中醫(yī)藥誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞鐵死亡的研究進(jìn)展

鄧晰文，張康，趙靜靜，霍棟杰

(1.右江民族醫(yī)學(xué)院研究生學(xué)院，廣西百色 533000；2.右江民族醫(yī)學(xué)院附屬梧州醫(yī)院暨梧州市人民醫(yī)院腫瘤科，廣西梧州 543000)

隨著醫(yī)學(xué)技術(shù)的創(chuàng)新和發(fā)展，當(dāng)前臨床上針對(duì)腫瘤多采取手術(shù)、化療、放療、靶向治療、生物免疫治療和中醫(yī)藥治療等多種方式聯(lián)合的綜合治療模式。鐵死亡是一種新型的鐵依賴性脂質(zhì)過氧化物蓄積誘導(dǎo)的調(diào)節(jié)性細(xì)胞死亡形式，其在形態(tài)學(xué)、遺傳學(xué)和分子生物學(xué)等方面都不同于其他細(xì)胞程序性死亡方式，如凋亡、自噬和壞死等。鐵死亡與腫瘤的關(guān)系極為密切。中醫(yī)藥在腫瘤的防治過程中具有多靶點(diǎn)、多通路的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，在誘導(dǎo)鐵死亡中有一定的療效及價(jià)值，本文總結(jié)了鐵死亡的定義、參與鐵死亡調(diào)控的重要因子以及鐵死亡與腫瘤的關(guān)系，為中醫(yī)藥用于腫瘤鐵死亡靶點(diǎn)治療提供了理論依據(jù)與研究思路。

1 鐵死亡的定義

細(xì)胞死亡是生命現(xiàn)象不可逆轉(zhuǎn)地停止和生命的結(jié)束，迄今人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)許多程序性細(xì)胞死亡方式，如凋亡、壞死、自噬及焦亡等，而細(xì)胞死亡是正常發(fā)育、維持體內(nèi)平衡、預(yù)防癌癥及其他過度增殖性疾病的關(guān)鍵。DIXON等[1]在2012年發(fā)現(xiàn)非凋亡方式的細(xì)胞死亡可能有助于某些腫瘤細(xì)胞被選擇性消除或在特定的病理狀態(tài)下被激活，erastin作為致癌RAS選擇性致死小分子，觸發(fā)了一種鐵依賴性脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物和活性氧累積所致的細(xì)胞調(diào)節(jié)性死亡方式，即鐵死亡。鐵死亡依賴細(xì)胞內(nèi)的鐵，但不依賴其他金屬，且在細(xì)胞形態(tài)、生化及遺傳方面與細(xì)胞凋亡、壞死和自噬等死亡形式不同。

2 GPX4在調(diào)控鐵死亡中的作用

目前公認(rèn)且報(bào)道最多的調(diào)控鐵死亡敏感相關(guān)基因包括：GPX4、RSL3、P53、FSP1、SLC7A11、GLS2等，其中，GPX4(glutathione peroxidase 4)作為一種抗氧化酶，同時(shí)是人類基因組17中含有硒代半胱氨酸的25種蛋白質(zhì)之一，GPX4蛋白也是人體重要脂質(zhì)修復(fù)酶之一，對(duì)脂質(zhì)信使分子的產(chǎn)生發(fā)揮重要作用，通過把脂質(zhì)過氧化物(lipid peroxides)轉(zhuǎn)變成無毒脂質(zhì)來抵抗鐵和氧依賴性脂質(zhì)過氧化[2]。正常情況下，脂肪酸氫過氧化物可以通過GPX4介導(dǎo)轉(zhuǎn)化成脂肪酸醇。當(dāng)GPX4失活時(shí)，累積的脂肪酸氫過氧化物將在鐵介導(dǎo)的芬頓反應(yīng)中催化為脂質(zhì)過氧自由基，直接驅(qū)動(dòng)因System XC-抑制而介導(dǎo)的鐵死亡[3]。研究發(fā)現(xiàn)：在鐵死亡過程中，GPX4是誘發(fā)鐵死亡的核心調(diào)節(jié)劑，鐵依賴性脂質(zhì)過氧化反應(yīng)起著關(guān)鍵的作用[4]，研究證明敲除GPX4基因會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞發(fā)生鐵死亡。鐵死亡過程伴有活性氧(reactive oxygen species，ROS)累積和脂質(zhì)過氧化水平升高，在抗氧化作用下GPX4可減少細(xì)胞內(nèi)ROS的蓄積，使細(xì)胞對(duì)鐵死亡敏感性降低，GPX4的活性影響鐵死亡的發(fā)生，GPX4在調(diào)控鐵死亡中起很重要的作用[5-6]。

3 鐵死亡與腫瘤治療的關(guān)系

鐵死亡與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展相關(guān)，觸發(fā)鐵死亡途徑能抑制癌細(xì)胞的增殖。鐵死亡對(duì)于殺死和抑制癌細(xì)胞生長(zhǎng)起著至關(guān)重要的作用。WU等[7]發(fā)現(xiàn)索拉非尼抑制System XC-，從而引發(fā)鐵死亡，阻止腫瘤內(nèi)新生血管的生成，抑制肝癌細(xì)胞的增殖，降低肝癌的術(shù)后復(fù)發(fā)率，提高晚期肝癌患者的生存率。維生素C作用于結(jié)直腸癌細(xì)胞，可以通過促進(jìn)ROS的產(chǎn)生和干擾細(xì)胞的鐵代謝來誘導(dǎo)癌細(xì)胞鐵死亡，與西妥昔單抗聯(lián)用發(fā)揮協(xié)同抗腫瘤作用[8]。YANG等[9]在研究腎癌細(xì)胞時(shí)發(fā)現(xiàn)GSH-GPX4在腫瘤細(xì)胞鐵死亡中起到主要的調(diào)節(jié)作用，并發(fā)現(xiàn)erastin以消耗谷胱甘肽(glutathione,GSH)的方式滅活GSH-GPX4，促使腎癌細(xì)胞鐵死亡，而RSL3則是直接抑制GSH-GPX4致腎癌細(xì)胞鐵死亡。以上研究表明鐵死亡對(duì)抑制腫瘤發(fā)揮至關(guān)重要的作用，因此誘導(dǎo)鐵死亡具有抗癌潛力。一些化療藥物，如順鉑、阿糖胞苷/ara-C、阿霉素、替莫唑胺等，與鐵死亡誘導(dǎo)劑erastin聯(lián)合應(yīng)用時(shí)，其抗腫瘤活性具有顯著的協(xié)同作用，預(yù)后明顯優(yōu)于單純的傳統(tǒng)化療[10]。GUO等[11]發(fā)現(xiàn)，鐵死亡誘導(dǎo)劑erastin通過抑制System XC-的功能，導(dǎo)致GSH耗竭和GPX4失活，引發(fā)鐵死亡，聯(lián)合順鉑可產(chǎn)生顯著的協(xié)同抗腫瘤效應(yīng)，抑制肺癌細(xì)胞的增殖。同時(shí)鐵死亡還具有逆轉(zhuǎn)化療耐藥、協(xié)同免疫療法等優(yōu)勢(shì)，例如小分子化合物誘發(fā)的鐵死亡對(duì)腫瘤生長(zhǎng)具有強(qiáng)烈的抑制作用，提高化療藥物的敏感性。維生素C在結(jié)直腸癌的治療中，可延緩癌細(xì)胞對(duì)西妥昔單抗獲得性耐藥的出現(xiàn)[8]。在免疫治療中被激活的CD8+T細(xì)胞通過釋放IFNγ、下調(diào)SLC7A11和SLC3A2的表達(dá)，抑制System XC-的活性，誘發(fā)腫瘤細(xì)胞鐵死亡，而鐵死亡又能協(xié)同增強(qiáng)T細(xì)胞介導(dǎo)的抗腫瘤作用[12]。細(xì)胞鐵死亡后可釋放炎性因子，募集免疫細(xì)胞，其免疫原性進(jìn)一步增強(qiáng)免疫系統(tǒng)的活躍度。靶向腫瘤鐵死亡相關(guān)的代謝可能會(huì)提高癌癥免疫治療的療效。

4 中醫(yī)藥具有誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞鐵死亡的作用

癌癥已被世界衛(wèi)生組織列為全球第2大死亡原因，癌癥的發(fā)病例數(shù)和死亡例數(shù)呈逐年上升趨勢(shì)[13]。近年來的深入研究顯示多種來源的中醫(yī)藥具有廣泛的抗腫瘤活性，因增效減毒、耐藥性好、延長(zhǎng)生存時(shí)間、提高生活質(zhì)量等優(yōu)勢(shì)成為其抗腫瘤的獨(dú)特之處。對(duì)于中醫(yī)藥及其活性成分誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞鐵死亡的研究正如火如荼開展中，也取得了空前的進(jìn)展。中醫(yī)藥及其活性成分主要通過GSH/GPX4、調(diào)節(jié)鐵相關(guān)蛋白、脂質(zhì)代謝調(diào)控機(jī)制、調(diào)節(jié)特定的信號(hào)通路等途徑起到有效抑制腫瘤細(xì)胞的增殖，誘發(fā)鐵死亡的作用。在中醫(yī)藥里很多藥物通過誘導(dǎo)鐵死亡而達(dá)到抑制或殺死腫瘤細(xì)胞的目的，以下對(duì)不同的中醫(yī)藥誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞鐵死亡的作用進(jìn)行闡述。

4.1 中醫(yī)藥誘導(dǎo)消化系統(tǒng)腫瘤鐵死亡的作用張學(xué)松等[14]研究證明蓽茇酰胺作用于胃癌細(xì)胞HGC-27,使活性氧(ROS)、丙二醛(MDA)的表達(dá)水平顯著上調(diào),GPX4、System XC-的表達(dá)下調(diào),與進(jìn)一步促進(jìn)鐵死亡有關(guān)，這是蓽茇酰胺抗腫瘤的作用機(jī)理之一。GAO等[15]研究發(fā)現(xiàn)中華獼猴桃(actinidiachinensisplanch,ACP)作用于胃癌細(xì)胞HGC-27主要是通過抑制GPX4和SLC7A11、增加ROS的蓄積，誘發(fā)鐵死亡。ZHANG等[16]研究發(fā)現(xiàn)冬凌草甲素(Oridonin，Ori)作用于食管癌TE1細(xì)胞，通過抑制γ-谷氨酰轉(zhuǎn)肽酶1(gamma-glutamyl transpeptidase 1，GGT1)的活性，或與半胱氨酸共價(jià)結(jié)合形成Ori-Cys復(fù)合物，阻礙GGT1與半胱氨酸結(jié)合形成GSH，抑制γ-谷氨酰循環(huán)，顯著降低GPX4酶活性，引發(fā)鐵死亡。β-欖香烯(β-elemene)是從中藥姜黃中提取的活性化合物，另有研究證實(shí)β-欖香烯與西妥昔單抗聯(lián)用可誘導(dǎo)KRAS突變的結(jié)直腸細(xì)胞鐵死亡，并通過調(diào)節(jié)上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化 (epithelial-mesenchymal transition，EMT)抑制腫瘤轉(zhuǎn)移，其作用機(jī)制主要有誘導(dǎo)ROS積累、GSH消耗、脂質(zhì)過氧化、上調(diào)血紅素加氧酶 1(hemeoxygenase1，HO-1)和轉(zhuǎn)鐵蛋白(transferrin,TF)，下調(diào)如GPX4、SLC7A11、谷氨酰胺酶(glutaminase)和 SLC40A1等鐵死亡的負(fù)調(diào)控因子[17]。費(fèi)偉東等[18]的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，雙氫青蒿素在肝癌細(xì)胞HepG2內(nèi)通過發(fā)生芬頓樣反應(yīng)使癌細(xì)胞內(nèi)的ROS增加, 并降低GSH和GPX4的表達(dá)而促使癌細(xì)胞鐵死亡，外源性鐵可加速雙氫青蒿素的芬頓樣反應(yīng)，進(jìn)而加快癌細(xì)胞裂解。LI等[19]研究發(fā)現(xiàn)半枝蓮(scutellariabarbata,S.barbata)作用于肝細(xì)胞癌顯著降低了脂質(zhì)ROS代謝相關(guān)基因GPX4和SLC7A11中抗鐵死亡的mRNA和蛋白質(zhì)表達(dá)水平，且顯著增加了鐵過氧化相關(guān)基因IREB2和CoA代謝相關(guān)基因ACSL4的mRNA表達(dá)水平，S.barbata通過促進(jìn)鐵過氧化和脂質(zhì)ROS代謝誘導(dǎo)肝細(xì)胞癌細(xì)胞的鐵死亡。

4.2 中醫(yī)藥誘導(dǎo)呼吸系統(tǒng)腫瘤鐵死亡的作用隱丹參酮(cryptotanshinone，CTS)是中藥丹參的有效成分，可改變鐵死亡相關(guān)基因的表達(dá)，如引起肺癌細(xì)胞A549的HSPB1和GPX4的mRNA表達(dá)上調(diào)，使順鉑耐藥A549/DDP細(xì)胞TFR1和IREB2的mRNA表達(dá)增高等，抑制肺癌細(xì)胞A549的增殖[20]?；倍l(fā)酵后熱水提取物槐耳清膏能夠抑制人非小細(xì)胞肺癌NCI-H1299細(xì)胞增殖和遷移能力，增加NCI-H1299細(xì)胞內(nèi)ROS的含量從而誘導(dǎo)細(xì)胞鐵死亡[21]。WU等[22]研究發(fā)現(xiàn)從丹參中提取的化合物二氫異丹參酮I(dihydroisotanshinone,DT)通過抑制GPX4的表達(dá)，降低GSH含量和GPX活性，引起MDA、ROS水平增高，觸發(fā)肺癌A549細(xì)胞和H460細(xì)胞鐵死亡。CHEN等[23]首次證明毛蕊花素通過下調(diào)GSH、GPX4、離子轉(zhuǎn)運(yùn)調(diào)節(jié)類似蛋白(CHAC2)、SLC7A11和谷氨酰胺酶水平，上調(diào)ROS、MDA、HO-1和轉(zhuǎn)鐵蛋白水平，激活鈣調(diào)蛋白，引起Ca2+和Fe2+濃度升高，在肺癌細(xì)胞中誘導(dǎo)鐵死亡和抑制遷移來發(fā)揮其抗癌活性。生姜中6-姜酚作用于肺癌A549細(xì)胞，通過下調(diào)GPX4、泛素特異性蛋白酶14(USP14)、FTH1和ATF4的表達(dá)，上調(diào)ROS和鐵離子濃度，增強(qiáng)自噬依賴性鐵死亡，6-姜酚可能是一種有效治療肺癌的天然藥物[24]。

4.3 中醫(yī)藥誘導(dǎo)生殖系統(tǒng)腫瘤鐵死亡的作用GREENSHIELDS等[25]研究發(fā)現(xiàn)青蒿琥酯(ART)處理過的卵巢癌細(xì)胞中ROS水平增高，導(dǎo)致卵巢癌細(xì)胞鐵死亡，ROS依賴性細(xì)胞周期停滯發(fā)生在G2/M期，而ROS非依賴性細(xì)胞周期停滯發(fā)生在G1期，取決于卵巢癌細(xì)胞暴露于其中的ART濃度，卵巢癌細(xì)胞暴露于更高濃度的ART會(huì)導(dǎo)致ROS依賴性DNA損傷和細(xì)胞死亡。熊果酸作用于卵巢癌細(xì)胞OVCAR3，通過上調(diào)COX-2、FTH1表達(dá)，且增強(qiáng)JNK/p53信號(hào)表達(dá)降低GSH水平、超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)活性，增加MDA濃度，下調(diào)SLC7A11、GPX4表達(dá)，誘導(dǎo)OVCAR-3細(xì)胞鐵死亡[26]。齊墩果酸通過促進(jìn)鐵和ROS、MDA的積累，上調(diào)ACSL4的表達(dá)，降低GSH的含量及GPX4的表達(dá)，促進(jìn)宮頸癌Hela細(xì)胞鐵死亡[27]。

4.4 其他WANG等[28]研究發(fā)現(xiàn)土槿皮乙酸(pseudolaric acid B，PAB)可通過上調(diào)轉(zhuǎn)鐵蛋白受體來改善細(xì)胞內(nèi)鐵，增加鐵離子的濃度，進(jìn)而啟動(dòng)NOX4介導(dǎo)的脂質(zhì)過氧化；也可通過上調(diào)P53介導(dǎo)的System XC-途徑消耗細(xì)胞內(nèi)GSH，加劇了脂質(zhì)過氧化物的積累，引發(fā)膠質(zhì)瘤細(xì)胞的鐵死亡。HUANG等[29]研究證實(shí)葫蘆素B可引起人鼻咽癌細(xì)胞內(nèi)鐵離子積累和GSH消耗，導(dǎo)致脂質(zhì)過氧化和GPX4表達(dá)下調(diào)，引發(fā)鐵死亡。甘草次酸通過上調(diào)NADPH和iNOS，降低GSH水平和GPX活性，促進(jìn)ROS和RNS的產(chǎn)生，加劇脂質(zhì)過氧化，致三陰性乳腺癌細(xì)胞鐵死亡[30]。新近一項(xiàng)研究[31]結(jié)果表明，枸杞多糖(lyciumbarbarumpolysaccharide,LBP)在乳腺癌細(xì)胞(MCF-7和MDA-MB-231)中通過誘導(dǎo)脂質(zhì)過氧化、釋放過多的游離鐵、下調(diào)System XC-和GPX4，有效抑制乳腺癌細(xì)胞的增殖并促進(jìn)鐵死亡。藤黃酸通過降低GSH、SOD、MDA 水平，上調(diào)PTGS2的表達(dá)，下調(diào) SLC7A11、GPX4、FTH1的表達(dá)，誘導(dǎo)黑色素瘤細(xì)胞發(fā)生上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化的鐵死亡[32]。

葛根素是從中草藥葛根中提取出來的異黃酮類化合物，具有抗腫瘤作用，能明顯抑制結(jié)腸癌、肺癌、乳腺癌、宮頸癌等惡性腫瘤的生長(zhǎng)并促使其凋亡[33]。相關(guān)研究表明葛根素主要通過阻滯細(xì)胞周期、誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡、干預(yù)線粒體調(diào)控、損傷細(xì)胞線粒體及影響與腫瘤凋亡相關(guān)的信號(hào)通路等途徑發(fā)揮抑制癌細(xì)胞增殖和分化能力的抗腫瘤作用。葛根素是一種高效低毒的抗癌藥物，對(duì)多種腫瘤細(xì)胞具有抑制作用。以往對(duì)于葛根素抗腫瘤機(jī)制的研究多集中在細(xì)胞凋亡上，對(duì)鐵死亡誘導(dǎo)作用的研究相對(duì)較少。

5 小結(jié)

作為一種獨(dú)特的細(xì)胞死亡方式，鐵死亡仍然是科學(xué)研究的熱點(diǎn)，靶向腫瘤細(xì)胞死亡是惡性腫瘤的常用治療方式。然而，目前誘導(dǎo)鐵死亡的化合物僅在某些腫瘤中有效，不同的惡性腫瘤對(duì)鐵死亡的敏感性似乎不同。深入探究不同來源的腫瘤對(duì)鐵死亡的敏感性，將對(duì)靶向腫瘤鐵死亡的臨床應(yīng)用具有指導(dǎo)意義。已發(fā)現(xiàn)的鐵死亡關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子GPX4為腫瘤的治療和抗癌藥物的研發(fā)提供了一個(gè)重要的治療靶點(diǎn)。臨床常見的抗腫瘤藥物存在選擇性差、有效率較低、毒副作用大和易耐藥等缺點(diǎn)，嚴(yán)重限制了藥物的療效。中醫(yī)藥具有多途徑、多靶點(diǎn)的抗癌特性，深入挖掘中藥及其特定成分對(duì)腫瘤鐵死亡的作用，發(fā)揮中醫(yī)藥的抗腫瘤作用，可能會(huì)為基于鐵死亡的癌癥治療帶來新策略。