黃龍港，徐保才，張惠，白楊#

1濟寧醫(yī)學院臨床醫(yī)學院，山東濟寧 272000

2濟寧市第一人民醫(yī)院泌尿外科，山東濟寧 27200003濟寧醫(yī)學院免疫學與分子醫(yī)學研究所，山東濟寧 272067

哺乳動物發(fā)生細胞死亡最常見的形式是細胞凋亡和壞死[1]，細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)了一種特殊的細胞死亡方式并命名為鐵死亡，鐵死亡有賴于細胞內的鐵離子，而不是其他金屬離子，其在形態(tài)學、生化和遺傳學上區(qū)分于傳統(tǒng)細胞凋亡、壞死和自噬。研究表明，腫瘤細胞發(fā)生鐵死亡與腫瘤的發(fā)生發(fā)展相關。腫瘤抑制基因p53、核因子E2 相關因子2（nuclear factor erythroid 2-related factor 2，NRF2）通路、T細胞衍生的干擾素γ都已被證實與鐵死亡相關[4-6]。探究鐵死亡與膀胱癌的相關性，可能對尋找膀胱癌新型治療靶點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機制及其在膀胱癌中的研究進展展開綜述，希望對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）、神經母細胞瘤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%的腫瘤中會發(fā)生突變[7]，為了解決這個問題，2003 年Dolma 等[8]通過研究發(fā)現(xiàn)了兩種對致癌RAS突變的細胞系具有選擇性致死作用的誘導劑，并命名為Erastin 與RSL3，通過化學蛋白組學方法確定了RSL3 的直接藥物靶點是谷胱甘肽過氧化物酶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。2007年，Yagoda等[10]通過研究發(fā)現(xiàn)，使用Erastin 處理過的腫瘤細胞的線粒體出現(xiàn)形態(tài)改變，如體積減小、脊減少、膜密度增加等，區(qū)別于細胞凋亡與細胞壞死的形態(tài)學特征。對比之下，抗氧化劑和鐵螯合劑可阻斷RSL誘導的細胞死亡[9]。鐵死亡發(fā)生過程中細胞內活性氧（reactive oxygen species，ROS）出現(xiàn)過量堆積，并與細胞膜上的多不飽和脂肪酸（polyunsaturated fatty acid，PUFA）發(fā)生過氧化毒性反應，導致細胞膜結構受到破壞[11]。

2 鐵死亡相關機制

2.1 鐵代謝

細胞內鐵離子代謝與各種導致脂質過氧化結局的生化過程是鐵死亡發(fā)生中的重點調控過程[12]。過量的鐵離子通過芬頓反應產生大量ROS 導致鐵死亡。循環(huán)中的鐵以三價鐵（Fe3+）與轉鐵蛋白結合的形式存在，隨后經細胞膜上的轉鐵蛋白受體1（transferrin receptor 1，TFR1）識別后進入細胞，并定位于內體中。隨后，F(xiàn)e3+通過與金屬還原酶發(fā)生氧化還原反應，接受一個電子被還原為亞鐵（Fe2+）狀態(tài)，而后由二價金屬轉運體1（divalent metal transporter 1，DMT1）轉導Fe2+從內體釋放到細胞質中的不穩(wěn)定鐵池，還原型鐵離子參與ROS 形成。過量的Fe3+儲存在一種鐵儲存蛋白復合物中，這種復合物由鐵蛋白輕鏈（ferritin light chain，F(xiàn)TL）和鐵蛋白重鏈1（ferritin heavy chain 1，F(xiàn)TH1）構成。部分鐵由膜上的一種鐵外排泵蛋白1（ferroportin 1，F(xiàn)PN1）轉導輸出，F(xiàn)PN1 可將Fe2+氧化成Fe3+形式。與抵抗鐵死亡細胞相比較，具有RAS突變的易發(fā)生鐵死亡的細胞增加了TFR1 的表達并降低了鐵蛋白（FTL 和FTH1）的表達[9]。這表明細胞發(fā)生鐵死亡期間，鐵攝取的增加以及鐵儲存的減少可能導致鐵過載。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Erastin 誘導的鐵死亡[3,9-12]。因此，參與鐵吸收及利用的代謝過程是誘導鐵死亡必不可少的。

2.2 氨基酸與脂質代謝

鐵死亡發(fā)生脂質過氧化反應有多種機制，胱氨酸-谷氨酸反向轉運體（System xc-）與GPX4是目前研究鐵死亡通路中常涉及的兩種蛋白質。System xc-系統(tǒng)在結構上由溶質載體家族7 成員11（solute carrier family 7 member 11，SLC7A11）和溶質載體家族3 成員2（solute carrier family 3 member 2，SLC3A2）組成，作用是將細胞外的胱氨酸轉運入細胞內，并通過生化反應合成半胱氨酸，作為原料合成谷胱甘肽（glutathione，GSH）[13]。GPX4 是細胞抗氧化屏障的關鍵酶，其在細胞內有3 處定位，分別為線粒體、細胞質、細胞核[14]，對鐵死亡發(fā)生都有重要作用。硒是含硒半胱氨酸蛋白質（包括但不限于GPX4）的重要組成部分，其作用是在細胞發(fā)生鐵死亡期間增加細胞的抗氧化能力[15]。GSH 具有輔助GPX4 穩(wěn)定細胞膜抗氧化系統(tǒng)的作用，GPX4 以GSH 為還原劑，將過氧化物轉變?yōu)轭愔迹蛊涫パ趸钚赃M而抑制鐵死亡。脂質過氧化可能是誘導各種調節(jié)性細胞凋亡（regulated cell death，RCD）的共同信號[16]。抑制System xc-會導致GSH合成減少，進而導致細胞氧化還原失衡，造成細胞內ROS 過載發(fā)生鐵死亡。為了驗證這一觀點，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 誘導的鐵死亡與System xc-關系不大。2014 年，Dixon 等[17]發(fā)現(xiàn)p53是某些腫瘤中鐵死亡的正性調控因子，通過抑制SLC7A11 表達，可抑制System xc-活性，進而促進腫瘤細胞發(fā)生鐵死亡，以上為鐵死亡發(fā)生過程中的重點調控過程。

2.3 潛在途徑

還有許多潛在的鐵死亡發(fā)生途徑，如相關研究表明，電離輻射（ionizing radiation，IR）具有促進腫瘤細胞ROS 生成，誘導長鏈脂酰輔酶A 合成酶4（acyl-CoA synthetase long chain family member 4，ACSL4）、GPX4、SLC7A11 表達的作用[18]，充分理解IR 引起腫瘤細胞發(fā)生鐵死亡的機制可能對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 相關蛋白1（breast cancer susceptibility gene l associated protein 1，BAP1）通過降低組蛋白2A 泛素化（histone 2A ubquitination，H2Aub）在SLC7A11啟動子上的占用，抑制SLC7A11 的表達，減少胱氨酸攝取，導致脂質過氧化和鐵死亡發(fā)生[19]。OTU脫泛素酶，泛素醛結合蛋白1（OTU deubiquitinase,ubiquitin aldehyde binding 1，OTUB1）是一種去泛素化酶，通過穩(wěn)定SLC7A11 進而誘導細胞鐵死亡發(fā)生，表明OTUB1 是腫瘤治療的潛在靶點[20]。NRF2 是細胞抗氧化保護屏障的關鍵因子，細胞的抗氧化劑、鐵和中間代謝狀態(tài)都可以由NRF2 靶基因介導，已經證實System xc-與GPX4 是NRF2 發(fā)揮作用的兩個重要靶點[21]。鐵死亡存在許多復雜機制，對其機制的深入了解對未來將鐵死亡應用于疾病診治有重要意義（圖1）。

圖1 鐵死亡重點調控過程

3 鐵死亡與膀胱癌

3.1 鐵死亡與膀胱癌的關系

膀胱癌是全世界第九大常見腫瘤，每年確診例數(shù)約為430 000 例，病死率在各類腫瘤中居第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腫瘤[23]。膀胱癌的傳統(tǒng)治療方式依賴于手術治療及化療，不耐受化療的患者生存時間較短，對于肌層浸潤性膀胱癌患者，使用以鉑類為基礎的輔助化療結合根治性手術為目前常用的治療手段，而晚期膀胱癌患者通常以鉑類聯(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。腫瘤細胞具有無限增殖的特性，靶向誘導腫瘤細胞發(fā)生鐵死亡具有理論基礎，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，這對于尋找精準誘導膀胱癌細胞發(fā)生鐵死亡的方法給予了有力支持[25-26]。

3.2 基礎與臨床研究

鐵代謝、脂質過氧化是鐵死亡發(fā)生發(fā)展中的重要過程，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。文獻報道，絲氨酸代謝的重要分子磷酸甘油酸脫氫酶（phosphoglycerate dehydrogenase，PHGDH）在細胞發(fā)生鐵死亡過程中具有重要的調控作用。該研究通過對90 例膀胱癌患者的膀胱癌組織進行一系列基礎研究，探究PHGDH的生物學功能，發(fā)現(xiàn)其在膀胱癌患者中高表達，敲除PHGDH或者使用PHGDH 靶向抑制劑NCT-502均可促進鐵死亡，降低膀胱癌細胞的增殖能力。結果表明，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，過表達circST6GALNAC6 可促進膀胱癌細胞發(fā)生鐵死亡[28]。有臨床研究顯示，當鎵離子與轉鐵蛋白結合時，膀胱癌細胞中的游離鐵水平升高，抑制腫瘤細胞增殖[29]，其通過檢測對比了51 例膀胱癌患者和58 例對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，但還需要前瞻性研究進一步驗證[30]。

3.3 相關靶點

富含絲氨酸和精氨酸的剪接因子9（serine and arginine rich splicing factor 9，SFRS9）被認為是膀胱癌的原癌基因，有研究發(fā)現(xiàn)，SFRS9 過表達可明顯提高結直腸癌細胞的活力，促進細胞周期進程和集落形成，SFRS9 過表達抑制了由Erastin 和索拉非尼誘導的細胞死亡和脂質過氧化，通過生物信息學分析表明，SFRS9 可以與GPX4的mRNA 結合，而GPX4 是鐵死亡的中心調節(jié)因子，進一步實驗驗證敲低SFRS9會抑制GPX4 的表達，抑制體外裸鼠腫瘤生長，表明敲低SFRS9可能是未來治療結直腸癌的一種方法[31]。而SFRS9是膀胱癌的原癌基因，敲低SFRS9也許是未來膀胱癌治療的一種手段。

在膀胱癌中長鏈非編碼RNA（long non-coding RNA，lncRNA）起著重要的調控腫瘤發(fā)生發(fā)展的作用，但其具體機制尚未明確。有研究發(fā)現(xiàn)一種新型lncRNA 標記——RP11-89，通過實驗進一步發(fā)現(xiàn)RP11-89 是一種新型的致瘤性調控因子，通過miRNA-129-5p/PROM2 軸促進細胞增殖、遷移，并抑制細胞周期。RP11-89 通過上調PROM2（最初是從人類、小鼠和大鼠腎中通過分子克隆獲得）的表達抑制鐵死亡的發(fā)生[32]。RP11-89 可能成為膀胱癌靶向治療的潛在靶點。

3.4 藥物研究

3.4.1 傳統(tǒng)抗腫瘤藥物 有研究人員對分子靶向藥物索拉非尼進行結構修飾，并合成一系列喹唑啉基芳基脲類衍生物，驗證了其中一種喹唑啉基芳基脲類衍生物——7j 的抑制腫瘤增殖的特點?；衔?j 引起腫瘤細胞死亡的形式由其濃度和孵育時間決定，腫瘤細胞在較高濃度并延長孵育時間的情況下發(fā)生鐵死亡和自噬，這與其能誘導細胞內ROS 的產生及線粒體膜電位的下降有關。7j可以很好地結合相應受體GPX4 的活性位點[33]。化合物7j 有望成為抗膀胱癌分子靶向藥物。Fin56是一種3 型鐵死亡誘導劑，其可能通過一種未了解的機制促進GPX4 的降解來誘導鐵死亡發(fā)生。有研究通過Fin56 聯(lián)合一種雷帕霉素靶蛋白（mechanistic target of rapamycin kinase，MTOR）抑制劑Torin2，用于激活細胞自噬對膀胱癌細胞的影響，發(fā)現(xiàn)二者對膀胱癌細胞有協(xié)同細胞毒作用，提示鐵死亡誘導物和MTOR 抑制劑的聯(lián)合應用是一種有希望的治療方法，對膀胱癌的治療選擇有幫助[34]。

3.4.2 新型藥物 近年來由于鐵死亡研究的興起，關于鐵死亡通路的納米材料技術也有所進展。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，通過黏附水凝膠平臺輸送。注入時，水凝膠平臺首先黏附在腫瘤表面界面上，持續(xù)釋放透明質酸涂層的離子。隨后，光熱治療降低腫瘤硬度和間質流體壓力，促進這種離子向膀胱腫瘤深部組織擴散。由于膀胱腫瘤組織表達高水平的CD44，最后的傳遞層通過抗體介導的內吞作用來增加不穩(wěn)定鐵池內的鐵含量，最終誘導鐵死亡[35]。這種三層策略從解剖到細胞水平輸入氧化鐵納米顆粒，并增加鐵含量高達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。納米材料的應用可以提高腫瘤的靶向精準性，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劑并與基因治療、免疫治療及其他療法聯(lián)合應用，表現(xiàn)出顯著增強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和療效評價來揭示靶向治療的安全性和實際療效。

4 小結與展望

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