胡舒寧 鄒心如 方譯萱 劉成銳 陳瑞 季俐俐

肺癌是最常見的癌癥之一，據(jù)估計(jì)，截至2020年，每年有220萬(wàn)新病例和179萬(wàn)人死亡[1]。早期肺癌多以手術(shù)治療為主，而晚期肺癌患者的一線治療方案是以順鉑為基礎(chǔ)的聯(lián)合化療，但長(zhǎng)期化療會(huì)產(chǎn)生耐藥，也是肺癌治療的難點(diǎn)之一。

細(xì)胞核因子E2相關(guān)因子2（nuclear factor erythroid 2-related factor 2, Nrf2）最早發(fā)現(xiàn)參與氧化應(yīng)激的適應(yīng)性調(diào)節(jié)因子[2]。Nrf2的信號(hào)通路主要受Kelch樣環(huán)氧氯丙烷相關(guān)蛋白1（Kelch-like ECH associated protein 1, Keap1）負(fù)性調(diào)控，后者在非應(yīng)激條件下，通過泛素化來(lái)誘導(dǎo)Nrf2的蛋白酶體降解[3]。在氧化應(yīng)激中，抗氧化因子Nrf2被激活以保護(hù)細(xì)胞免受氧化應(yīng)激損傷，從而導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞化療耐藥，然而其具體機(jī)制仍然有待研究。研究[4]表明，Nrf2通路在肺癌中常處于異?；罨癄顟B(tài)，在人類多種惡性腫瘤中，Keap1和Nrf2的基因改變頻率最高的為肺癌。肺癌中高組成型Nrf2活性可以引發(fā)肺癌惡性進(jìn)展和對(duì)治療的藥物抵抗。

腫瘤耐藥是導(dǎo)致患者治療失敗的主要原因，其發(fā)生涉及體內(nèi)多通路及基因激活表達(dá)。腫瘤細(xì)胞耐藥程度與細(xì)胞內(nèi)活性氧（reactive oxygen species, ROS）刺激引起的氧化應(yīng)激防御通路激活有著密不可分的聯(lián)系。ROS對(duì)細(xì)胞生命至關(guān)重要，它們?cè)诩?xì)胞外信號(hào)的轉(zhuǎn)導(dǎo)和控制中扮演著第二信使的角色，并調(diào)控著細(xì)胞增殖、分化和存活相關(guān)基因的表達(dá)。事實(shí)上，ROS在癌癥中具有雙重重要性。一方面，它們可以促進(jìn)正常到癌細(xì)胞的修飾發(fā)生；另一方面，持續(xù)的氧化應(yīng)激使癌細(xì)胞對(duì)額外的應(yīng)激源越來(lái)越脆弱，并逆轉(zhuǎn)腫瘤耐藥性。鐵死亡是一種非凋亡形式的細(xì)胞死亡[5]，其發(fā)生的主要原因和特征是細(xì)胞的抗氧化能力下降，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)出現(xiàn)鐵超載和ROS依賴的脂質(zhì)過氧化物累積[6]。并且鐵死亡與癌癥治療的耐藥性相關(guān)，誘導(dǎo)鐵死亡可以逆轉(zhuǎn)腫瘤耐藥性[7]。過多的ROS可導(dǎo)致氧化應(yīng)激和嚴(yán)重后果。然而，身體可以使用抗氧化防御機(jī)制來(lái)維持ROS平衡。而作為氧化應(yīng)激信號(hào)的主要調(diào)節(jié)者，Nrf2可通過調(diào)控其靶基因的表達(dá)來(lái)影響鐵死亡。

本文將從Nrf2的結(jié)構(gòu)、調(diào)控與功能，鐵死亡的發(fā)生機(jī)制，Nrf2在抗脂質(zhì)過氧化和鐵死亡中的作用，靶向Nrf2和鐵死亡作為克服腫瘤耐藥的癌癥療法等4個(gè)方面進(jìn)行綜述，為耐藥肺癌患者的治療提供新思路。

1 Nrf2的結(jié)構(gòu)、調(diào)控與功能

1.1 Nrf2的結(jié)構(gòu) 肺癌是全球癌癥中死亡率最高的癌癥，大多數(shù)死亡與轉(zhuǎn)移有關(guān)，其中1/3的肺癌有Nrf2突變[8]。由基因NFE2L2編碼的轉(zhuǎn)錄因子Nrf2，含有一高度保守的堿性亮氨酸拉鏈（basic leucine zipper, BZIP）結(jié)構(gòu)，并被鑒定為帽領(lǐng)（Cap-n-collar, Cnc）家族的成員，包括核因子紅系衍生2（nuclear factor-erythroid 2, NFE2）和Nrf1、Nrf2、Nrf3[9]。而由于在氧化應(yīng)激反應(yīng)中的細(xì)胞保護(hù)作用，Nrf2是其中最著名的家族成員[10]。通過細(xì)胞氧化還原穩(wěn)態(tài)，Nrf2可改變細(xì)胞對(duì)外源性物質(zhì)和氧化應(yīng)激的適應(yīng)性反應(yīng)來(lái)保護(hù)細(xì)胞。從Neh1到Neh7，Nrf2的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)由7個(gè)結(jié)構(gòu)域組成[2]。為了與Maf蛋白和DNA相互作用，Neh1結(jié)構(gòu)域具有CNC-bZIP區(qū)域。DLG和ETGE是Neh2的N端上的兩個(gè)結(jié)合位點(diǎn)，它們募集以結(jié)合Kelch，與ECH相關(guān)蛋白1（Keap 1）相似，后者是Nrf2的負(fù)性調(diào)控分子。在Neh3的C-末端基于cullin E3泛素連接酶（Cul3）的A區(qū)將通過募集解旋酶DNA結(jié)合蛋白和染色體ATP酶參與上游基因傳遞（CHD）。Neh4和Neh5區(qū)吸引SRC3和cAMP元件結(jié)合蛋白（cAMP-response element binding protein, CREB）與靶基因的結(jié)合。Neh6區(qū)域中的DSGIS和DSAPGS基序與含有β轉(zhuǎn)導(dǎo)重復(fù)序列的蛋白（beta-transducin repeats-containing proteins, β-TrCP）相關(guān)，通過募集Rocl核心E3泛素連接酶來(lái)抑制Nrf2，Neh6與Nrf2氧還非依賴的負(fù)性調(diào)節(jié)有關(guān)。最后一個(gè)結(jié)構(gòu)域Neh7區(qū)域可以通過與類視黃醇X受體結(jié)合來(lái)減少抑制轉(zhuǎn)錄[11]。

1.2 Nrf2通路的調(diào)控 Nrf2及其下游靶基因的激活是一個(gè)復(fù)雜的過程，研究其激活機(jī)制是當(dāng)前的重點(diǎn)。

1.2.1 Keap1介導(dǎo)的Nrf2降解機(jī)制 Keap1作為氧化應(yīng)激敏感性的分子開關(guān)，可負(fù)性調(diào)控細(xì)胞內(nèi)Nrf2的蛋白水平。其通過Cullin3依賴的E3泛素酶連接底物，可以捕捉Nrf2并迅速使其泛素化，然后轉(zhuǎn)至26S蛋白酶體降解，從而使細(xì)胞內(nèi)的Nrf2在未受到刺激時(shí)保持低水平；而在氧化應(yīng)激條件下，Keap1分子構(gòu)象發(fā)生改變，Nrf2從Keap1上脫離，并在細(xì)胞核中與Maf蛋白結(jié)合形成Nrf2-Maf異二聚體，此異二聚體可以識(shí)別抗氧化反應(yīng)元件（antioxidant response element, ARE）基因序列，并誘導(dǎo)抗氧化和代謝基因的表達(dá)[12]。

1.2.2 Nrf2磷酸化對(duì)Nrf2的降解機(jī)制 Nrf2是蛋白激酶C（protein kinase C, PKC）、酪蛋白激酶2（casein kinase 2,CK2）、酪氨酸蛋白激酶Fyn、糖原合酶激酶3（glycogen synthase kinase-3, GSK-3）等一些蛋白激酶的底物[13]。研究[14]發(fā)現(xiàn)，除了氧化應(yīng)激及Keap1介導(dǎo)的Nrf2泛素化修飾直接參與Nrf2的調(diào)控，胞內(nèi)Nrf2的負(fù)調(diào)節(jié)還可通過幾種激酶的磷酸化而發(fā)生。例如，PKC作為激酶可介導(dǎo)Nrf2發(fā)生磷酸化，磷酸化的Nrf2分子得以從其負(fù)性調(diào)控分子Keap1中釋放出來(lái)并入核，從而啟動(dòng)相關(guān)基因的表達(dá)。此外，CK2對(duì)Nrf2蛋白結(jié)構(gòu)域的磷酸化是神經(jīng)母細(xì)胞瘤中Nrf2發(fā)生核定位及轉(zhuǎn)錄激活的必須環(huán)節(jié)[15]。同時(shí)磷酸化的Fyn可在細(xì)胞核中積累，并使Nrf2的Y568處酪氨酸發(fā)生磷酸化，這會(huì)導(dǎo)致Nrf2的核輸出、泛素化和降解，并導(dǎo)致下游靶基因轉(zhuǎn)錄受影響[16]。Nrf2在其Neh6結(jié)構(gòu)域上受兩個(gè)不同的β-Trcp識(shí)別基序控制，其中一個(gè)可以受到糖原合成酶激酶-3β（glycogen synthase kinase-3β,GSK-3β）活性的調(diào)節(jié)，并導(dǎo)致其磷酸化從而引起Keap1非依賴性的泛素化降解[17]；另一個(gè)機(jī)制涉及GSK-3β的活化導(dǎo)致核Fyn激酶的磷酸化和易位，導(dǎo)致Nrf2在酪氨酸568處的磷酸化，從而刺激Nrf2從核中移出并通過蛋白體的降解[18]。

1.3 Nrf2的功能 在腫瘤的發(fā)生和發(fā)展中，Nrf2作為多效性轉(zhuǎn)錄因子，發(fā)揮著腫瘤抑制和腫瘤促進(jìn)的作用。

1.3.1 Nrf2抗氧化細(xì)胞保護(hù)作用 作為重要的抗氧化轉(zhuǎn)錄因子，Nrf2可通過激活一系列含有ARE基因序列的靶基因來(lái)降低ROS水平，維持細(xì)胞的ROS相對(duì)穩(wěn)態(tài)，這些基因負(fù)責(zé)一部分調(diào)節(jié)谷胱甘肽（glutathione, GSH）代謝，包括谷氨酸/胱氨酸反向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白xCT、谷氨酸-半胱氨酸連接酶（glutamate-cysteine ligase, GCLC/GCLM）、硫氧還蛋白（thioredoxin, TXN）和谷胱甘肽合成酶（glutathione synthetase, GSS）等；另一部分負(fù)責(zé)酶促抗氧化系統(tǒng)，包括含硒半胱氨酸抗氧化蛋白GPX、喹啉酮氧還蛋白1（NADPH quinone oxidoreductase 1, NQO1）等[19]。因此，Nrf2被普遍認(rèn)為是細(xì)胞抗氧化反應(yīng)的主要調(diào)節(jié)劑。在許多與氧化應(yīng)激相關(guān)的疾病中，Nrf2激活的細(xì)胞保護(hù)作用已被報(bào)道[10]；因此，對(duì)各種天然來(lái)源（食品和藥用植物）激活Nrf2的能力以及用作抗氧化劑和化學(xué)預(yù)防劑的能力進(jìn)行了測(cè)試[20]。在健康組織中，Nrf2信號(hào)通路的瞬時(shí)激活通過調(diào)節(jié)多種不同的轉(zhuǎn)錄網(wǎng)絡(luò)來(lái)阻止癌癥的發(fā)生，在氧化應(yīng)激過程中，超過1000個(gè)具有ARE的基因啟動(dòng)子可被Nrf2激活[21]。

1.3.2 Nrf2調(diào)節(jié)控制增殖基因的基礎(chǔ)和誘導(dǎo)型表達(dá) 例如Nrf2可通過調(diào)控NOTCH 1、NPNT、BMPR1A、IFG1、ITGB2、PDGFC、VEGFC和JAG1等促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的增殖；并且為了支持瘤細(xì)胞的增殖和生長(zhǎng)，使癌細(xì)胞具有更高的蛋白質(zhì)合成速率，通過ATF4的活化來(lái)調(diào)節(jié)絲氨酸/甘氨酸生物合成途徑基因的表達(dá)（包括PHGDH、PSAT1、PSPH、SHMT1和SHMT2）[22]。

1.3.3 Nrf2通路可促進(jìn)腫瘤細(xì)胞抗凋亡及耐藥 Nrf2的短暫激活可以保護(hù)氧化應(yīng)激下的正常細(xì)胞，而癌細(xì)胞中Nrf2的過度激活可能有助于它們?cè)谘趸瘧?yīng)激下生存和適應(yīng)。這可能是有害的，與癌癥進(jìn)展和化療耐藥性有關(guān)。Nrf2可調(diào)控多藥耐藥蛋白（multidrug resistance-associated protein,MRP）家族基因，包括MRP1、MRP2、MRP3、MRP4等多個(gè)基因的轉(zhuǎn)錄，這些基因在細(xì)胞防御中起關(guān)鍵作用，因此，Nrf2通路過度激活很大可能決定了腫瘤對(duì)放化療的抵抗性。并且Nrf2通過誘導(dǎo)BCL-2和BCL-xL的表達(dá)，減少細(xì)胞色素c從線粒體的釋放，以及在用細(xì)胞毒性劑如順鉑或依托泊苷處理后減少胱天蛋白酶3/7活化來(lái)直接抑制細(xì)胞凋亡[23]。而且有研究[24]顯示，Nrf2通過ROS非依賴的同源重組修復(fù)途徑促進(jìn)輻射誘導(dǎo)的DNA損傷修復(fù)，從而導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞對(duì)放療和化療的耐藥。因此，抑制Nrf2活性可能是使癌細(xì)胞對(duì)抗癌藥物敏感的有效途徑。

2 鐵死亡的發(fā)生機(jī)制

2.1 鐵死亡的基本定義 鐵死亡最初是由Dixon等[25]在2012年發(fā)現(xiàn)的一種細(xì)胞死亡形式，最初是通過高通量篩選抗腫瘤藥物發(fā)現(xiàn)，一開始發(fā)現(xiàn)小分子Erastin和RSL3能對(duì)R AS突變的腫瘤細(xì)胞誘發(fā)一種獨(dú)特的鐵依賴性的細(xì)胞死亡，并且它在遺傳學(xué)和生物化學(xué)上不同于其他類型的細(xì)胞死亡，如細(xì)胞凋亡。隨著對(duì)鐵死亡的越來(lái)越深入的研究，它的定義越來(lái)越清晰，主要有3個(gè)方面：游離鐵的增加，脂質(zhì)過氧化物的積累以及在形態(tài)上與自噬、凋亡或壞死性細(xì)胞死亡不同的死亡類型[26]。在形態(tài)學(xué)方面，鐵死亡導(dǎo)致線粒體變小，線粒體膜密度增加，細(xì)胞在收縮之后，細(xì)胞質(zhì)成分凝結(jié)成“膨脹”表型，包括形成主要由空胞質(zhì)溶膠組成的清晰、圓形的形態(tài)，還涉及質(zhì)膜變薄、不穩(wěn)定，顯著的細(xì)胞骨架重排和蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)的普遍破壞[27]。

2.2 鐵死亡發(fā)生的主要條件 鐵死亡的本質(zhì)是GSH的耗竭，引起谷胱甘肽過氧化物酶4（glutathione peroxidase 4, GPX4）活性下降，細(xì)胞內(nèi)鐵代謝失衡造成不穩(wěn)定鐵水平增高，使脂質(zhì)氧化物不能通過GPX4催化還原，之后與二價(jià)鐵離子發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生脂質(zhì)活性氧，從而促使鐵死亡的發(fā)生。鐵積累、自由基產(chǎn)生及多不飽和脂肪酸（polyunsaturated fatty acids, PUFAs）參與的代謝紊亂對(duì)于誘導(dǎo)鐵死亡是至關(guān)重要的。

2.3 鐵死亡的調(diào)控機(jī)制

2.3.1 脂質(zhì)過氧化途徑 PUFAs的氧化是值得注意的鐵死亡指標(biāo)。當(dāng)PUFA存在于細(xì)胞膜中時(shí)，對(duì)脂質(zhì)過氧化敏感，最容易產(chǎn)生過氧化反應(yīng)，這可能導(dǎo)致對(duì)這些膜的有害影響。鐵死亡的特征是ROS誘導(dǎo)的脂質(zhì)過氧化為特征的細(xì)胞死亡，主要影響含有PUFA的特定磷脂并直接損害細(xì)胞膜的完整性。參與細(xì)胞膜中PUFAPE生物合成和修飾的關(guān)鍵酶包括ACSL4和LPCAT3。因此，在ACSL4和LPCAT3的參與下，PUFA被活化，然后與PE和PC結(jié)合形成PUFAPE/PC復(fù)合物[28]。脂氧合酶（lipoxygenases, LOXS）通過促進(jìn)鐵死亡途徑中PUFA-PE的過氧化而在促進(jìn)鐵凋亡中起重要作用[29]。下一步涉及PUFA-PE/PC通過與游離鐵的芬頓反應(yīng)（Fenton reaction）轉(zhuǎn)化為PI-OOH。PI-OOH的產(chǎn)生增加可使膜不穩(wěn)定，特別是在滲透壓下，導(dǎo)致鐵死亡。并且PI-OOH可引發(fā)新的PUFA氧化以產(chǎn)生細(xì)胞死亡誘導(dǎo)化合物，如4-HNE和丙二醛。因此，構(gòu)成細(xì)胞膜的PUFAs的氧化是鐵死亡的一個(gè)重要特征。過量的脂質(zhì)過氧化將PUFA轉(zhuǎn)化為PUFA PI-OOH，并分解細(xì)胞膜，使細(xì)胞發(fā)生鐵死亡。

2.3.2 細(xì)胞內(nèi)GSH的缺乏 細(xì)胞膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白胱氨酸/谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（也稱為Xc-系統(tǒng)）以1:1的谷氨酸反向轉(zhuǎn)運(yùn)將胱氨酸（cystine）導(dǎo)入細(xì)胞。在胱氨酸/谷氨酸反向轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)中，氨基酸不能直接擴(kuò)散到細(xì)胞中，如需穿過細(xì)胞膜必須在特定運(yùn)輸?shù)鞍椎膸椭虏拍芡瓿?。?xì)胞膜上的Xc-系統(tǒng)是運(yùn)輸工具之一，由輕鏈SLC7A11和重鏈SLC3A2兩個(gè)核心部分組成。胱氨酸一旦進(jìn)入細(xì)胞，可用于合成還原型GSH，而后者是細(xì)胞內(nèi)重要的抗氧化劑。它在細(xì)胞內(nèi)的合成分兩步：首先，胱氨酸可以被氧化成半胱氨酸（cysteine,Cys），與谷氨酸由谷氨酸-Cys連接酶（glutamate-cysteine ligase, GCL）連接到一起；隨后，其產(chǎn)物與甘氨酸在GSS催化的反應(yīng)中合成GSH。通過使用GSH作為還原輔因子，GPX4能夠?qū)⒅|(zhì)氫過氧化物還原成脂質(zhì)醇，因此GSHGPX4抗氧化系統(tǒng)在保護(hù)細(xì)胞免于鐵死亡中具有重要作用[30]。SLC7A11所屬的System Xc-被抑制可導(dǎo)致Cys消耗，造成GSH合成底物的缺失，從而削弱抗氧化酶GPX4的功能，導(dǎo)致氧失衡，最終導(dǎo)致鐵死亡。

2.3.3 鐵代謝相關(guān)的鐵死亡調(diào)節(jié)途徑 鐵是參與氧化還原反應(yīng)的幾種酶的基本輔因子，因?yàn)樗軌蛞詢煞N離子形式存在：二價(jià)鐵（Fe2+）和三價(jià)鐵（Fe3+）。然而，鐵的氧化還原能力可導(dǎo)致氧自由基的產(chǎn)生，其可破壞各種細(xì)胞組分。尤其Fe2+可以與過氧化氫通過芬頓反應(yīng)形成羥基自由基，隨后與PUFA反應(yīng)形成脂質(zhì)過氧化物引起膜損傷。為了防止鐵中毒，游離不穩(wěn)定鐵（Fe2+）在系統(tǒng)和細(xì)胞水平上被多個(gè)系統(tǒng)控制，以維持鐵穩(wěn)態(tài)。過剩的游離鐵作為不穩(wěn)定鐵庫(kù)（labile iron pool, LIP）的一部分存在，LIP的變化是由攝取增加、儲(chǔ)存減少、含鐵蛋白質(zhì)分解或鐵輸出蛋白功能障礙引起的[31]。細(xì)胞鐵穩(wěn)態(tài)伴隨著鐵蛋白和包括轉(zhuǎn)鐵蛋白在內(nèi)的其他蛋白質(zhì)的協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)表達(dá)。細(xì)胞具有調(diào)節(jié)鐵代謝的轉(zhuǎn)鐵蛋白受體（transferrin receptor, TFRC）。鐵是通過Fe3+負(fù)載的鐵蛋白的內(nèi)吞作用與其TFRC在嚴(yán)格調(diào)控的反饋控制下相互作用而攝入的，而細(xì)胞膜蛋白SLC40A1則介導(dǎo)鐵輸出。大部分細(xì)胞內(nèi)鐵可以過鐵蛋白以Fe3+形式儲(chǔ)存。鐵蛋白吞噬是用來(lái)描述通過自噬機(jī)制去除主要的鐵儲(chǔ)存蛋白即鐵蛋白。在此背景下，已知3種鐵儲(chǔ)存蛋白，包括鐵蛋白重鏈1、鐵蛋白輕鏈和線粒體鐵蛋白。核受體共激活因子4（nuclear receptor coactivator 4, NCOA4）是一種胞質(zhì)自噬受體，用于結(jié)合鐵蛋白，隨后通過選擇性自噬來(lái)釋放鐵蛋白中的鐵離子，有助于鐵死亡的發(fā)生[32]。并且，有研究[33]顯示NCOA 4的遺傳敲低可預(yù)防Erastin誘導(dǎo)的鐵死亡，而單獨(dú)NCOA 4的過表達(dá)足以引起鐵死亡表型。因此，鐵代謝對(duì)于鐵死亡的調(diào)控關(guān)鍵在于對(duì)不穩(wěn)定鐵池容量的調(diào)控。通過運(yùn)用相關(guān)誘導(dǎo)劑或抑制劑調(diào)節(jié)鐵的轉(zhuǎn)運(yùn)與吸收，或許是調(diào)節(jié)細(xì)胞鐵死亡水平的有效方法。

3 Nrf2在抗脂質(zhì)過氧化和鐵死亡中的作用

由于鐵死亡是一種氧化形式的細(xì)胞死亡，Nrf2最初被認(rèn)為主要通過調(diào)節(jié)抗氧化反應(yīng)來(lái)發(fā)揮其抗鐵死亡作用。然而，研究[26]揭示了Nrf2調(diào)控鐵死亡的新機(jī)制，該機(jī)制超出了抗氧化功能，延伸到了鐵和脂質(zhì)穩(wěn)態(tài)的關(guān)鍵層面。在這篇綜述中，我們將深入探討Nrf2如何通過調(diào)控鐵穩(wěn)態(tài)和脂質(zhì)過氧化在介導(dǎo)鐵死亡調(diào)節(jié)方面發(fā)揮重要作用。參與鐵死亡調(diào)節(jié)的Nrf2靶基因，根據(jù)其功能，可將其分為3大類：鐵代謝、中間代謝和GSH合成代謝。

研究[34]表明，幾個(gè)Nrf2靶基因調(diào)控鐵穩(wěn)態(tài)的關(guān)鍵方面，包括血紅素的生物合成和分解代謝，以及鐵的吸收、輸出、儲(chǔ)存和利用。鐵蛋白負(fù)責(zé)隔離游離鐵并阻止其參與芬頓反應(yīng)。鐵蛋白籠子由鐵蛋白重鏈和鐵蛋白輕鏈的24個(gè)重復(fù)亞基組成，兩者的啟動(dòng)子區(qū)域均含有ARE；并且鐵運(yùn)素（SLC40A1/FPN1）介導(dǎo)過量Fe2+的輸出，也被鑒定為含有ARE，并可被Nrf2轉(zhuǎn)錄上調(diào)[35,36]。由于體內(nèi)功能鐵的重要組成部分是血紅素，血紅素代謝異?？稍黾予F死亡的風(fēng)險(xiǎn)。許多參與血紅素代謝的Nrf2靶基因最初通過Chip-seq分析鑒定出來(lái)，包括ATP結(jié)合盒亞家族B成員6、亞鐵螯合酶（ferrochelatase, FECH）和溶質(zhì)載體家族成員48成員A1以及血紅素轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白都被Nrf2上調(diào)；血紅素加氧酶1（heme oxygenase-1, HMOX1）是一種催化血紅素降解產(chǎn)生膽綠素的酶，最初被鑒定為姜黃素處理的腎上皮細(xì)胞中Nrf2的靶基因[37-40]；膽綠素還原酶A和B也可通過Nrf2活化直接上調(diào)[35]?？偟膩?lái)說，Nrf2對(duì)鐵穩(wěn)態(tài)的調(diào)節(jié)是細(xì)胞對(duì)鐵死亡敏感性或抗性的關(guān)鍵決定因素，而這獨(dú)立于其抗氧化功能。

除鐵和血紅素外，Nrf2還調(diào)節(jié)參與中間代謝的代謝物，其中許多對(duì)于反應(yīng)性中間體的分解代謝/解毒和還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（nicotinamide adenine dinucleotide phosphate, NADPH）（還原鐵和血紅素所需的關(guān)鍵電子供體）再生是重要的，后者（NADPH）是還原氧化底物所需的關(guān)鍵電子供體。脂質(zhì)合成高度消耗NADPH，并與細(xì)胞抗氧化系統(tǒng)競(jìng)爭(zhēng)。研究[41]表明，激活Nrf2可減輕小鼠肝臟中脂肪酸的生成和去飽和，從而增加NADPH含量，實(shí)現(xiàn)小鼠肝臟的解毒作用。核受體亞家族O,B組成員2（nuclear receptor subfamily O, group B,member 2, NROB2）和過氧化物酶體增殖物激活受體γ（peroxisome proliferation-activated receptor γ, PPARγ）是核受體，在膽固醇代謝的調(diào)節(jié)和控制中發(fā)揮重要作用，可能有助于抗過氧化作用。這兩個(gè)基因都可以被Nrf2激活，從而在緩解脂質(zhì)過氧化物積累中發(fā)揮關(guān)鍵作用[42-44]。

此外，Nrf2在GSH的合成代謝過程中也發(fā)揮重要作用。SLC7A11是System Xc-的兩個(gè)亞基之一，在GSH代謝中受到Nrf2的調(diào)控，它負(fù)責(zé)將Cys轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞中，從而增加Cys含量，促進(jìn)GSH的生成。在GSH生物合成過程中，還有兩種重要的酶受到Nrf2正向調(diào)控，包括GCLC/GCLM和GSS[45-49]。溶質(zhì)連接載體家族A1成員5可被Nrf2激活，在谷氨酰胺攝取中發(fā)揮重要作用，有助于GSH的生物合成。此外，Nrf2還在轉(zhuǎn)錄水平上調(diào)控許多氧化還原酶，這些酶包括：谷胱甘肽-S-轉(zhuǎn)移酶GSTP1和GSTA1、過氧化物氧還蛋白PRDX1和PRDX6、硫氧還蛋白還原酶TXNRD1[50]。最重要的是，作為對(duì)抗脂質(zhì)過氧化的重要作用而參與鐵死亡調(diào)控的一個(gè)關(guān)鍵酶，GPX4也受到了Nrf2的轉(zhuǎn)錄調(diào)控[51]?？傊?，通過調(diào)節(jié)Nrf2信號(hào)通路促進(jìn)或抑制鐵死亡的療法是可行的，值得花費(fèi)時(shí)間和精力進(jìn)行探索。

4 靶向Nrf2和鐵死亡作為克服腫瘤耐藥的癌癥療法

鐵死亡最初是研究者通過高通量篩選針對(duì)RAS基因轉(zhuǎn)化致癌細(xì)胞的抗癌藥的研發(fā)過程中發(fā)現(xiàn)的，研究者[52]發(fā)現(xiàn)過表達(dá)RAS癌細(xì)胞會(huì)對(duì)Erastin啟動(dòng)的非凋亡死亡過程敏感。研究表明，對(duì)傳統(tǒng)抗腫瘤藥物產(chǎn)生耐藥的患者而言，誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞鐵死亡可作為其新的抗癌治療策略。近年來(lái)，人們發(fā)現(xiàn)了越來(lái)越多的鐵死亡誘導(dǎo)劑，并在許多臨床前癌癥模型中證實(shí)了它們用于殺死耐藥癌細(xì)胞的作用。隨著我們對(duì)Nrf2抗鐵死亡作用的了解越來(lái)越多，可以明顯預(yù)測(cè)抑制Nrf2將顯著增強(qiáng)鐵死亡誘導(dǎo)劑的作用。此外，許多癌細(xì)胞具有組成性激活的Nrf2，這導(dǎo)致細(xì)胞保護(hù)基因的上調(diào)，從而促進(jìn)腫瘤進(jìn)展并保護(hù)癌細(xì)胞免受化療損傷，這被稱為Nrf2的黑暗面[53]。在不同的癌癥模型中，激活Nrf2可以預(yù)防鐵死亡。例如，自噬受體p62依賴的Keap1的隔離導(dǎo)致Nrf2上調(diào)，降低了肝細(xì)胞癌對(duì)Erastin和索拉非尼誘導(dǎo)的鐵死亡的敏感性[54]。另一項(xiàng)使用頭頸癌細(xì)胞的研究[55]表明，Nrf2對(duì)這些細(xì)胞逃避RSL3誘導(dǎo)的鐵死亡反應(yīng)至關(guān)重要。采用CRISPR篩選的3D培養(yǎng)模型揭示了高度活躍的Nrf2通過調(diào)節(jié)增殖和鐵死亡而成為肺腫瘤球狀體形成的先決條件[56]。順鉑（Cisplatin, DDP）被認(rèn)為是治療晚期非靶向肺癌的一線藥物。然而，對(duì)DDP的耐藥性也是肺癌治療的一個(gè)主要障礙。有研究[57]表明，Isoorientin與DDP聯(lián)合治療，通過體外和體內(nèi)實(shí)驗(yàn)，可導(dǎo)致耐藥細(xì)胞的生存能力明顯下降。在機(jī)制上，Isoorientin作為調(diào)控SIRT6/Nrf2/GPX4信號(hào)通路的調(diào)節(jié)劑（下調(diào)SIRT6蛋白、Nrf2和GPX4的表達(dá)），從而調(diào)節(jié)肺癌細(xì)胞的鐵死亡，逆轉(zhuǎn)耐藥。因此，Nrf2的水平與鐵死亡敏感性直接相關(guān)，通過調(diào)控Nrf2表達(dá)水平將影響癌細(xì)胞對(duì)鐵死亡的敏感性[54,58]。

在尋找誘導(dǎo)鐵死亡化合物的大篩選中，發(fā)現(xiàn)了一系列小分子誘導(dǎo)劑。大多數(shù)鐵死亡誘導(dǎo)劑其作用機(jī)制與最初鑒定的兩種鐵死亡誘導(dǎo)化合物Erastin和RSL-3類似，即通過抑制x CT系統(tǒng)造成GSH 耗竭或直接阻斷GPX4的活性[59]。正如所預(yù)期的，基于Nrf2對(duì)xCT及GPX4這兩個(gè)靶標(biāo)以及許多其他關(guān)鍵途徑的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)，抑制Nrf2可顯著增強(qiáng)促鐵死亡試劑的治療敏感性。事實(shí)上，用胡蘆巴堿作為一種Nrf2抑制劑，其治療已經(jīng)被證實(shí)是有效的，可阻斷血紅素和鐵代謝相關(guān)的Nrf2靶基因的表達(dá)，與Erastin和索拉菲尼協(xié)同作用，可促進(jìn)肝癌細(xì)胞的鐵死亡[54]。對(duì)頭頸癌的研究[60]發(fā)現(xiàn)，Nrf2通路激活有助于頭頸癌細(xì)胞對(duì)青蒿琥酯的耐藥性，通過使用胡蘆巴堿抑制該通路可消除頭頸癌細(xì)胞對(duì)青蒿琥酯誘導(dǎo)的鐵死亡耐藥。此外，零價(jià)鐵納米顆粒（ZVI-NP）因其可用于去除地表和地下廢水中有毒重金屬而在環(huán)境污染治理中發(fā)揮重要作用，最近因其抗腫瘤療效，現(xiàn)在正逐漸進(jìn)入人們的視線[61]。已有研究[62]發(fā)現(xiàn)ZVI-NP在癌細(xì)胞的溶酶體中而不是在正常細(xì)胞中優(yōu)先轉(zhuǎn)化為Fe3+，因?yàn)榘┘?xì)胞內(nèi)部更具酸性。鐵離子的突然釋放進(jìn)一步誘導(dǎo)癌細(xì)胞中的ROS激增，并導(dǎo)致癌細(xì)胞中的鐵死亡。為了探索ZVI-NP在肺癌模型中調(diào)節(jié)腫瘤微環(huán)境的潛在作用，一項(xiàng)研究[63]鑒定了其誘導(dǎo)鐵死亡的新分子機(jī)制。從機(jī)制上講，ZVINP增強(qiáng)了Nrf2的磷酸鹽依賴性泛素化降解，從而因過度氧化應(yīng)激和脂質(zhì)過氧化引發(fā)鐵死亡。所有這些都揭示了ZVI-NP在癌癥治療方面的潛力，從而減少了副作用并提高了療效。總的來(lái)說，我們有理由相信，未來(lái)會(huì)有越來(lái)越多的療效和預(yù)后更好的治療策略出現(xiàn)。靶向Nrf2信號(hào)通路和誘導(dǎo)鐵死亡的藥物應(yīng)用于腫瘤的治療是一種新穎且有前景的方法。

5 靶向Nrf2信號(hào)通路抑制鐵凋亡在其他疾病治療中的應(yīng)用

Nrf2和鐵死亡之間的聯(lián)系也已在癌癥以外的疾病的發(fā)病機(jī)制中得到闡明，表明在其他病理學(xué)背景下靶向該級(jí)聯(lián)反應(yīng)的可能相關(guān)性。例如，對(duì)阿爾茨海默病和帕金森病以及心血管疾病的研究[27,64]表明，鐵死亡可能是這些疾病的主要驅(qū)動(dòng)因素。Nrf2的激活可以上調(diào)xCT的表達(dá)，增強(qiáng)谷氨酸分泌，并恢復(fù)GPX4活性，從而抑制鐵凋亡。隨著年齡的增長(zhǎng)，Nrf2活性的逐漸喪失被認(rèn)為增加了對(duì)鐵死亡的易感性，最近已經(jīng)證明鐵死亡在阿爾茨海默病、帕金森病、多發(fā)性硬化和其他神經(jīng)退行性疾病的發(fā)病機(jī)制中起關(guān)鍵作用[27]。因此，激活Nrf2以抑制鐵死亡可能成為治療神經(jīng)退行性疾病和心血管疾病的新途徑。DMF（Tecfidera?）可視為激活Nrf2的最成功病例[65]。該藥物最初用于治療銀屑病患者，但新的研究[66]表明，在進(jìn)入體內(nèi)后，它發(fā)生了轉(zhuǎn)化，從而共價(jià)修飾KEAP1上的關(guān)鍵Cys殘基，從而阻斷Nrf2泛素化并促進(jìn)Nrf2穩(wěn)定以及Nrf2靶基因的后續(xù)激活。此外，許多可通過激活Nrf2來(lái)治療阿爾茨海默病的藥物，如白藜蘆醇、吡哆醇、正丁基苯酞等，也已進(jìn)入臨床試驗(yàn)。此外靶向Nrf2在心血管疾病的治療中具有廣闊的前景。SIRT1（Sirtuin 1）是一種NAD依賴性脫乙酰酶，在糖尿病引起的多種心血管疾病中發(fā)揮重要作用。在糖尿病Sprague道利大鼠模型中，可增加Nrf2在細(xì)胞核中的定位，從而減輕心肌缺血-再灌注損傷[67]。并且鐵抑素已被證明可防止腦、肝、腎和心臟中的缺血性損傷，并在許多細(xì)胞和動(dòng)物模型中減少神經(jīng)退行性表型，以及防止心肌細(xì)胞中過量鐵誘導(dǎo)的鐵死亡[59,68,69]。利用Nrf2信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑對(duì)鐵死亡進(jìn)行激活或抑制的藥理學(xué)調(diào)節(jié)已被證明是有效的，這取決于疾病背景。

6 總結(jié)與展望

隨著對(duì)鐵死亡的深入研究，許多關(guān)鍵的抗鐵死亡成員分子都被發(fā)現(xiàn)受到Nrf2的轉(zhuǎn)錄調(diào)控。因此Nrf2在鐵死亡調(diào)控中的重要性日益凸顯。Nrf2作為細(xì)胞抗氧化反應(yīng)的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，廣泛參與鐵、脂質(zhì)、氨基酸等代謝。因此，通過Nrf2及其下游效應(yīng)物的藥理學(xué)調(diào)節(jié)，可以實(shí)現(xiàn)諸如逆轉(zhuǎn)癌癥耐藥，預(yù)防和治療多種疾病包括神經(jīng)退行性疾病、心血管疾病等。因此靶向Nrf2信號(hào)通路的治療策略可用于多種鐵死亡相關(guān)疾病，具有廣闊的治療前景。