陸會平，黨裔武，陳罡

廣西醫(yī)科大學第一附屬醫(yī)院病理科，南寧 530021

鐵死亡是一種由谷胱甘肽過氧化物酶4(glutathione peroxidase 4，GPX4)組成型控制的細胞內微環(huán)境氧化擾動而引發(fā)的調節(jié)性細胞死亡(regulated cell death，RCD)方式，以細胞膜上脂質過氧化物的鐵依賴性積累為特征，是新陳代謝、氧化還原生物學和疾病之間的紐帶[1-4]。越來越多的證據(jù)表明，鐵死亡與多種生理和病理過程關系密切，并推動著人類健康研究的發(fā)展[4-6]。然而也有研究顯示，抑制某些癌細胞的GPX4不能使細胞免于鐵死亡[7-8]。為進一步探究鐵死亡的分子機制，美國Bersuker等[9]和德國Doll等[10]開展了深入研究并發(fā)現(xiàn)鐵死亡抑制蛋白1 (ferroptosis suppressor protein 1，F(xiàn)SP1)在人類多種腫瘤細胞中表達，且獨立于GPX4抑制鐵死亡，是新型的抗鐵死亡生物標志物。本文就FSP1在人類疾病中的作用機制研究進展進行綜述，以期為鐵死亡機制的深入探索和人類疾病的防治提供新的線索。

1 FSP1的分子特征及作用機制

FSP1原名為線粒體凋亡誘導因子2(apoptosisinducing factor mitochondrial-associated 2，AIFM2)，又稱AIF同源線粒體相關死亡誘導者(AIF-homologous mitochondrion-associated inducer of death，AMID)[11]和p53反應基因3(p53-responsive gene 3，PRG3)[11-12]，其基因位于人類染色體10q22.1，具有9個外顯子，編碼39～41 kD蛋白質，與小鼠具有90%的同源性[13]，缺乏線粒體定位序列[13-14]，N末端具有肉豆蔻?；騕9-15]，內含子中存在p53反應元件(–1192和–442之間)，是p53的直接效應因子[16-17]。2019年，美國Bersuker等[9]和德國Doll等[10]為表征其抑制細胞鐵死亡的獨特功能而更名為FSP1。FSP1在人類多種腫瘤(如甲狀腺癌、白血病、子宮癌、肺癌、卵巢癌、大腸癌、乳腺癌、腦癌和膀胱癌等)中發(fā)生突變[16]，其天然突變如M135T和D288N在腫瘤中頻繁發(fā)生[18]，但其突變在腫瘤中的作用機制報道較少。

FSP1可誘導細胞凋亡，也可阻止細胞發(fā)生鐵死亡(圖1)。在Bersuker、Doll等之前，F(xiàn)SP1被認為是細胞凋亡的關鍵調控因子，但其誘導細胞凋亡既不受caspase和p53的影響，也不受Bcl-2的抑制[11]。研究發(fā)現(xiàn)，位于線粒體外膜的C末端片段(aa 77-373和186-373)才可誘導細胞凋亡，位于細胞核中的兩個N末端片段(aa 1-185和1-300)則不能誘導細胞凋亡[11]；FSP1的亞細胞定位發(fā)生核易位也可誘導細胞凋亡[16,19-21]，但在星孢菌素(staurosporine，STS)誘導的細胞凋亡過程中，F(xiàn)SP1過表達不會導致染色質碎裂且不會易位至細胞核[22]，這可能是由于凋亡誘導物的作用機制或者細胞背景差異導致的；FSP1過表達可誘導細胞凋亡并降低細胞對鐵死亡的敏感性[9-11,14]，但對于人心臟組織，F(xiàn)SP1蛋白而非mRNA過表達才可誘導細胞凋亡[16]；作為一種非特異性的DNA結合蛋白，F(xiàn)SP1對雙鏈DNA(dsDNA)具有很高的親和力[13-14]，在細菌或病毒感染(或在細胞凋亡過程中線粒體DNA泄露)的情況下，F(xiàn)SP1與DNA的結合可抑制NAD(P)H的結合，減少6-羥基-FAD，降低活性氧(ROS)的濃度，從而促使感染的細胞發(fā)生凋亡[13-14]；FSP1是輔酶Q10(CoQ10)的氧化還原酶，其N末端的肉豆蔻?；且环N脂質修飾，可促進FSP1靶向質膜，從而在質膜上介導NADH依賴的CoQ還原以抑制CoQ10的活性[9,23-24]，最終經FSP1-CoQ10-NAD(P)H途徑、平行于經典的谷胱甘肽(GSH)-GPX4途徑，通過抑制MDM2-MDMX而抑制磷脂過氧化和鐵死亡[9-10,25-26]。

圖1 FSP1促進細胞凋亡及抑制細胞鐵死亡的作用機制Fig.1 Mechanism of FSP1 promoting apoptosis and inhibiting ferroptosis

總之，氨基酸序列特征、亞細胞定位、表達水平以及NAD(P)H氧化還原酶的活性是FSP1誘導細胞凋亡和抑制鐵死亡的關鍵因素，但相應的作用機制尚未達成共識。截至目前，有關FSP1和鐵死亡的研究尚處在起始階段，因此，關于FSP1抑制鐵死亡的確切機制仍需全面而深入的探索。

2 FSP1與人類疾病的關系

凋亡是細胞的一種程序性死亡方式。凋亡失調與異常發(fā)育、癌癥和免疫疾病等多種人類疾病密切相關。與壞死、凋亡、自噬等細胞死亡方式不同，鐵死亡在神經系統(tǒng)疾病、腫瘤進展、腫瘤微環(huán)境和能量代謝等方面發(fā)揮著重要作用[1,4,27]。FSP1可調控凋亡和鐵死亡，與多種人類疾病密切相關。

2.1腫瘤性疾病 癌癥是全球范圍內第二大死亡原因，應用抗癌藥物誘導細胞死亡是殺死癌細胞的主要方法之一[28]。人類一直致力于癌癥防治生物標志物的探索，其中FSP1是一種新型標志物。

2.1.1乳腺癌及生殖系統(tǒng)腫瘤 FSP1與腫瘤發(fā)生發(fā)展治療所致不良反應關系密切。研究發(fā)現(xiàn)，在不影響總表達量的情況下，促進FSP1核易位可促進乳腺癌細胞MCF-7以獨立于caspase的方式凋亡[29]；而Arf核糖激化因子GTP酶活化蛋白(ArfGAP with SH3 domain, ankyrin repeat and PH domain 1，ASAP1)過表達可調節(jié)FSP1等凋亡信號的轉導，從而驅動三陰性乳腺癌的發(fā)生和發(fā)展[30]。在卵巢癌中，F(xiàn)SP1與癌細胞的致瘤功能被抑制有關[31]。作為非轉移性前列腺癌的標準治療方案，應用調強技術的局部外束放射療法可誘導癌細胞凋亡，但會使患者易于產生疲勞感，這可能是由于治療導致FSP1等8個基因表達下調所致[32]。

2.1.2淋巴造血系統(tǒng)腫瘤 白血病和淋巴瘤是最常見的淋巴造血系統(tǒng)腫瘤。研究發(fā)現(xiàn)，上調FSP1的表達有利于控制淋巴造血系統(tǒng)腫瘤細胞的生長，如阿霉素可促進人白血病Jurkat細胞中FSP1的表達并靶向質膜，從而誘導細胞凋亡[33]，而早期B細胞因子3(early B-cell factor 3，EBF3)過表達可顯著提高急性白血病細胞系中FSP1蛋白的表達水平，從而促進細胞凋亡[34]。但在T淋巴母細胞性淋巴瘤細胞中，F(xiàn)SP1表達受參與腫瘤發(fā)展的兩種RNA調控，即被長鏈非編碼RNA MEG3上調，被miR-214抑制[35-36]。

2.1.3消化系統(tǒng)腫瘤 在精準醫(yī)療背景下，消化系統(tǒng)腫瘤尚缺乏理想的抗癌藥物，研究人員對此進行了多方探索。在胃癌中，萘替地爾類似物1-[2-(2-甲氧基苯基氨基)乙基氨基]-3-(萘-1-基氧基)丙烷-2-醇(1-[2-(2-methoxyphenylamino)ethylamino]-3-(naphthalene-1-yloxy)propan-2-ol，HUHS1015)可促進MKN28細胞中的FSP1發(fā)生核易位，誘導非caspase依賴性的細胞凋亡[20-21]；而磷脂酰肌醇衍生物則可增加細胞核中FSP1的積累，誘導MKN28細胞凋亡，從而發(fā)揮抗癌作用[37]。在肝細胞癌中，F(xiàn)SP1在腺苷的作用下表達增加并發(fā)生核易位，可誘導Huh-7細胞發(fā)生凋亡[38]，也可獨立于CoQ10抑制HepG2細胞發(fā)生鐵死亡[39]；而在質膜上依賴于FSP1的內吞體分選轉運復合體(ESCRT)-Ⅲ募集可通過激活調節(jié)膜出芽和分裂的膜修復機制導致腫瘤在索拉非尼治療期間產生鐵死亡耐受[40]。在胰腺癌中，F(xiàn)SP1可獨立于CoQ10抑制PANC1細胞發(fā)生鐵死亡[39]。

2.1.4呼吸系統(tǒng)腫瘤 FSP1在多種肺癌亞型中均有表達，且表達水平越低對鐵死亡誘導劑的敏感性越高[9-10]。相較肺鱗狀細胞癌細胞NCI-H1703和非小細胞肺癌細胞NCI-H446，肺大細胞癌細胞NCI-H460中FSP1的表達水平最高且對鐵死亡誘導劑RSL3最不敏感，在FSP1持續(xù)存在的情況下即使GPX4失活癌細胞仍可繼續(xù)正常生長[9]，提示不同亞型的肺癌細胞對鐵死亡誘導劑的敏感性不同。在同一亞型不同細胞背景的細胞系中，F(xiàn)SP1的表達水平也不同[10]，提示FSP1與肺癌的發(fā)生發(fā)展關系密切，是肺癌防治的潛在靶標。在肺癌的治療中，F(xiàn)SP1扮演著重要的角色。人小細胞肺癌細胞SBC-3經腺苷處理后，F(xiàn)SP1的表達上調并發(fā)生核易位，從而促使癌細胞發(fā)生凋亡[41]；金復康在臨床上具有良好的抗肺癌效果，可聯(lián)合順鉑激活FSP1的表達，誘導肺腺癌細胞凋亡[42]；外泌體miR-4443通過靶向甲基轉移酶樣蛋白3(methyltransferase like 3，METTL3)，以m6A方式調節(jié)FSP1的表達抑制鐵死亡，從而促使非小細胞肺癌A549細胞對順鉑耐藥[43]。

2.1.5其他腫瘤及腫瘤微環(huán)境 在體外，腺苷可上調FSP1的表達并促進其核易位，從而誘導人腎癌細胞RCC4-VHL凋亡[44]，包括FSP1在內的鐵死亡相關基因標記，可準確預測葡萄膜黑色素瘤患者的預后[45]。姜黃素具有抗癌活性，可激活黑色素瘤細胞A375中FSP1的轉錄，從而誘導細胞凋亡[46]。在腫瘤免疫微環(huán)境中，F(xiàn)SP1或GPX4過表達可降低CD8+T細胞對鐵死亡的敏感性，但不影響其功能；正常情況下，?；o酶A合成酶長鏈家族4(acyl-CoA synthetase long-chain family member 4，ACSL4)可誘導CD8+T細胞發(fā)生鐵死亡，缺失時則抑制鐵死亡，并損害CD8+T細胞的抗腫瘤效應[47]。總之，在腫瘤的發(fā)生發(fā)展和治療中，F(xiàn)SP1既可誘導凋亡，又可抑制鐵死亡，是腫瘤基礎研究和系統(tǒng)治療的新方向。

2.2非腫瘤性疾病 隨著工業(yè)和社會的發(fā)展，環(huán)境污染對人類健康所造成的傷害愈演愈烈[48]。研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)SP1與環(huán)境暴露所致?lián)p傷存在一定的聯(lián)系。低濃度硫化鎘量子點暴露對HepG2細胞的細胞核和線粒體DNA基本無損害，但可增加胞內ROS濃度，上調FSP1等基因的表達，促進細胞凋亡[49]；FSP1的表達與銅耐受調節(jié)和慢性銅暴露有關，通過無機硫酸銅暴露所構建的銅耐受Caco-2細胞克隆(In1和In2)，其FSP1的表達顯著下調[50]；甲基汞可以劑量依賴的方式增高滋養(yǎng)細胞HTR-8/SVneo中FSP1 mRNA和蛋白的表達水平，從而誘導FSP1介導的非caspase依賴性的細胞凋亡；還可激活細胞內ROS，從而增加線粒體膜的通透性，降低線粒體膜電位，這可能是甲基汞導致妊娠不良結局的機制[51]。與此同時，F(xiàn)SP1與細胞代謝及炎癥性疾病的關系密切。有研究報道，F(xiàn)SP1是一種脂滴相關的NADH氧化酶，在棕色脂肪中特異性表達，參與糖酵解途徑，可改善飲食引起的肥胖癥和胰島素抵抗，是糖尿病治療的潛在靶標[52]。而在重癥急性胰腺炎中，經激活轉錄因子6(activating transcription factor 6，ATF6)和p53轉錄激活后，F(xiàn)SP1可誘導腺泡細胞凋亡，是重癥急性胰腺炎治療的新靶點[53]。另外，通過與TNF-α/ROS途徑相互作用，F(xiàn)SP1可作為以缺氧和氧化應激為特征的類風濕關節(jié)炎的治療靶點[54]；作為鐵死亡抑制因子，F(xiàn)SP1被認為是Parkinson病的治療靶點[8]?？傊現(xiàn)SP1受到環(huán)境暴露、糖代謝紊亂、炎癥等的刺激后表達上調，進而誘導細胞凋亡，可用于監(jiān)測職業(yè)病、慢性代謝性疾病或炎癥性疾病的發(fā)生發(fā)展情況。FSP1在人類疾病中的作用及機制如表1所示。

表1 FSP1在人類疾病中的作用及機制Tab.1 Functions and mechanism of FSP1 in human diseases

3 總結與展望

FSP1的凋亡誘導作用主要是基于其氨基酸序列、核易位和表達上調，而N末端肉豆蔻?；蚣把趸€原酶活性使其可獨立于GPX4抵抗鐵死亡，表明FSP1既可通過誘導獨立于caspase的細胞凋亡扮演抑癌因子的角色，又可使細胞獲得鐵死亡抗性，F(xiàn)SP1可能與鐵死亡一樣，也是一把“雙刃劍”，靶向FSP1是腫瘤防治的新方向。然而，目前關于FSP1仍存在很多未知，如除了表達水平改變外，F(xiàn)SP1的其他基因突變形式對鐵死亡的影響尚無相關研究；雖然已有研究表明自噬調控因子通過選擇性降解鐵死亡抑制因子來促進鐵死亡，但這種自噬依賴的鐵死亡在人類不同腫瘤中存在異質性[55]，而Bersuker等[9]和Doll等[10]發(fā)現(xiàn)，在人類不同腫瘤細胞中FSP1的表達水平不同，提示FSP1依賴的鐵死亡抑制可能存在腫瘤異質性，其機制需要進一步探索；阿霉素[33]、金復康[42]、姜黃素[46]等抗癌藥物可上調FSP1的表達，誘導細胞凋亡，從而發(fā)揮抗癌作用，但其具體分子機制尚未闡明。因此，基于現(xiàn)代先進的技術平臺和科學而縝密的研究設計深入探討FSP1在生理和病理狀態(tài)下的功能及其作用機制，有利于全面揭示FSP1對人類健康維護的意義。