焦泉慧,鐘凌云,程子文,呂小斌,章常華

(1.江西中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院,南昌 330004;2.南昌市第一醫(yī)院中心實(shí)驗(yàn)室,南昌 330008)

鐵死亡是調(diào)節(jié)細(xì)胞死亡的一種形式,主要依賴(lài)于鐵介導(dǎo)的氧化損傷和細(xì)胞膜損傷,在形態(tài)、生化和遺傳上不同于細(xì)胞凋亡、壞死和自噬[1]。其形態(tài)學(xué)特征包括線粒體變小,膜密度增加,線粒體嵴減少或消失,以及線粒體外膜破裂;生化特征包括細(xì)胞內(nèi)鐵積累,活性氧(reactive oxygen species,ROS)過(guò)量產(chǎn)生,谷胱甘肽(glutathione,GSH)水平降低和脂質(zhì)過(guò)氧化[2]。鐵死亡可通過(guò)外源性或內(nèi)源性途徑引起,外源性途徑是通過(guò)調(diào)控轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白,如抑制溶質(zhì)載體家族7成員11(solute carrier family 7 member 11,SLC7A11),而內(nèi)源性途徑主要通過(guò)阻斷細(xì)胞內(nèi)抗氧化酶的表達(dá)或活性,如谷胱甘肽過(guò)氧化物酶4 (glutathione peroxidase 4,GPX4)[3]。自2012年提出鐵死亡概念以來(lái),許多研究表明,其在癌癥治療中發(fā)揮至關(guān)重要的作用[4-5],調(diào)控鐵死亡可影響腫瘤對(duì)藥物的敏感性,甚至逆轉(zhuǎn)耐藥[6]。因此,靶向鐵死亡可能成為治療癌癥和逆轉(zhuǎn)耐藥性的可行治療策略。中藥在調(diào)節(jié)鐵死亡方面有顯著作用,并已有研究表明多種基于中藥的天然成分可以誘導(dǎo)鐵死亡的發(fā)生[7-9]。筆者在本文重點(diǎn)總結(jié)中藥及其天然產(chǎn)物通過(guò)靶向鐵死亡治療癌癥的機(jī)制及應(yīng)用,為癌癥治療和逆轉(zhuǎn)耐藥性提供新思路。

1 中藥及其天然產(chǎn)物通過(guò)靶向不同信號(hào)通路誘導(dǎo)鐵死亡發(fā)揮抗癌作用

近年來(lái)的研究表明,中藥及其天然產(chǎn)物可以通過(guò)靶向SLC7A11/ GPX4、P53、核因子E2相關(guān)因子2(nuclear factor erythroid 2-related factor 2,NRF2)/血紅素加氧酶-1(heme oxygenase-1,HO-1)、鐵蛋白重鏈(ferritin heavy chain 1,FTH1)等不同信號(hào)通路誘導(dǎo)癌細(xì)胞鐵死亡,具有潛在的抗癌活性,為癌癥治療提供了新的研究思路(圖1,圖2)。

↑:增加;↓:減少。

↑:增加;↓:減少。

1.1SLC7A11/GPX4 SLC7A11是一種胱氨酸/谷氨酸交換轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白,介導(dǎo)細(xì)胞攝取胱氨酸,從而影響GSH的合成[10]。GSH是細(xì)胞內(nèi)主要的抗氧化劑[11],其耗竭會(huì)降低GPX4的表達(dá)和活性,GPX4是一種抗氧化酶,其活性是抗過(guò)氧化防御的基石,研究表明GPX4失活是導(dǎo)致鐵死亡的重要因素[12]。

枸杞多糖(lycium barbarum polysaccharide,LBP)是中草藥枸杞果實(shí)的提取物,通過(guò)調(diào)節(jié)SLC7A11/GPX4通路,降低GSH合成,促使乳腺癌細(xì)胞發(fā)生鐵死亡[13]。紅參多糖(red ginseng polysaccharide,RGP)是人參的活性成分,可以劑量依賴(lài)方式顯著降低肺癌和乳腺癌細(xì)胞中GPX4的表達(dá),導(dǎo)致ROS積累,抑制細(xì)胞增殖,RGP通過(guò)下調(diào)GPX4誘導(dǎo)鐵死亡而顯示抗癌活性[14]。中華獼猴桃(actinidia chinensis planch,ACP)的提取物熊果酸(ursolic acid,UA)和齊墩果酸(oleanolic acid,OA)是兩種主要的三萜類(lèi)抗腫瘤成分,通過(guò)抑制SLC7A11和GPX4的表達(dá)誘導(dǎo)胃癌細(xì)胞中的ROS積累和鐵死亡[15]。葫蘆素B(cucurbitacin B,CuB)是一種廣泛使用的三萜類(lèi)化合物,其通過(guò)下調(diào)GPX4表達(dá)和增加脂質(zhì)過(guò)氧化誘導(dǎo)鼻咽癌細(xì)胞鐵死亡[16]。丹參中的二氫異丹參酮I(dihydroisotanshinone I,DT)可抑制GPX4蛋白表達(dá),丹參酮IIA(tanshinone IIA,Tan IIA)可劑量依賴(lài)性地降低SLC7A11的表達(dá),兩者均通過(guò)引起脂質(zhì)過(guò)氧化誘導(dǎo)鐵死亡[17-18]。中草藥單體二氫青蒿素(dihydroartemisinin,DHA)可顯著增加細(xì)胞內(nèi)Fe2+含量,進(jìn)而產(chǎn)生ROS,ROS的產(chǎn)生耗盡GSH,使GPX4失活,導(dǎo)致脂質(zhì)過(guò)氧化積累,進(jìn)而誘發(fā)鐵死亡[19]。DHA也可通過(guò)下調(diào)細(xì)胞中GPX4表達(dá)誘導(dǎo)鐵死亡[20]。18-β-甘草次酸(glycyrrhetinic acid,GA)是一種從甘草中提取的活性化合物,通過(guò)抑制SLC7A11表達(dá)和GPX4活性,耗竭GSH,加劇脂質(zhì)過(guò)氧化和鐵死亡[21]。

1.2P53 P53基因是人類(lèi)腫瘤抑制基因,包括野生型和突變型。野生型P53基因能誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡,預(yù)防腫瘤發(fā)生,而突變型P53基因則促進(jìn)腫瘤細(xì)胞癌變[22]。研究表明,野生型P53通過(guò)抑制SLC7A11的表達(dá),限制胱氨酸攝取,從而誘導(dǎo)細(xì)胞發(fā)生鐵死亡[23]。Tan IIA可以上調(diào)野生型P53表達(dá),抑制SLC7A11在胃癌細(xì)胞中的表達(dá),降低細(xì)胞內(nèi)半胱氨酸和GSH水平,進(jìn)而誘導(dǎo)鐵死亡[24]。野生型P53的持續(xù)激活可導(dǎo)致ROS水平升高并增加細(xì)胞對(duì)鐵死亡的敏感性[25]。人參皂苷Rh4是人參的主要藥理活性成分,可通過(guò)激活ROS/P53信號(hào)通路誘導(dǎo)鐵死亡來(lái)抑制癌細(xì)胞增殖[26]。從中藥大麻葉澤蘭中提取的天然化合物澤蘭內(nèi)酯 (eupaformosanin,Eup)可降低突變型P53的表達(dá),通過(guò)脂質(zhì)過(guò)氧化積累、GSH耗竭和游離鐵增加誘導(dǎo)三陰性乳腺癌細(xì)胞中的鐵死亡發(fā)揮抗癌作用[27]。

1.3NRF2/HO-1 NRF2是細(xì)胞維持氧化穩(wěn)態(tài)所需的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子[28]。研究表明,NRF2可以通過(guò)調(diào)節(jié)SLC7A11和HO-1來(lái)調(diào)控鐵死亡[29]。HO-1上調(diào)促進(jìn)血紅素的降解和鐵蛋白的合成,改變細(xì)胞中鐵分布,通過(guò)促進(jìn)鐵積累和ROS產(chǎn)生來(lái)增加或誘導(dǎo)鐵死亡[30]。Tagitinin C是一種從腫柄菊中分離出來(lái)的倍半萜內(nèi)酯,可誘導(dǎo)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和氧化應(yīng)激,上調(diào)NRF2在細(xì)胞中的表達(dá),從而激活NRF2核易位,導(dǎo)致其下游基因HO-1的表達(dá)顯著增加,游離鐵增加,促進(jìn)脂質(zhì)過(guò)氧化[31]。胡桃酮是從山核桃綠皮中分離得到一種萘醌類(lèi)化合物,可通過(guò)激活HO-1介導(dǎo)子宮內(nèi)膜癌中血紅素的降解,增加游離鐵積累,從而誘導(dǎo)鐵死亡[32]。姜黃根莖的提取物姜黃素,是一種多酚化合物,不僅直接激活HO-1,而且還通過(guò)激活NRF2上調(diào)HO-1表達(dá),HO-1上調(diào)和GPX4下調(diào)直接觸發(fā)乳腺癌細(xì)胞ROS產(chǎn)生,誘發(fā)鐵[30]。

1.4FTH1 鐵死亡是一種鐵依賴(lài)性、非凋亡的細(xì)胞死亡方式,過(guò)量的鐵催化芬頓反應(yīng)產(chǎn)生高活性羥基自由基,增強(qiáng)脂質(zhì)過(guò)氧化,引發(fā)鐵死亡。鐵可以儲(chǔ)存在鐵蛋白或血紅素中,鐵蛋白是真核細(xì)胞主要的鐵儲(chǔ)存蛋白,包括鐵蛋白輕鏈(ferritin light chain,FTL)和FTH1兩個(gè)亞基[33]。FTH1下調(diào)可使細(xì)胞內(nèi)游離鐵增加,誘導(dǎo)鐵死亡。黃芩苷是從黃芩根部提取的黃酮類(lèi)生物活性物質(zhì),通過(guò)下調(diào)FTH1使細(xì)胞內(nèi)ROS和游離鐵積累,誘導(dǎo)膀胱癌細(xì)胞鐵死亡,體內(nèi)外FTH1的過(guò)表達(dá)均阻斷了黃芩苷的抗癌作用[34]。姜黃烯醇是從姜黃中分離出來(lái)的天然產(chǎn)物,通過(guò) LncRNA H19/miR-19b-3p/FTH1 軸誘導(dǎo)肺癌細(xì)胞鐵死亡[35]。穗花杉雙黃酮(amentoflavone,AF)以劑量依賴(lài)性方式增加自噬相關(guān)基因LC3B、beclin1、ATG5、ATG7的表達(dá),下調(diào)FTH1表達(dá),增加細(xì)胞內(nèi)游離鐵水平,促進(jìn)ROS產(chǎn)生,誘導(dǎo)鐵死亡[36]。

1.5其他 齊墩果酸(oleanolic acid,OA)是一種天然存在于植物中的五環(huán)三萜類(lèi)化合物,具有抗癌活性。它通過(guò)促進(jìn)?；o酶A合成酶長(zhǎng)鏈家族成員4(acyl-CoA synthetase long chain family member 4,ACSL4)介導(dǎo)的鐵死亡,抑制宮頸癌細(xì)胞的生長(zhǎng)和增殖[37]。油茶(camellia nitidissima chi,CNC)中主要含有黃酮類(lèi)、皂苷和多酚類(lèi)成分,后者通過(guò)抑制GPX4、FTH1表達(dá)和促進(jìn)HO-1、P53表達(dá),介導(dǎo)鐵死亡途徑發(fā)揮其抗結(jié)腸癌作用[38]。

姜黃素通過(guò)激活非小細(xì)胞肺癌自噬誘導(dǎo)鐵死亡,姜黃素處理后,細(xì)胞線粒體膜破裂和線粒體嵴減少,Beclin1和LC3水平升高,SLC7A11和GPX4水平降低,鐵超負(fù)荷、GSH消耗和脂質(zhì)過(guò)氧化[39]。6-姜辣素(6-gingerol )是一種天然存在于生姜中的苯酚,通過(guò)抑制 USP14-beclin1促進(jìn)自噬效應(yīng),增加自噬體數(shù)量、ROS和游離鐵濃度來(lái)抑制肺癌細(xì)胞生長(zhǎng)[40]。DHA通過(guò)調(diào)節(jié)AMPK/mTOR/p70S6k信號(hào)通路活性誘導(dǎo)自噬,加速鐵蛋白降解,增加游離鐵含量,促進(jìn)細(xì)胞ROS積累,最終導(dǎo)致急性髓細(xì)胞白血病細(xì)胞鐵死亡[41]。

淫羊藿素(erianin)可通過(guò)鈣/鈣調(diào)蛋白依賴(lài)性鐵死亡抑制肺癌細(xì)胞的生長(zhǎng)和遷移[42]。羽扇豆醇通過(guò)提高鼻咽癌細(xì)胞中AMPKα磷酸化,促進(jìn)鐵分泌和脂質(zhì)過(guò)氧化,誘導(dǎo)鐵死亡發(fā)揮抗癌作用[43]。絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)信號(hào)通路與鐵死亡的靶向治療有關(guān),青蒿琥酯通過(guò)激活MAPK/細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶(extracellular signal-regulated kinase,ERK)和MAPK/p38通路誘導(dǎo)膠質(zhì)母細(xì)胞瘤細(xì)胞鐵死亡[44]。毛枝卷柏中的雙黃酮類(lèi)化合物RF-A通過(guò)上調(diào)電壓依賴(lài)性陰離子通道2(voltage dependent anion channel 2,VDAC2)蛋白和下調(diào)Nedd4蛋白(VDAC2的泛素連接酶),顯著誘導(dǎo)人乳腺癌細(xì)胞鐵死亡[45]。紅景天苷通過(guò)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)鐵蛋白和運(yùn)鐵素水平,增加細(xì)胞內(nèi)Fe2+濃度和ROS產(chǎn)生,誘導(dǎo)鐵死亡[46]。雞血藤素(auriculasin )是從千斤拔中分離出的一種多酚類(lèi)黃酮,通過(guò)濃度依賴(lài)方式促進(jìn)ROS產(chǎn)生,引發(fā)結(jié)直腸癌(colorectal cancer,CRC)細(xì)胞鐵死亡[47]。

2 中藥與其他藥物聯(lián)合使用增強(qiáng)藥物療效

癌癥治療現(xiàn)在仍以藥物治療為主,獲得性耐藥性仍是臨床治療面臨的重大挑戰(zhàn)。聯(lián)合用藥可以增強(qiáng)藥效,降低副作用,并減少或減緩耐藥性發(fā)展。研究表明,一些中藥及其活性成分同時(shí)具有抗癌和化學(xué)增敏作用,可以顯著增強(qiáng)腫瘤細(xì)胞對(duì)化療藥物和靶向藥物的敏感性,改善治療效果并減少不良反應(yīng)[48]。

中藥及其天然產(chǎn)物可以通過(guò)誘導(dǎo)鐵死亡增強(qiáng)化療藥物在癌癥治療中的敏感性,提高化療療效。例如,穿心蓮內(nèi)酯通過(guò)激活鐵死亡途徑增強(qiáng)結(jié)直腸癌細(xì)胞對(duì)氟尿嘧啶(5-fluorouracil,5-FU)的化學(xué)敏感性[49]。白楊素通過(guò)調(diào)節(jié)自噬和鐵死亡增強(qiáng)胰腺癌細(xì)胞對(duì)吉西他濱的化學(xué)敏感性[50]。醉茄素A(withaferin A)通過(guò)調(diào)節(jié)Keap1/NRF2相關(guān)的EMT和鐵死亡,減弱索拉非尼耐藥性,增強(qiáng)肝細(xì)胞癌對(duì)索拉非尼的敏感性[51]。β-欖香烯與西妥昔單抗聯(lián)合作用后,可顯著誘導(dǎo)鐵死亡的發(fā)生,增加KRAS突變的CRC細(xì)胞對(duì)西妥昔單抗的敏感性[52]。Ent-kaurane二萜類(lèi)化合物通過(guò)抑制抗氧化系統(tǒng)增加細(xì)胞內(nèi)ROS水平,誘導(dǎo)細(xì)胞鐵死亡,增強(qiáng)肺癌細(xì)胞對(duì)順鉑的敏感性[53]。

中藥及其天然產(chǎn)物與化療藥物聯(lián)合使用,可以通過(guò)激活鐵死亡發(fā)揮協(xié)同治療效應(yīng),減少化療藥物的劑量。例如,DHA通過(guò)調(diào)節(jié)鐵代謝誘導(dǎo)胰腺導(dǎo)管腺癌的鐵死亡,與順鉑聯(lián)合治療可增強(qiáng)順鉑的細(xì)胞毒性,并顯著降低其在體內(nèi)外的有效濃度[54]。熊果酸和順鉑聯(lián)合治療通過(guò)協(xié)同激活自噬、鐵蛋白降解、游離鐵積累和脂質(zhì)過(guò)氧化誘導(dǎo)鐵死亡,增強(qiáng)對(duì)骨肉瘤的抑制作用[55]。銀杏黃酮通過(guò)降低SLC7A11和GPX4表達(dá)誘導(dǎo)鐵死亡,增加順鉑對(duì)非小細(xì)胞肺癌細(xì)胞的細(xì)胞毒作用[56]。熊果酸和索拉非尼聯(lián)合應(yīng)用可誘導(dǎo)SLC7A11依賴(lài)性鐵死亡,對(duì)抗腫瘤有協(xié)同作用[57]。DHA和索拉非尼的聯(lián)合應(yīng)用顯著降低了肝癌細(xì)胞HepG2中SLC7A11和HO-1蛋白的水平,對(duì)HepG2細(xì)胞具有協(xié)同抑制作用[58]。青蒿琥酯與索拉非尼聯(lián)合應(yīng)用,通過(guò)誘導(dǎo)鐵死亡降低索拉非尼使用劑量[59]。

3 結(jié)論與展望

中藥及其天然產(chǎn)物在治療疾病方面具有獨(dú)特的臨床優(yōu)勢(shì),包括靶點(diǎn)多、毒副作用少、療效強(qiáng)和經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)低,已廣泛用于各種疾病的治療,也用于癌癥的輔助治療。丹參、齊墩果酸、二氫青蒿素、姜黃素等中藥及其天然產(chǎn)物作為鐵死亡誘導(dǎo)劑,具有明顯的抗癌活性。它們通過(guò)靶向不同通路如SLC7A11/GPX4、P53、NRF2/HO-1、FTH1等,誘導(dǎo)鐵死亡,具有良好的治療潛力,為臨床癌癥治療提供有價(jià)值參考。穿心蓮內(nèi)酯、白楊素、DHA、熊果酸等具有抗癌活性的中藥活性成分也可能是一種有效的化學(xué)增敏劑,可以同時(shí)靶向多個(gè)機(jī)制干擾鐵死亡,增強(qiáng)化療藥物的藥效,克服耐藥性?？偟膩?lái)說(shuō),中藥及其天然產(chǎn)物可能成為鐵死亡治療的潛在候選藥物。許多天然產(chǎn)物在各種類(lèi)型的癌癥中顯示出與傳統(tǒng)化學(xué)療法或靶向藥物的協(xié)同反應(yīng),能更有效地降低全身毒性的風(fēng)險(xiǎn),提高治療效果并降低成本,為癌癥治療開(kāi)辟新途徑。盡管中藥和天然產(chǎn)物在鐵死亡治療癌癥方面的潛力已經(jīng)被證實(shí),但仍需要進(jìn)一步深入研究來(lái)確定其效果和安全性。