表達、降低結(jié)腸黏膜氧化應激水平而實現(xiàn)的.

盡管鐵死亡在TME中的具體作用機制仍待進一步明確,但現(xiàn)有研究結(jié)果已表明,鐵死亡對CMS1型CRC發(fā)揮雙重作用: 一方面,異常激活的免疫反應推動腫瘤細胞鐵死亡而發(fā)揮抗癌效應;另一方面,正常組織細胞鐵死亡引起的炎癥損傷又使得免疫反應過度激活,大大促進了細胞“炎-癌”轉(zhuǎn)化,發(fā)揮促癌效應.

4.2 CMS2(經(jīng)典型)與鐵死亡 約37%的CRC為CMS2型.該型好發(fā)于左半結(jié)腸,以上皮細胞功能缺陷為特征,其發(fā)生多遵循Fearon[66]經(jīng)典的多步驟理論.與其他亞型相比,CMS2型主要由染色體不穩(wěn)定途徑介導,包括DNA 甲基化、抑癌基因(APC、P53等)突變等.

在CMS2型CRC中,APC基因突變率最高.高頻突變的APC基因通過Wnt-β-catenin信號途徑調(diào)控鐵死亡,從而參與CMS2型腫瘤的發(fā)展進程[58].正常情況下,β-catenin通過結(jié)合以APC復合物為組分的構架蛋白軸蛋白Axin而發(fā)生泛素化降解,APC基因突變導致β-catenin與Axin的結(jié)合序列缺失、降解減少,胞質(zhì)內(nèi)游離β-catenin過量累積入核進而結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子TCF/LEF,促進靶基因的轉(zhuǎn)錄表達[67].Wang[68]等研究揭示: Wnt-β-catenin信號途徑下游靶基因可結(jié)合并誘導GPX4啟動子的表達,從而抑制鐵死亡.Luo等[69]研究發(fā)現(xiàn),Wnt抑制劑C59通過增加胞內(nèi)Fe2+、LPO及線粒體超氧化物而誘導CRC細胞鐵死亡,而Wnt激動劑BML-284則可逆轉(zhuǎn)這一現(xiàn)象.上述結(jié)果表明,APC基因介導的Wnt-β-catenin信號途徑異常激活可抑制細胞鐵死亡,促進CRC癌變進程.

P53基因突變率僅次于APC.P53主要通過兩種不同方式誘導細胞鐵死亡.一種是轉(zhuǎn)錄依賴性方式,即抑制SLC7A11的轉(zhuǎn)錄激活.研究發(fā)現(xiàn),誘導P53基因R273H和R175H位點突變后,其下游靶點System Xc-/SLC7A11活性下調(diào),促進腫瘤細胞鐵死亡[44,70].研究發(fā)現(xiàn),P53基因的雜合性缺失上調(diào)了二肽基-肽酶-4(dipeptidyl peptidase-4,DPP4)活性,促進了后者介導的脂質(zhì)過氧化和鐵死亡.另一種是非轉(zhuǎn)錄依賴性方式.即干擾P53與DPP4的結(jié)合并抑制其活性[71,72].研究發(fā)現(xiàn),P53基因的雜合性缺失上調(diào)了DPP4活性,促進了后者介導的脂質(zhì)過氧化和鐵死亡.

4.3 CMS3(代謝型)與鐵死亡 約13%的CRC為CMS3型.該型左右半結(jié)腸發(fā)生率無顯著差別,以顯著的代謝異常和KRAS等基因高頻突變?yōu)樘卣?細胞代謝重編程是腫瘤的重要標志,有助于腫瘤的進展轉(zhuǎn)移[73].一系列研究表明,鐵死亡通過影響物質(zhì)能量代謝影響CMS3型CRC,而在傳統(tǒng)放化療基礎上聯(lián)用鐵死亡誘導策略,可實現(xiàn)協(xié)同增效的有益結(jié)果[69,74,75].牛爽等[76]通過對比實驗發(fā)現(xiàn),Erastin聯(lián)合順鉑方案可介導氨基酸代謝,通過增加耐順鉑人結(jié)腸腺癌細胞株LOVO/DDP中的ROS水平,使細胞活力顯著下降,而該效應可被鐵死亡抑制劑逆轉(zhuǎn).同樣地,放療可提高腫瘤細胞內(nèi)ROS水平和脂質(zhì)過氧化水平,在一定限度內(nèi)誘導鐵死亡.Lang等[77]在人纖維肉瘤移植小鼠實驗中發(fā)現(xiàn),將包括Erastin、RSL3、SSZ等的鐵死亡誘導劑與放療聯(lián)合運用,可調(diào)節(jié)細胞內(nèi)脂質(zhì)、氨基酸代謝,提高鐵死亡水平,小鼠對放療的敏感性較單獨放療明顯增強.

KRAS基因作為腫瘤進展的“門控基因”,可調(diào)控腫瘤細胞生長和血管生成.CMS3型中頻發(fā)突變的KRAS基因誘導細胞各類代謝重編程,包括氨基酸代謝、糖代謝、脂肪代謝等,并通過System Xc-GSH-GPX4途徑抑制鐵死亡[78].眾多臨床數(shù)據(jù)表明,KRAS突變對靶向治療似乎并不敏感,尤其是表皮生長因子受體抑制劑.或許靶向物質(zhì)能量代謝等鐵死亡相關環(huán)節(jié),可改善KRAS耐藥性難題,實現(xiàn)優(yōu)化CRC綜合治療.

4.4 CMS4(上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化型)與鐵死亡 約23%CRC為CMS4型.該型左半結(jié)腸較右半多發(fā),易發(fā)生遠處轉(zhuǎn)移,以轉(zhuǎn)化生長因子β(transforming growth factor-β,TGF-β)信號通路異常激活、上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelialmesenchymal transition,EMT)上調(diào)、血管生成、間質(zhì)浸潤等為主要特征.其中,TGF-β可通過依賴(促進間充質(zhì)細胞特性蛋白表達)或非依賴(減少鈣粘蛋白表達)Smad方式誘導EMT發(fā)生[79];而EMT是CRC發(fā)生、浸潤和轉(zhuǎn)移的關鍵驅(qū)動因素[80].以EMT為特征的CMS4型CRC極易發(fā)生鐵死亡,且對鐵死亡誘導劑反應更敏感.Sun等[81]的細胞實驗發(fā)現(xiàn),TGF-β誘導EMT過程中可出現(xiàn)System Xc-受抑、GSH耗竭和氧化應激增加等鐵死亡特征表現(xiàn),而該過程可被鐵死亡抑制劑(ferrostatin-1,Fer-1)抑制.Chen等[82]研究發(fā)現(xiàn),源自中藥姜黃的生物活性化合物β-欖香烯和西妥昔單抗聯(lián)合應用,可通過誘導鐵死亡和調(diào)節(jié)EMT等機制抑制KRAS突變型CRC的生長和淋巴轉(zhuǎn)移,發(fā)揮協(xié)同抗癌效應.上述研究表明,靶向抑制TGF-β信號通路或許可從源頭抑制CRC轉(zhuǎn)移灶形成,提高CMS4型腫瘤預后.

鐵死亡各效應途徑中的信號分子和/或調(diào)控因子或可作為該病的潛在治療靶點,誘導鐵死亡并加速CRC細胞死亡可能是潛在有效的抗癌策略.

5 結(jié)論

作為一種全新的調(diào)節(jié)性細胞死亡方式,鐵死亡已受到廣泛關注并吸引著眾多學科開展廣泛研究.現(xiàn)已闡明,鐵死亡的發(fā)生主要由鐵代謝、脂質(zhì)代謝及氨基酸代謝三大效應途徑推進,并受Nrf2、GPX4、P53、SystemXc-、SLC7A11等諸多因子調(diào)控.基于腫瘤細胞逃避凋亡等傳統(tǒng)程序性死亡的行為特性,鐵死亡的發(fā)現(xiàn)為腫瘤的綜合防治拓展了廣闊的研究方向和前景,厘清鐵死亡機制內(nèi)部的交互關系并探尋靶向性藥物實施調(diào)控是從臨床角度出發(fā)對基礎研究提出的新挑戰(zhàn).當聚焦于CRC時,現(xiàn)有研究證據(jù)也使我們認識到: 針對CMS各個亞型中的不同靶點.鐵死亡在CRC進程中所扮演的角色亦不同,探索靶向鐵死亡的療法對CRC分型治療具有指導意義: 當其充當促癌推手時,我們需設法減緩或停滯正常細胞的鐵死亡;而當其作為抗癌衛(wèi)士時,則要激活并提高腫瘤細胞的鐵死亡水平.然而,然而,在一個復雜的機體內(nèi)環(huán)境中,鐵死亡與其他細胞病理生理機制間存在怎樣的相互影響？鐵死亡靶向療法對CRC的特異性如何？怎樣在該類患者的臨床前研究和臨床試驗中控制鐵死亡靶向療法的潛在不良反應？答案仍未可知,需要帶著上述問題開展更多更深入的研究,為進一步開發(fā)精準安全的靶向抗癌藥物提供支撐依據(jù).