黃龍港，徐保才，張惠，白楊#

1濟(jì)寧醫(yī)學(xué)院臨床醫(yī)學(xué)院，山東濟(jì)寧 272000

2濟(jì)寧市第一人民醫(yī)院泌尿外科，山東濟(jì)寧 27200003濟(jì)寧醫(yī)學(xué)院免疫學(xué)與分子醫(yī)學(xué)研究所，山東濟(jì)寧 272067

哺乳動(dòng)物發(fā)生細(xì)胞死亡最常見(jiàn)的形式是細(xì)胞凋亡和壞死[1]，細(xì)胞的死亡維持著生物體的健康和穩(wěn)態(tài)[2]。2012 年Dixon 等[3]發(fā)現(xiàn)了一種特殊的細(xì)胞死亡方式并命名為鐵死亡，鐵死亡有賴(lài)于細(xì)胞內(nèi)的鐵離子，而不是其他金屬離子，其在形態(tài)學(xué)、生化和遺傳學(xué)上區(qū)分于傳統(tǒng)細(xì)胞凋亡、壞死和自噬。研究表明，腫瘤細(xì)胞發(fā)生鐵死亡與腫瘤的發(fā)生發(fā)展相關(guān)。腫瘤抑制基因p53、核因子E2 相關(guān)因子2（nuclear factor erythroid 2-related factor 2，NRF2）通路、T細(xì)胞衍生的干擾素γ都已被證實(shí)與鐵死亡相關(guān)[4-6]。探究鐵死亡與膀胱癌的相關(guān)性，可能對(duì)尋找膀胱癌新型治療靶點(diǎn)并提高膀胱癌綜合治療效果有重大意義。本文就鐵死亡的相關(guān)機(jī)制及其在膀胱癌中的研究進(jìn)展展開(kāi)綜述，希望對(duì)膀胱癌的綜合治療有所幫助。

1 鐵死亡的發(fā)現(xiàn)

小GTP 酶的RAS 家族[Harvey 鼠肉瘤病毒癌基因同源物（Harvey rat sarcoma viral oncogene homolog，HRAS）、神經(jīng)母細(xì)胞瘤RAS 病毒癌基因同源物（neuroblastoma RAS viral oncogene homolog，NRAS）和Kirsten 鼠肉瘤病毒癌基因同源物（Kirsten rat sarcoma viral oncogene homolog，KRAS）]在30%的腫瘤中會(huì)發(fā)生突變[7]，為了解決這個(gè)問(wèn)題，2003 年Dolma 等[8]通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)了兩種對(duì)致癌RAS突變的細(xì)胞系具有選擇性致死作用的誘導(dǎo)劑，并命名為Erastin 與RSL3，通過(guò)化學(xué)蛋白組學(xué)方法確定了RSL3 的直接藥物靶點(diǎn)是谷胱甘肽過(guò)氧化物酶4（glutathione peroxidase 4，GPX4）[9]，為后續(xù)尋找靶向鐵死亡的藥物奠定了基礎(chǔ)。2007年，Yagoda等[10]通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，使用Erastin 處理過(guò)的腫瘤細(xì)胞的線(xiàn)粒體出現(xiàn)形態(tài)改變，如體積減小、脊減少、膜密度增加等，區(qū)別于細(xì)胞凋亡與細(xì)胞壞死的形態(tài)學(xué)特征。對(duì)比之下，抗氧化劑和鐵螯合劑可阻斷RSL誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡[9]。鐵死亡發(fā)生過(guò)程中細(xì)胞內(nèi)活性氧（reactive oxygen species，ROS）出現(xiàn)過(guò)量堆積，并與細(xì)胞膜上的多不飽和脂肪酸（polyunsaturated fatty acid，PUFA）發(fā)生過(guò)氧化毒性反應(yīng)，導(dǎo)致細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)受到破壞[11]。

2 鐵死亡相關(guān)機(jī)制

2.1 鐵代謝

細(xì)胞內(nèi)鐵離子代謝與各種導(dǎo)致脂質(zhì)過(guò)氧化結(jié)局的生化過(guò)程是鐵死亡發(fā)生中的重點(diǎn)調(diào)控過(guò)程[12]。過(guò)量的鐵離子通過(guò)芬頓反應(yīng)產(chǎn)生大量ROS 導(dǎo)致鐵死亡。循環(huán)中的鐵以三價(jià)鐵（Fe3+）與轉(zhuǎn)鐵蛋白結(jié)合的形式存在，隨后經(jīng)細(xì)胞膜上的轉(zhuǎn)鐵蛋白受體1（transferrin receptor 1，TFR1）識(shí)別后進(jìn)入細(xì)胞，并定位于內(nèi)體中。隨后，F(xiàn)e3+通過(guò)與金屬還原酶發(fā)生氧化還原反應(yīng)，接受一個(gè)電子被還原為亞鐵（Fe2+）狀態(tài)，而后由二價(jià)金屬轉(zhuǎn)運(yùn)體1（divalent metal transporter 1，DMT1）轉(zhuǎn)導(dǎo)Fe2+從內(nèi)體釋放到細(xì)胞質(zhì)中的不穩(wěn)定鐵池，還原型鐵離子參與ROS 形成。過(guò)量的Fe3+儲(chǔ)存在一種鐵儲(chǔ)存蛋白復(fù)合物中，這種復(fù)合物由鐵蛋白輕鏈（ferritin light chain，F(xiàn)TL）和鐵蛋白重鏈1（ferritin heavy chain 1，F(xiàn)TH1）構(gòu)成。部分鐵由膜上的一種鐵外排泵蛋白1（ferroportin 1，F(xiàn)PN1）轉(zhuǎn)導(dǎo)輸出，F(xiàn)PN1 可將Fe2+氧化成Fe3+形式。與抵抗鐵死亡細(xì)胞相比較，具有RAS突變的易發(fā)生鐵死亡的細(xì)胞增加了TFR1 的表達(dá)并降低了鐵蛋白（FTL 和FTH1）的表達(dá)[9]。這表明細(xì)胞發(fā)生鐵死亡期間，鐵攝取的增加以及鐵儲(chǔ)存的減少可能導(dǎo)致鐵過(guò)載。外源性的鐵源（例如檸檬酸鐵銨、檸檬酸鐵、六水合氯化鐵）可增強(qiáng)Erastin 誘導(dǎo)的鐵死亡[3,9-12]。因此，參與鐵吸收及利用的代謝過(guò)程是誘導(dǎo)鐵死亡必不可少的。

2.2 氨基酸與脂質(zhì)代謝

鐵死亡發(fā)生脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)有多種機(jī)制，胱氨酸-谷氨酸反向轉(zhuǎn)運(yùn)體（System xc-）與GPX4是目前研究鐵死亡通路中常涉及的兩種蛋白質(zhì)。System xc-系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上由溶質(zhì)載體家族7 成員11（solute carrier family 7 member 11，SLC7A11）和溶質(zhì)載體家族3 成員2（solute carrier family 3 member 2，SLC3A2）組成，作用是將細(xì)胞外的胱氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)入細(xì)胞內(nèi)，并通過(guò)生化反應(yīng)合成半胱氨酸，作為原料合成谷胱甘肽（glutathione，GSH）[13]。GPX4 是細(xì)胞抗氧化屏障的關(guān)鍵酶，其在細(xì)胞內(nèi)有3 處定位，分別為線(xiàn)粒體、細(xì)胞質(zhì)、細(xì)胞核[14]，對(duì)鐵死亡發(fā)生都有重要作用。硒是含硒半胱氨酸蛋白質(zhì)（包括但不限于GPX4）的重要組成部分，其作用是在細(xì)胞發(fā)生鐵死亡期間增加細(xì)胞的抗氧化能力[15]。GSH 具有輔助GPX4 穩(wěn)定細(xì)胞膜抗氧化系統(tǒng)的作用，GPX4 以GSH 為還原劑，將過(guò)氧化物轉(zhuǎn)變?yōu)轭?lèi)脂醇，使其失去氧化活性進(jìn)而抑制鐵死亡。脂質(zhì)過(guò)氧化可能是誘導(dǎo)各種調(diào)節(jié)性細(xì)胞凋亡（regulated cell death，RCD）的共同信號(hào)[16]。抑制System xc-會(huì)導(dǎo)致GSH合成減少，進(jìn)而導(dǎo)致細(xì)胞氧化還原失衡，造成細(xì)胞內(nèi)ROS 過(guò)載發(fā)生鐵死亡。為了驗(yàn)證這一觀點(diǎn)，2012 年，Dixon 等[3]發(fā)現(xiàn)用柳氮磺吡啶抑制System xc-可誘發(fā)鐵死亡，并發(fā)現(xiàn)了RSL3 誘導(dǎo)的鐵死亡與System xc-關(guān)系不大。2014 年，Dixon 等[17]發(fā)現(xiàn)p53是某些腫瘤中鐵死亡的正性調(diào)控因子，通過(guò)抑制SLC7A11 表達(dá)，可抑制System xc-活性，進(jìn)而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞發(fā)生鐵死亡，以上為鐵死亡發(fā)生過(guò)程中的重點(diǎn)調(diào)控過(guò)程。

2.3 潛在途徑

還有許多潛在的鐵死亡發(fā)生途徑，如相關(guān)研究表明，電離輻射（ionizing radiation，IR）具有促進(jìn)腫瘤細(xì)胞ROS 生成，誘導(dǎo)長(zhǎng)鏈脂酰輔酶A 合成酶4（acyl-CoA synthetase long chain family member 4，ACSL4）、GPX4、SLC7A11 表達(dá)的作用[18]，充分理解IR 引起腫瘤細(xì)胞發(fā)生鐵死亡的機(jī)制可能對(duì)腫瘤的治療是一種新的策略。腫瘤抑制基因乳腺癌易感基因1 相關(guān)蛋白1（breast cancer susceptibility gene l associated protein 1，BAP1）通過(guò)降低組蛋白2A 泛素化（histone 2A ubquitination，H2Aub）在SLC7A11啟動(dòng)子上的占用，抑制SLC7A11 的表達(dá)，減少胱氨酸攝取，導(dǎo)致脂質(zhì)過(guò)氧化和鐵死亡發(fā)生[19]。OTU脫泛素酶，泛素醛結(jié)合蛋白1（OTU deubiquitinase,ubiquitin aldehyde binding 1，OTUB1）是一種去泛素化酶，通過(guò)穩(wěn)定SLC7A11 進(jìn)而誘導(dǎo)細(xì)胞鐵死亡發(fā)生，表明OTUB1 是腫瘤治療的潛在靶點(diǎn)[20]。NRF2 是細(xì)胞抗氧化保護(hù)屏障的關(guān)鍵因子，細(xì)胞的抗氧化劑、鐵和中間代謝狀態(tài)都可以由NRF2 靶基因介導(dǎo)，已經(jīng)證實(shí)System xc-與GPX4 是NRF2 發(fā)揮作用的兩個(gè)重要靶點(diǎn)[21]。鐵死亡存在許多復(fù)雜機(jī)制，對(duì)其機(jī)制的深入了解對(duì)未來(lái)將鐵死亡應(yīng)用于疾病診治有重要意義（圖1）。

圖1 鐵死亡重點(diǎn)調(diào)控過(guò)程

3 鐵死亡與膀胱癌

3.1 鐵死亡與膀胱癌的關(guān)系

膀胱癌是全世界第九大常見(jiàn)腫瘤，每年確診例數(shù)約為430 000 例，病死率在各類(lèi)腫瘤中居第13 位[22]。膀胱癌在男性中的發(fā)病率較女性高，為全球男性第七大常見(jiàn)腫瘤[23]。膀胱癌的傳統(tǒng)治療方式依賴(lài)于手術(shù)治療及化療，不耐受化療的患者生存時(shí)間較短，對(duì)于肌層浸潤(rùn)性膀胱癌患者，使用以鉑類(lèi)為基礎(chǔ)的輔助化療結(jié)合根治性手術(shù)為目前常用的治療手段，而晚期膀胱癌患者通常以鉑類(lèi)聯(lián)合化療為主，大部分晚期膀胱癌患者不耐受化療[24]。發(fā)現(xiàn)膀胱癌的新型治療方法很有必要。腫瘤細(xì)胞具有無(wú)限增殖的特性，靶向誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞發(fā)生鐵死亡具有理論基礎(chǔ)，可為腫瘤綜合治療提供新思路。鐵死亡在抗腫瘤方面具有重大潛力，這對(duì)于尋找精準(zhǔn)誘導(dǎo)膀胱癌細(xì)胞發(fā)生鐵死亡的方法給予了有力支持[25-26]。

3.2 基礎(chǔ)與臨床研究

鐵代謝、脂質(zhì)過(guò)氧化是鐵死亡發(fā)生發(fā)展中的重要過(guò)程，目前已有大量研究表明鐵死亡與膀胱癌之間存在密切聯(lián)系。文獻(xiàn)報(bào)道，絲氨酸代謝的重要分子磷酸甘油酸脫氫酶（phosphoglycerate dehydrogenase，PHGDH）在細(xì)胞發(fā)生鐵死亡過(guò)程中具有重要的調(diào)控作用。該研究通過(guò)對(duì)90 例膀胱癌患者的膀胱癌組織進(jìn)行一系列基礎(chǔ)研究，探究PHGDH的生物學(xué)功能，發(fā)現(xiàn)其在膀胱癌患者中高表達(dá)，敲除PHGDH或者使用PHGDH 靶向抑制劑NCT-502均可促進(jìn)鐵死亡，降低膀胱癌細(xì)胞的增殖能力。結(jié)果表明，NCT-502 可用于治療膀胱癌[27]。circ-ST6GALNAC6 在膀胱癌中是一種抑癌因子，有研究表明，過(guò)表達(dá)circST6GALNAC6 可促進(jìn)膀胱癌細(xì)胞發(fā)生鐵死亡[28]。有臨床研究顯示，當(dāng)鎵離子與轉(zhuǎn)鐵蛋白結(jié)合時(shí)，膀胱癌細(xì)胞中的游離鐵水平升高，抑制腫瘤細(xì)胞增殖[29]，其通過(guò)檢測(cè)對(duì)比了51 例膀胱癌患者和58 例對(duì)照組患者的血清鐵水平發(fā)現(xiàn)，膀胱癌患者的血清鐵水平低于對(duì)照組，膀胱癌患者血清鐵和游離鐵的水平可能與其發(fā)病有關(guān)，但還需要前瞻性研究進(jìn)一步驗(yàn)證[30]。

3.3 相關(guān)靶點(diǎn)

富含絲氨酸和精氨酸的剪接因子9（serine and arginine rich splicing factor 9，SFRS9）被認(rèn)為是膀胱癌的原癌基因，有研究發(fā)現(xiàn)，SFRS9 過(guò)表達(dá)可明顯提高結(jié)直腸癌細(xì)胞的活力，促進(jìn)細(xì)胞周期進(jìn)程和集落形成，SFRS9 過(guò)表達(dá)抑制了由Erastin 和索拉非尼誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡和脂質(zhì)過(guò)氧化，通過(guò)生物信息學(xué)分析表明，SFRS9 可以與GPX4的mRNA 結(jié)合，而GPX4 是鐵死亡的中心調(diào)節(jié)因子，進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證敲低SFRS9會(huì)抑制GPX4 的表達(dá)，抑制體外裸鼠腫瘤生長(zhǎng)，表明敲低SFRS9可能是未來(lái)治療結(jié)直腸癌的一種方法[31]。而SFRS9是膀胱癌的原癌基因，敲低SFRS9也許是未來(lái)膀胱癌治療的一種手段。

在膀胱癌中長(zhǎng)鏈非編碼RNA（long non-coding RNA，lncRNA）起著重要的調(diào)控腫瘤發(fā)生發(fā)展的作用，但其具體機(jī)制尚未明確。有研究發(fā)現(xiàn)一種新型lncRNA 標(biāo)記——RP11-89，通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)RP11-89 是一種新型的致瘤性調(diào)控因子，通過(guò)miRNA-129-5p/PROM2 軸促進(jìn)細(xì)胞增殖、遷移，并抑制細(xì)胞周期。RP11-89 通過(guò)上調(diào)PROM2（最初是從人類(lèi)、小鼠和大鼠腎中通過(guò)分子克隆獲得）的表達(dá)抑制鐵死亡的發(fā)生[32]。RP11-89 可能成為膀胱癌靶向治療的潛在靶點(diǎn)。

3.4 藥物研究

3.4.1 傳統(tǒng)抗腫瘤藥物 有研究人員對(duì)分子靶向藥物索拉非尼進(jìn)行結(jié)構(gòu)修飾，并合成一系列喹唑啉基芳基脲類(lèi)衍生物，驗(yàn)證了其中一種喹唑啉基芳基脲類(lèi)衍生物——7j 的抑制腫瘤增殖的特點(diǎn)?；衔?j 引起腫瘤細(xì)胞死亡的形式由其濃度和孵育時(shí)間決定，腫瘤細(xì)胞在較高濃度并延長(zhǎng)孵育時(shí)間的情況下發(fā)生鐵死亡和自噬，這與其能誘導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)ROS 的產(chǎn)生及線(xiàn)粒體膜電位的下降有關(guān)。7j可以很好地結(jié)合相應(yīng)受體GPX4 的活性位點(diǎn)[33]?；衔?j 有望成為抗膀胱癌分子靶向藥物。Fin56是一種3 型鐵死亡誘導(dǎo)劑，其可能通過(guò)一種未了解的機(jī)制促進(jìn)GPX4 的降解來(lái)誘導(dǎo)鐵死亡發(fā)生。有研究通過(guò)Fin56 聯(lián)合一種雷帕霉素靶蛋白（mechanistic target of rapamycin kinase，MTOR）抑制劑Torin2，用于激活細(xì)胞自噬對(duì)膀胱癌細(xì)胞的影響，發(fā)現(xiàn)二者對(duì)膀胱癌細(xì)胞有協(xié)同細(xì)胞毒作用，提示鐵死亡誘導(dǎo)物和MTOR 抑制劑的聯(lián)合應(yīng)用是一種有希望的治療方法，對(duì)膀胱癌的治療選擇有幫助[34]。

3.4.2 新型藥物 近年來(lái)由于鐵死亡研究的興起，關(guān)于鐵死亡通路的納米材料技術(shù)也有所進(jìn)展。有研究發(fā)現(xiàn)，氧化鐵納米顆粒是一種多功能材料，并提出了一種三層輸送策略，通過(guò)黏附水凝膠平臺(tái)輸送。注入時(shí)，水凝膠平臺(tái)首先黏附在腫瘤表面界面上，持續(xù)釋放透明質(zhì)酸涂層的離子。隨后，光熱治療降低腫瘤硬度和間質(zhì)流體壓力，促進(jìn)這種離子向膀胱腫瘤深部組織擴(kuò)散。由于膀胱腫瘤組織表達(dá)高水平的CD44，最后的傳遞層通過(guò)抗體介導(dǎo)的內(nèi)吞作用來(lái)增加不穩(wěn)定鐵池內(nèi)的鐵含量，最終誘導(dǎo)鐵死亡[35]。這種三層策略從解剖到細(xì)胞水平輸入氧化鐵納米顆粒，并增加鐵含量高達(dá)50 倍的系統(tǒng)給藥，是一種潛在的治療化療耐藥膀胱癌的方案。納米材料的應(yīng)用可以提高腫瘤的靶向精準(zhǔn)性，有助于克服多藥耐藥的困難。如今已制造出不同的納米鐵誘導(dǎo)劑并與基因治療、免疫治療及其他療法聯(lián)合應(yīng)用，表現(xiàn)出顯著增強(qiáng)的抗腫瘤效果和較高的安全性，但仍需要更豐富的臨床試驗(yàn)和療效評(píng)價(jià)來(lái)揭示靶向治療的安全性和實(shí)際療效。

4 小結(jié)與展望

鐵死亡是近年來(lái)新出現(xiàn)的一種細(xì)胞死亡形式，與鐵代謝、脂質(zhì)代謝密切相關(guān)，目前的研究表明其在腫瘤治療方面具有重大意義。研究鐵死亡誘導(dǎo)劑與其他免疫治療藥物、抗腫瘤藥物聯(lián)合應(yīng)用，可能會(huì)成為未來(lái)腫瘤綜合治療的新戰(zhàn)略。在未來(lái)，有希望使用藥物靶向誘導(dǎo)膀胱癌細(xì)胞發(fā)生鐵死亡，對(duì)晚期化療不耐受的膀胱癌患者的治療和延緩膀胱癌進(jìn)展可能有所幫助。對(duì)于鐵死亡通路的研究及其在腫瘤治療方面的應(yīng)用，仍然有許多未解決的難題，在腫瘤治療方面的應(yīng)用仍然道阻且長(zhǎng)。