王馮宇，李 亙，林曉伊，姚欣悅，陳 毓

(杭州醫(yī)學(xué)院， 浙江 杭州 310051)

常見的細(xì)胞死亡形式有：凋亡、自噬、焦亡和壞死等。在鐵死亡(ferroptosis)這一概念被提出前，就有報(bào)道某些經(jīng)化學(xué)篩選出小分子物質(zhì)可以使細(xì)胞發(fā)生一種不同于常見細(xì)胞死亡形式的的細(xì)胞死亡。后者在細(xì)胞形態(tài)上和遺傳上均區(qū)別于一般的細(xì)胞死亡。這種細(xì)胞死亡形式被命名為鐵死亡[1]。本文綜述了鐵死亡在腫瘤治療中的研究進(jìn)展。

1 鐵死亡

鐵死亡在發(fā)生時(shí)沒有細(xì)胞凋亡的標(biāo)志，如細(xì)胞體積縮小、染色質(zhì)凝集及線粒體腫脹等，且在細(xì)胞凋亡核心機(jī)制受到抑制的細(xì)胞中依然能發(fā)生，說明鐵死亡是一種新的、非凋亡的細(xì)胞死亡形式[1]。在機(jī)制上，鐵死亡是鐵依賴性的，并且鐵死亡過程中伴隨著活性氧(reactive oxygen species, ROS)水平的上升和脂質(zhì)過氧化物的積累。這一過程最終會(huì)導(dǎo)致膜結(jié)構(gòu)被破壞，細(xì)胞膜的滲透性增加，最終致使細(xì)胞死亡[1]。

在鐵死亡復(fù)雜的調(diào)控機(jī)制中，谷胱甘肽過氧化物酶4(glutathione peroxidase 4，GPX4)/谷胱甘肽(glutathione，GSH)通路最為關(guān)鍵。GPX4是細(xì)胞中唯一負(fù)責(zé)清除脂質(zhì)過氧化物的酶，對(duì)維持細(xì)胞膜的脂質(zhì)雙分子層穩(wěn)態(tài)起重要作用，抑制GPX4可以直接誘導(dǎo)細(xì)胞鐵死亡[2]。GSH是GPX4催化過氧化物的輔助因子，對(duì)GPX4的活性有很大的影響。胱氨酸/谷氨酸反向轉(zhuǎn)運(yùn)體(System Xc-)由SLC7A11和SLC3A2組成，負(fù)責(zé)將GSH合成原料轉(zhuǎn)運(yùn)入細(xì)胞內(nèi)，是許多鐵死亡誘導(dǎo)劑的作用靶點(diǎn)[2]。GPX4/GSH通路將許多不同的腫瘤治療方法與鐵死亡聯(lián)系起來。

2 鐵死亡與腫瘤治療

2.1 鐵死亡與腫瘤化學(xué)治療

化學(xué)治療(簡(jiǎn)稱化療)是腫瘤治療的常見手段。但許多惡性腫瘤存在著耐藥性，這大大降低了許多傳統(tǒng)化療藥物對(duì)腫瘤的治療效果，鐵死亡作為一種與細(xì)胞凋亡具有不同機(jī)制的調(diào)節(jié)性細(xì)胞死亡，為某些難以治療的癌癥提供了治愈可能性。

鐵死亡誘導(dǎo)劑能夠有效殺傷多種腫瘤細(xì)胞。Erastin能誘導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)ROS產(chǎn)生，引起A549人非小細(xì)胞肺癌細(xì)胞死亡[3]。Ruscogenin是一種皂苷，能夠提高細(xì)胞中鐵離子(Fe2+)的濃度，增加細(xì)胞中ROS的水平，誘導(dǎo)胰腺癌細(xì)胞發(fā)生鐵死亡[4]。丹參酮IIA通過p53介導(dǎo)的SLC7A11下調(diào)誘導(dǎo)胃癌細(xì)胞鐵死亡[5]。雙氫青蒿素通過抑制PRIM2/SLC7A11軸，可以抑制肺癌細(xì)胞增殖并誘導(dǎo)肺癌細(xì)胞鐵死亡[6]。索拉菲尼(sorafenib)是一種新型多靶向性的治療腫瘤的口服藥物，其能通過ATP-AMPK-mTOR-SREBP1 信號(hào)通路，抑制硬脂酰輔酶A去飽和酶1，阻止單不飽和脂肪酸合成，以殺死肝癌細(xì)胞[7]。

鐵死亡誘導(dǎo)劑與傳統(tǒng)化療藥物聯(lián)用，能夠提高這些藥物對(duì)腫瘤的化療效果。Erastin和sorafenib 能夠改變非小細(xì)胞肺癌細(xì)胞對(duì)順鉑(cisplatin，DDP) 的敏感性，促使DDP抵抗的非小細(xì)胞肺癌細(xì)胞死亡[8]。柳氮磺胺吡啶(sulfasalazine，SAS)能改善腫瘤微環(huán)境，并提升化療藥物替莫唑胺對(duì)膠質(zhì)瘤的化療效果[9]。RSL3能夠阻礙腫瘤進(jìn)行糖酵解，增強(qiáng)DDP對(duì)前列腺癌的治療作用。低劑量的RSL3和DDP共同作用可顯著地抑制前列腺癌的生長(zhǎng)[10]。

這些研究證明鐵死亡誘導(dǎo)劑有作為化療藥物和化療增敏劑的潛力。

2.2 鐵死亡與腫瘤免疫治療

腫瘤免疫治療是一種通過激活并強(qiáng)化機(jī)體的固有免疫系統(tǒng)，以殺傷腫瘤細(xì)胞或抑制腫瘤生長(zhǎng)的腫瘤療法。以程序性死亡受體1(programmed cell death protein 1,PD-1) /細(xì)胞程序性死亡-配體1(programmed cell death 1 ligand 1，PD-L1)免疫檢查點(diǎn)途徑為靶點(diǎn)的免疫治療，可以恢復(fù)或者增強(qiáng)效應(yīng)性CD8+T細(xì)胞的增殖及其功能，增強(qiáng)機(jī)體的細(xì)胞免疫，以清除腫瘤細(xì)胞。然而，許多腫瘤對(duì)PD-1/PD-L1免疫檢查點(diǎn)療法存在著抵抗性，這大大降低了單一的免疫檢查點(diǎn)療法帶來的療效[11]。因此，尋找一種能夠提高免疫檢查點(diǎn)療法的方法是十分重要的。

最近的研究揭示了CD8+T細(xì)胞殺傷腫瘤細(xì)胞的另一種機(jī)制，提高免疫檢查點(diǎn)療法的療效提供了可能。在免疫治療的過程中，CD8+T細(xì)胞會(huì)向腫瘤細(xì)胞釋放γ干擾素，γ干擾素能下調(diào)system xc-中SLC3A2和SLC7A11的表達(dá)，從而限制細(xì)胞獲取胱氨酸，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞中的脂質(zhì)過氧化和鐵死亡發(fā)生[12]。另一項(xiàng)研究提示鐵死亡與腫瘤的耐藥機(jī)制相關(guān)。該團(tuán)隊(duì)研究了TYRO3在腫瘤免疫療法中扮演的角色。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，TYRO3能抑制腫瘤細(xì)胞發(fā)生鐵死亡，提供促進(jìn)腫瘤進(jìn)展的腫瘤微環(huán)境，最終增加腫瘤細(xì)胞對(duì)PD-1/PD-L1免疫檢查點(diǎn)療法的抵抗性[11]。

鐵死亡相關(guān)的納米材料為上述增敏策略的執(zhí)行提供了可能的載體。有團(tuán)隊(duì)利用一種血小板膜偽裝的磁性納米粒子，搭載SAS構(gòu)成仿生磁性納米材料Fe3O4-SAS@PLT。這種納米材料可以逃避免疫清除并識(shí)別循環(huán)腫瘤細(xì)胞，最大限度地將鐵死亡誘導(dǎo)劑傳遞給腫瘤細(xì)胞，并通過抑制System Xc-誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞發(fā)生鐵死亡，并顯著提高PD-1免疫檢查點(diǎn)封鎖療法的療效[13]。

2.3 鐵死亡與腫瘤放射治療

放射治療使用電離輻射輻射癌細(xì)胞，以殺死癌細(xì)胞或抑制其分裂。然而，許多局部晚期腫瘤是耐放射的。腫瘤抗輻射的機(jī)制通常涉及到激活DNA修復(fù)途徑和抑制細(xì)胞凋亡。如果能激活其他的細(xì)胞死亡途徑，或?qū)⑻岣叻暖煂?duì)這些腫瘤的治療效果。輻射除了會(huì)造成DNA損傷之外，還會(huì)引起細(xì)胞中ROS水平上升。這使得激活鐵死亡并提高放療療效成為可能[14]。此外，協(xié)同治療是提高腫瘤的治療效果另一種可能方法。在機(jī)制上，電離輻射誘導(dǎo)鐵死亡發(fā)生是通過下調(diào)System Xc-中的SLC7A11的表達(dá)實(shí)現(xiàn)的。而腫瘤免疫療法中CD8+T釋放的干擾素γ也作用于SLC7A11[15]。SLC7A11是兩種療法間的一個(gè)可能的協(xié)同點(diǎn)。這為免疫療法和放射療法協(xié)同治療腫瘤提供思路。

目前，有報(bào)道已經(jīng)證實(shí)了通過鐵死亡進(jìn)行放療增敏的可行性。鐵死亡誘導(dǎo)劑IKE和 RSL3與放射治療協(xié)同，可增強(qiáng)SK-LMS-1、U87、A549和PC9腫瘤細(xì)胞株的放射治療效果，這項(xiàng)研究表明鐵死亡誘導(dǎo)劑是有效的放射治療增敏劑[16]。另一項(xiàng)關(guān)于erastin的研究中，在NCI-H1975細(xì)胞移植小鼠模型中，erastin顯著的放射增敏作用伴隨著腫瘤GSH濃度的降低，提示鐵死亡相關(guān)的放射增敏機(jī)制或與GSH的消耗有關(guān)[17]。

此外，鐵死亡有助于減輕放療的副作用。放射誘發(fā)的肺損傷是胸部放療最常見和致命的并發(fā)癥之一，鐵死亡在急性放射誘發(fā)的肺損傷中可能起著關(guān)鍵作用，用鐵死亡抑制劑治療能夠顯著減輕輻射誘導(dǎo)的小鼠肺組織病理改變[18]。

2.4 鐵死亡與靶向治療

雖然，鐵死亡誘導(dǎo)劑可以有效地殺傷腫瘤細(xì)胞，但還存在著一些潛在的問題。首先，如果細(xì)胞中藥物濃度不夠高，則無法有效殺傷靶細(xì)胞。其次，鐵死亡誘導(dǎo)劑在治療過程中可能會(huì)導(dǎo)致機(jī)體正常組織的損傷[19]。因此，尋找一種高靶向的治療方法是十分重要的。

鐵死亡相關(guān)的納米材料為基于鐵死亡的靶向治療指明了方向。用含鐵量為5%的Na4Si4為原料，制備了摻鐵硅納米顆粒。該納米顆粒在人乳腺癌細(xì)胞中會(huì)選擇性定植在細(xì)胞的線粒體膜上，被X線照射時(shí)，細(xì)胞中超氧化物的水平會(huì)上升，使細(xì)胞中ROS水平上升，最終導(dǎo)致鐵死亡發(fā)生[20]。另有一種腫瘤細(xì)胞膜偽裝的有機(jī)金屬框架(metal-organic frameworks,MOF)和葡萄糖氧化酶(glucose oxidase,GOD)納米反應(yīng)器被報(bào)道，這種納米反應(yīng)器不但有靶向腫瘤和免疫逃逸的能力。當(dāng)納米反應(yīng)器到達(dá)腫瘤部位時(shí)，高濃度的GSH會(huì)使MOF的結(jié)構(gòu)崩潰并釋放 Fe2+。同時(shí)，GOD能夠葡萄糖氧化生成 H2O2。Fe2+與H2O2會(huì)發(fā)生芬頓(Fenton)反應(yīng)，產(chǎn)生大量的自由基，促進(jìn)鐵死亡發(fā)生。這項(xiàng)研究中，GOD的加入，解決了一些腫瘤組織中H2O2不足導(dǎo)致的殺傷效果差的問題，為鐵死亡治療增敏提供了新的方法[21]。

上述研究表明某些鐵死亡納米材料具有不錯(cuò)的靶向能力和免疫逃逸能力，這些納米材料能為鐵死亡靶向藥物的開發(fā)提供借鑒。

4 問題與展望

綜上所述，鐵死亡不但能有效殺傷腫瘤細(xì)胞，而且能有效提高不同腫瘤治療方法的療效，還能為腫瘤協(xié)同治療提供協(xié)同點(diǎn)。這些都說明鐵死亡在腫瘤治療方面有較大的研究?jī)r(jià)值。此外，鐵死亡相關(guān)的納米材料的研究能為未來的藥物研發(fā)提供借鑒。但是，鐵死亡是一把雙刃劍，許多研究發(fā)現(xiàn)鐵死亡可引起正常細(xì)胞損傷，導(dǎo)致某些疾病發(fā)生。因此，鐵死亡治療腫瘤時(shí)，藥物種類、劑量和副作用等都有待進(jìn)一步探討。