鐵死亡調(diào)控機(jī)制及其在卵巢癌中的研究進(jìn)展

李坪芬，王渠源

卵巢癌是一種致死率較高的生殖系統(tǒng)惡性腫瘤，據(jù)2018年美國(guó)癌癥發(fā)病及死亡結(jié)果統(tǒng)計(jì)，其死亡率在北美女性癌癥死亡排名占據(jù)首位[1-2]。卵巢癌在組織學(xué)和分子學(xué)方面包括許多亞型，其中上皮性卵巢癌約占85%～90%[3]，最為常見(jiàn)的是高級(jí)別漿液性卵巢癌（high grade serous ovarian cancer，HGSOC），約占卵巢惡性腫瘤的50%。盡管近幾年卵巢癌在防治方面已經(jīng)取得很大進(jìn)步[4-5]，但是由于其發(fā)病早期缺乏典型臨床癥狀，確診時(shí)75%的患者分期已達(dá)Ⅲ～Ⅳ期[6]，5年生存率約為 25%～30%[7]，早期治療后70%～80%的患者復(fù)發(fā)，晚期階段大多發(fā)展成為復(fù)發(fā)性及多重耐藥性終末期疾病[8]。

卵巢癌的發(fā)生和發(fā)展是一個(gè)多系統(tǒng)參與、多步驟的細(xì)胞生化過(guò)程，受到多種細(xì)胞因子和信號(hào)通路的調(diào)控。近年來(lái)，大量基礎(chǔ)及臨床研究普遍發(fā)現(xiàn)腫瘤細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)活性氧簇的表達(dá)水平高于正常細(xì)胞[9-11]，因此與脂質(zhì)活性氧簇相關(guān)的鐵死亡（ferroptosis）受到臨床的重視，并被看作是卵巢癌的潛在治療靶點(diǎn)?，F(xiàn)對(duì)近年來(lái)相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道的鐵死亡在卵巢癌中的作用及其研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，為臨床治療拓展更多思路。

1 正常組織的鐵代謝

鐵（Fe）是人體所必需的元素，參與人體內(nèi)多種重要物質(zhì)的合成代謝，尤其是在DNA合成過(guò)程中，鐵元素參與構(gòu)成了RNA、DNA復(fù)制依賴的4種DNA聚合酶和染色體穩(wěn)定性相關(guān)的修復(fù)酶的活性中心。正常組織中鐵的轉(zhuǎn)運(yùn)依靠轉(zhuǎn)鐵蛋白（transferrin，TF）和細(xì)胞膜表面的轉(zhuǎn)鐵蛋白受體1（transferrin receptor 1，TFR1）。1分子TF與2分子Fe3+結(jié)合，通過(guò)TFR1形成復(fù)合物，當(dāng)細(xì)胞啟動(dòng)內(nèi)吞作用時(shí)，復(fù)合物釋放Fe3+，胞內(nèi)的Fe3+在還原酶的作用下還原為Fe2+，經(jīng)二價(jià)金屬離子轉(zhuǎn)運(yùn)體 1（divalent metal transporter 1，DMT1）儲(chǔ)存至鐵池中，用于鐵硫簇等各種生命代謝產(chǎn)物的合成，多余的Fe2+則由膜鐵轉(zhuǎn)運(yùn)輸出蛋白（ferroportin，F(xiàn)PN）氧化為Fe3+出胞，參與體內(nèi)鐵再循環(huán)。

體內(nèi)鐵的穩(wěn)態(tài)平衡還依靠鐵調(diào)素的負(fù)性調(diào)節(jié)，血液及組織內(nèi)鐵含量升高時(shí)，鐵調(diào)素水平升高與FPN結(jié)合，介導(dǎo)TF溶酶體降解，降低鐵儲(chǔ)備量，維持機(jī)體鐵穩(wěn)態(tài)。

2 鐵死亡概述

2012年Dixon等[12]在研究erastin殺死RAS突變的腫瘤細(xì)胞的作用機(jī)制時(shí)首次提出鐵死亡的概念，并指出鐵死亡是一種以脂質(zhì)過(guò)氧化產(chǎn)物和致死活性氧簇的積累為特點(diǎn)的一種非典型調(diào)節(jié)性細(xì)胞死亡方式，是一種鐵離子依賴性的非凋亡性細(xì)胞壞死。目前研究表明，鐵死亡涉及的調(diào)控系統(tǒng)主要是胱氨酸-谷氨酸反向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白系統(tǒng)（XC-系統(tǒng)）和脂修復(fù)酶谷胱甘肽過(guò)氧化物酶4（GPX4）[13]。

正常情況下細(xì)胞外的胱氨酸處于還原狀態(tài)，可通過(guò)XC-系統(tǒng)直接轉(zhuǎn)運(yùn)入細(xì)胞內(nèi)，在胞內(nèi)經(jīng)過(guò)一系列還原反應(yīng)，催化生成谷胱甘肽（GSH，細(xì)胞內(nèi)主要的抗氧化劑），GPX4以GSH作為電子供體將有毒的脂質(zhì)過(guò)氧化物還原成無(wú)毒的脂肪醇，阻止鐵依賴性的脂質(zhì)過(guò)氧化物轉(zhuǎn)換成活性較高的脂質(zhì)自由基，從而阻止脂質(zhì)自由基的堆積。選擇性抑制XC-系統(tǒng)時(shí)，胱氨酸的吸收減少，機(jī)體內(nèi)GSH的合成也將隨之減少，導(dǎo)致脂質(zhì)過(guò)氧化物堆積；GPX4失活時(shí)，積聚的脂質(zhì)過(guò)氧化物在鐵存在的條件下（主要發(fā)揮催化作用），可轉(zhuǎn)化成有毒的脂質(zhì)自由基，導(dǎo)致細(xì)胞膜脂的多聚不飽和脂肪酸破裂，誘導(dǎo)鐵死亡發(fā)生[14]。

3 鐵死亡與腫瘤

鐵死亡作為近年來(lái)發(fā)現(xiàn)的一種新型細(xì)胞死亡方式，在多種腫瘤疾病如乳腺癌、肝癌、胃癌、直腸癌、前列腺癌、膠質(zhì)細(xì)胞瘤和胰腺癌等中都有相關(guān)報(bào)道[15]。研究表明，鐵代謝機(jī)制的改變尤其是鐵攝入與泵出方面的改變，在一定程度上誘導(dǎo)了癌癥的發(fā)生及腫瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)移[16]。多項(xiàng)研究表明，肝癌、乳腺癌、前列腺癌等多種腫瘤細(xì)胞表面TFR1數(shù)目增多，F(xiàn)PN水平降低且存在高水平的鐵調(diào)素，在促進(jìn)胞外鐵攝入的同時(shí)，減少了細(xì)胞內(nèi)鐵的外排[17-19]。此外基底膜完整的腫瘤組織在增殖過(guò)程中處于缺血缺氧狀態(tài)，長(zhǎng)期的缺氧狀態(tài)可以誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞表達(dá)一系列缺氧誘導(dǎo)因子（hypoxia inducible factor，HIF）[20]，HIF 的活化可激活轉(zhuǎn)錄血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子A及鋅指蛋白等多個(gè)與腫瘤發(fā)生相關(guān)的基因，也可誘導(dǎo)鐵紅素降解促進(jìn)鐵的攝入[21]?？偠灾?，腫瘤細(xì)胞可通過(guò)調(diào)控鐵代謝途徑實(shí)現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)鐵含量增高，從而使得癌組織對(duì)鐵死亡的方式更加敏感。

4 鐵死亡與卵巢癌

Lattuada等[22]研究認(rèn)為持續(xù)的鐵刺激是卵巢癌發(fā)生、發(fā)展的高危因素之一。Yamada等[23]用鐵離子處理正常卵巢細(xì)胞系OSE/E7/人端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶（hTERT）基因后，基因組顯示出了卵巢透明細(xì)胞癌的特征，正常卵巢上皮細(xì)胞也逐漸向癌細(xì)胞轉(zhuǎn)化。盡管卵巢癌的起源仍然存在爭(zhēng)議，越來(lái)越多的研究者認(rèn)為卵巢腫瘤的前體細(xì)胞來(lái)源于輸卵管傘部干細(xì)胞[24]。Basuli等[25]在卵巢癌原始細(xì)胞遺傳模型中發(fā)現(xiàn)，與正常輸卵管傘部細(xì)胞相比，卵巢惡性腫瘤對(duì)TFR1的表達(dá)呈明顯上調(diào)，而FPN的含量則明顯降低。此外在HGSOC癌組織發(fā)現(xiàn)，與正常卵巢組織相比，其表現(xiàn)出相似的TFR1表達(dá)增加及FPN含量減少的趨勢(shì)，進(jìn)一步證明了卵巢腫瘤早期階段出現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)鐵含量的升高。

4.1 p53基因與鐵死亡 在卵巢癌發(fā)生、發(fā)展的過(guò)程中，涉及多種基因及信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的改變。其中最為常見(jiàn)的就是細(xì)胞內(nèi)活性氧簇增多損傷相關(guān)DNA，誘導(dǎo)p53基因突變?？臻g構(gòu)型突變的p53基因一定程度上誘導(dǎo)卵巢癌的發(fā)生和發(fā)展[26]。最近研究表明p53基因靶蛋白谷氨酰胺酶2（GLS2）的溶解過(guò)程與鐵死亡相關(guān)[27]。Jennis等[28]在小鼠模型中發(fā)現(xiàn)，p53基因突變后GLS2表達(dá)失調(diào)，對(duì)鐵死亡的敏感性降低。相關(guān)研究表明，erastin介導(dǎo)的鐵死亡通路需要p53基因，主要是由于p53基因可結(jié)合并負(fù)向調(diào)控胱氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)體SLC7A11（XC-系統(tǒng)的一種亞單位）轉(zhuǎn)錄[29]，增強(qiáng)細(xì)胞中精脒/精胺 N1-乙酰轉(zhuǎn)移酶 1（spermidine/spermine N1-acetyltransfer 1，SSAT1）（一種p53靶基因）和GLS2的表達(dá)，導(dǎo)致GSH表達(dá)降低、活性氧簇積累[30]，從而引起脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)導(dǎo)致鐵死亡。即突變的p53基因在某種程度上抑制了鐵死亡的發(fā)生，加劇了卵巢癌細(xì)胞的生長(zhǎng)和繁殖。也有研究認(rèn)為，p53基因在上調(diào)SSAT1表達(dá)時(shí)，可間接引起花生四烯酸15脂氧合酶（15-lipoxygenase，ALOX15）含量的升高，加劇過(guò)氧化過(guò)程，促進(jìn)鐵死亡的發(fā)生、發(fā)展[31]。還有部分學(xué)者認(rèn)為，女性回流經(jīng)血中的Fe3+可激活p53基因的異常表達(dá)，誘導(dǎo)輸卵管傘端細(xì)胞的異常增殖，從而促進(jìn)卵巢癌的發(fā)生、發(fā)展[22]。

4.2 白細(xì)胞介素6（IL-6）與鐵死亡 癌組織種植于腹膜及其他腹腔器官的過(guò)程往往依賴于腫瘤細(xì)胞的侵襲性。相關(guān)研究報(bào)道，卵巢腫瘤中IL-6可通過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄激活因子3（STAT3）信號(hào)通路促進(jìn)癌細(xì)胞生長(zhǎng)、增殖及血管生成，并上調(diào)基質(zhì)金屬蛋白酶（MMPs）的表達(dá)誘導(dǎo)腫瘤侵襲，導(dǎo)致患者預(yù)后不良[32-33]。Basuli等[25]在使用鐵螯合劑去鐵胺（DFO）處理癌細(xì)胞時(shí)發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞內(nèi)鐵離子含量降低的同時(shí)，也降低了IL-6 mRNA的表達(dá)。以上證據(jù)表明，盡管鐵元素在IL-6促進(jìn)癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移方面的具體機(jī)制尚未明確，但是鐵的積累至少在一定程度上通過(guò)誘導(dǎo)IL-6表達(dá)促進(jìn)卵巢癌侵襲與轉(zhuǎn)移。

4.3 微小RNA（miRNAs）與鐵死亡 MiRNAs是一類小的單鏈非編碼RNA，可通過(guò)與mRNA結(jié)合，負(fù)向調(diào)控靶基因表達(dá)。相關(guān)研究報(bào)道，miR-137可通過(guò)直接靶向谷氨酰胺轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白SLC1A5負(fù)性調(diào)節(jié)鐵死亡過(guò)程[34]。學(xué)者發(fā)現(xiàn)miR-137過(guò)表達(dá)時(shí)可抑制SLC1A5的產(chǎn)生，導(dǎo)致谷氨酰胺攝取減少和丙二醛（MDA）積累；采用相關(guān)拮抗劑誘導(dǎo)內(nèi)源性miR-137失活時(shí)，腫瘤細(xì)胞表現(xiàn)出了對(duì)erastin誘導(dǎo)的鐵死亡的敏感性上調(diào)。由于SLC1A5介導(dǎo)的谷氨酰胺轉(zhuǎn)運(yùn)在腫瘤細(xì)胞代謝、增殖和鐵死亡中起關(guān)鍵作用，通過(guò)抑制SLC1A5靶向谷氨酰胺轉(zhuǎn)運(yùn)被作為實(shí)體腫瘤治療的潛在途徑。同時(shí)Sangokoya等[35]通過(guò)添加外源性鐵及DFO，發(fā)現(xiàn)miR-485-3P和miR-194靶向調(diào)節(jié)FPN的表達(dá)。卵巢癌細(xì)胞可通過(guò)大量誘導(dǎo)miR-485-3P的表達(dá)，降低胞內(nèi)FPN，實(shí)現(xiàn)癌細(xì)胞內(nèi)鐵含量的蓄積，維持細(xì)胞的無(wú)限增殖。表明miRNAs在鐵死亡中發(fā)揮了新的和不可缺少的作用。

4.4 青蒿素與鐵死亡 青蒿素是一線抗瘧疾藥物，其和其衍生物還具有一定的抗腫瘤活性，可通過(guò)抑制MMPs系統(tǒng)和血管生長(zhǎng)因子抑制腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)繁殖[36]。最近研究報(bào)道青蒿素及其衍生物作為一種新型的鐵死亡誘導(dǎo)劑[37-38]，可通過(guò)鐵死亡途徑導(dǎo)致卵巢癌細(xì)胞死亡。青蒿琥酯是青蒿素衍生物，用其處理卵巢惡性腫瘤的小鼠模型時(shí)顯示，小鼠卵巢癌細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)活性氧簇增多，脂質(zhì)活性氧簇依賴性的DNA損傷和細(xì)胞死亡。然而預(yù)先使用鐵死亡抑制劑ferrostatin-1處理卵巢癌細(xì)胞，再應(yīng)用青蒿琥酯時(shí)發(fā)現(xiàn)其誘發(fā)的一系列細(xì)胞死亡效應(yīng)明顯降低[39]。此外，Yang等[40]發(fā)現(xiàn)青蒿琥酯可通過(guò)激活溶酶體促進(jìn)鐵蛋白的降解，從而使鐵離子含量增加，產(chǎn)生一定的細(xì)胞毒作用。這些證據(jù)均表明盡管具體作用機(jī)制尚未明確，青蒿琥酯對(duì)卵巢癌細(xì)胞有一定程度的抗增殖及細(xì)胞毒作用，進(jìn)一步提示青蒿素及其衍生物可能作為一種鐵死亡誘導(dǎo)劑為卵巢癌的治療開(kāi)辟新思路。

5 結(jié)語(yǔ)與展望

鐵死亡作為一種新發(fā)現(xiàn)的非程序性細(xì)胞死亡方式，與多種生理病理過(guò)程密切相關(guān)。目前鐵死亡在腫瘤方面的研究主要集中于XC-系統(tǒng)和GPX4，尚處于初期階段，是否存在其他相關(guān)的鐵死亡及脂質(zhì)活性氧簇代謝途徑仍需要進(jìn)一步研究探討。但是鐵死亡概念的提出以及腫瘤組織的鐵依賴性將成為腫瘤的潛在治療靶點(diǎn)是確切的。鐵螯合劑的使用以及作用于TFR等細(xì)胞毒性藥物可以通過(guò)剝奪癌細(xì)胞中的鐵或改變癌細(xì)胞中鐵離子攝入、轉(zhuǎn)出等代謝方式，在一定程度上抑制癌細(xì)胞的生長(zhǎng)，提高其對(duì)化療藥物的敏感性。隨著臨床上對(duì)鐵死亡信號(hào)途徑及誘導(dǎo)機(jī)制的進(jìn)一步研究，金屬抗腫瘤藥物可能會(huì)代替鉑類化療藥物成為新一代的抗癌藥物，改善卵巢癌患者預(yù)后。