鐵死亡與乳腺癌治療相關(guān)性的研究進(jìn)展

綜述 審校

近年來，研究發(fā)現(xiàn)鐵死亡（ferroptosis）是一種不同于細(xì)胞凋亡、焦亡和壞死的程序性細(xì)胞死亡，以鐵依賴性脂質(zhì)活性氧（lipid reactive oxygen species，Lip-ROS）堆積造成的細(xì)胞死亡為特征［1-2］。鐵死亡在腫瘤、神經(jīng)系統(tǒng)和心血管系統(tǒng)等疾病中起著重要的作用，并可通過調(diào)控鐵死亡來干預(yù)這些疾病的進(jìn)展［3］，因此鐵死亡成為近年來的研究熱點(diǎn)。

乳腺癌是威脅女性健康的惡性腫瘤之一，化療藥物耐藥是影響乳腺癌療效的重要因素。通過誘導(dǎo)癌細(xì)胞死亡是癌癥治療的常見策略，鐵死亡作為一種新型細(xì)胞死亡形式，在乳腺癌治療中具有重要作用［4］。本文將對鐵死亡發(fā)生機(jī)制及在乳腺癌治療中的作用進(jìn)行綜述。

1 鐵死亡概述

1.1 鐵在鐵死亡中的作用

鐵作為鐵死亡的催化劑或調(diào)控因子，導(dǎo)致鐵催化的Fenton 反應(yīng)產(chǎn)生的Lip-ROS 直接損傷細(xì)胞引起程序性細(xì)胞死亡［5］。因此，鐵離子螯合劑去鐵胺（deferoxamine，DFO）和親脂性抗氧化劑α-生育酚可以逆轉(zhuǎn)Lip-ROS堆積引起的細(xì)胞死亡。

1.2 鐵死亡的特征

鐵死亡與其他已確定的細(xì)胞死亡方式不同，具有其獨(dú)特的形態(tài)學(xué)和生化特征［1］，形態(tài)學(xué)特征主要是線粒體皺縮、線粒體嵴減少或消失、線粒體膜密度增加、線粒體膜破裂及細(xì)胞核形態(tài)正常，但缺乏染色質(zhì)凝集等［6］。生化特征主要是鐵和Lip-ROS 水平的升高以及谷胱甘肽（glutathione，GSH）耗竭、谷胱甘肽過氧化物酶4（glutathione peroxidase 4，GPX4）失活、線粒體膜電位降低等［2］。

1.3 鐵死亡發(fā)生機(jī)制

在細(xì)胞發(fā)生鐵死亡的過程中，細(xì)胞膜上的多不飽和脂肪酸（PUFA）在酯氧合酶（lipoxygenase，LOX）和鐵的催化下產(chǎn)生Lip-ROS，而Lip-ROS的清除主要由GPX4 完成［7］。當(dāng)胱氨酸谷氨酸反向轉(zhuǎn)運(yùn)體（cystine/glutamate antiport），又稱systemXc-被抑制時，阻礙胱氨酸（cystine，Cys）向細(xì)胞內(nèi)導(dǎo)入，減少合成GSH所必需的半胱氨酸，GSH 合成受阻導(dǎo)致GSH 依賴性GPX4失活，造成細(xì)胞內(nèi)Lip-ROS堆積，從而引起細(xì)胞的氧化性損傷［1，6］。因此，抑制systemXc-、GSH耗竭和GPX4失活成為誘導(dǎo)細(xì)胞發(fā)生鐵死亡的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

systemXc-是調(diào)節(jié)鐵死亡過程中的重要靶點(diǎn)，研究表明erastin、柳氮磺胺吡啶（sulfasalazine，SAS）、索拉非尼（sorafenib）能與相關(guān)的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白結(jié)合，阻斷systemXc-的轉(zhuǎn)運(yùn)功能，誘導(dǎo)細(xì)胞死亡［8-9］。而丁硫氨酸-亞砜亞胺則能直接抑制GSH 合成，導(dǎo)致GSH 依賴性酶GPX4 失活，使細(xì)胞內(nèi)的Lip-ROS 不能被GPX4 所清除，堆積在細(xì)胞內(nèi)造成細(xì)胞氧化性損傷［10］。小分子化合物RSL3 可直接與GPX4 共價鍵結(jié)合使GPX4失活，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)Lip-ROS 堆積，驅(qū)動細(xì)胞程序性鐵死亡［11］。此外，由erastin、SAS 誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡能被鐵死亡抑制劑ferrostatin-1［12］、liproxstatin-1［13］所逆轉(zhuǎn)。研究提示，通過調(diào)節(jié)鐵死亡發(fā)生機(jī)制及使用相關(guān)誘導(dǎo)劑和抑制劑可達(dá)到調(diào)控腫瘤細(xì)胞生長的作用（圖1）［14］。

圖1 鐵死亡機(jī)制圖

2 鐵死亡與腫瘤的關(guān)系

鐵死亡在調(diào)節(jié)某些類型腫瘤細(xì)胞（如胰腺導(dǎo)管細(xì)胞癌、肝細(xì)胞癌等）的生長中起著不可忽視的作用，探索鐵死亡相關(guān)調(diào)節(jié)機(jī)制在腫瘤中的作用對于腫瘤的認(rèn)識與治療均有較大的意義。

目前，大多數(shù)化療藥物是通過誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡而起作用，若發(fā)生腫瘤細(xì)胞凋亡逃逸則產(chǎn)生化療耐藥性，克服化療耐藥性是亟待解決的問題。作為一種新型程序性細(xì)胞死亡，鐵死亡具有獨(dú)特的特征，通過使用鐵死亡誘導(dǎo)劑及抑制劑（表1）在腫瘤的治療中顯示出巨大的潛力［14］。激活鐵死亡途徑后能誘導(dǎo)癌細(xì)胞死亡［15］，特別是在耐藥的情況下增強(qiáng)對化療藥物的敏感性，如順鉑聯(lián)合鐵死亡誘導(dǎo)劑erastin能顯著地改善抗腫瘤活性，顯示出鐵死亡在腫瘤治療中的重要性［16］。研究表明，鐵死亡可作為腫瘤抑制的新靶點(diǎn)，為臨床腫瘤的治療開辟新途徑［10］。

表1 鐵死亡相關(guān)誘導(dǎo)劑和抑制劑

3 鐵死亡與乳腺癌相關(guān)性研究

3.1 鐵死亡的抑癌作用

癌細(xì)胞表現(xiàn)出異常的氨基酸代謝和對特定氨基酸的依賴性，這可能給癌癥患者的治療提供潛在的靶點(diǎn)。Chen等［17］研究發(fā)現(xiàn)，三陰性乳腺癌（triple negative breast cancer，TNBC）細(xì)胞中Cys 缺乏時具有高致死性，DFO 和ferrostatin-1 可阻礙因Cys 缺乏引起的細(xì)胞死亡，提示Cys 缺乏時可誘導(dǎo)TNBC 細(xì)胞發(fā)生鐵死亡。此外，喻浩宸等［18］研究發(fā)現(xiàn)，SAS 通過抑制systemXc-的功能性亞基xCT蛋白和GPX4蛋白的表達(dá)及促進(jìn)二價金屬離子轉(zhuǎn)運(yùn)體1（divalent metal transporter 1，DMT1）的表達(dá)，使乳腺癌ZR-75-1細(xì)胞中活性氧大量堆積，從而觸發(fā)細(xì)胞發(fā)生鐵死亡。

3.2 參與協(xié)同抗癌作用

Ma等［19］研究發(fā)現(xiàn)，西拉美新和拉帕替尼具有協(xié)同誘導(dǎo)乳腺癌MDA-MB-231、MCF-7、ZR-75和SKBr3細(xì)胞系發(fā)生死亡，其死亡機(jī)制和細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生的Lip-ROS及FeCl3的水平升高相關(guān)，并且ferrostatin-1和DFO能逆轉(zhuǎn)由西拉美新和拉帕替尼引起的細(xì)胞死亡。該研究亦發(fā)現(xiàn)單獨(dú)使用拉帕替尼或聯(lián)合西拉美新使用后，降低鐵轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的表達(dá)，減少鐵輸出到細(xì)胞外；同時增加轉(zhuǎn)鐵蛋白的表達(dá)，促進(jìn)鐵運(yùn)輸?shù)郊?xì)胞內(nèi)，使細(xì)胞內(nèi)含鐵量增多，催化鐵依賴性Lip-ROS產(chǎn)生。當(dāng)過表達(dá)鐵轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白或沉默轉(zhuǎn)鐵蛋白表達(dá)時，可減少細(xì)胞內(nèi)Lip-ROS的產(chǎn)生和細(xì)胞死亡，表明西拉美新和拉帕替尼的協(xié)同抗癌作用是通過鐵死亡途徑發(fā)揮作用。

3.3 增強(qiáng)放療敏感性

鐵飽和型乳鐵蛋白（holo-lactoferrin，Holo-Lf）是乳鐵蛋白的一種鐵飽和形式，能增強(qiáng)erastin 誘導(dǎo)MDA-MB-231細(xì)胞發(fā)生鐵死亡及增強(qiáng)細(xì)胞對放療的敏感性。Zhang等［20］研究發(fā)現(xiàn)，Holo-Lf能抑制MDAMB-231 細(xì)胞活力，聯(lián)合erastin 可進(jìn)一步抑制細(xì)胞活力，細(xì)胞中碘化丙啶（propidium iodide，PI）熒光值增高和Lip-ROS 產(chǎn)生增多；相反缺鐵型乳鐵蛋白（apolacto ferrin，Apo-Lf）則顯著降低MDA-MB-231 細(xì)胞中PI 熒光值，并減少Lip-ROS 的生成。該研究還發(fā)現(xiàn)，Holo-Lf 能顯著下調(diào)MDA-MB-231 和MCF-7 細(xì)胞中的GPX4表達(dá)，而Apo-Lf則顯著上調(diào)該2種細(xì)胞中的GPX4 表達(dá)。Holo-Lf 聯(lián)合放療劑量4 Gy 處理MDA-MB-231細(xì)胞，可使Lip-ROS生成顯著增高，表明放療能促進(jìn)細(xì)胞發(fā)生鐵死亡，增強(qiáng)放療敏感性。

3.4 抑制遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移

遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移和復(fù)發(fā)是乳腺癌死亡的主要原因［21］，腦轉(zhuǎn)移是HER-2陽性乳腺癌的獨(dú)立危險因素，HER-2靶向治療可延長HER-2 陽性乳腺癌患者的生存期，但由于化療藥物的耐藥性及藥物穿過血腦屏障的滲透性有限，多達(dá)50%患者的腦轉(zhuǎn)移無法治愈。酪氨酸激酶抑制劑來那替尼（neratinib）是治療HER-2 陽性乳腺癌患者的重要藥物［22］。Nagpal等［23］研究發(fā)現(xiàn)，HER-2高表達(dá)的TBCP-1細(xì)胞株移植裸鼠后，能引起較高的自發(fā)性腦和其他器官轉(zhuǎn)移，體外使用來那替尼能顯著誘導(dǎo)細(xì)胞的死亡。該研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，來那替尼誘導(dǎo)的是非凋亡方式死亡，并且這種死亡方式能被鐵死亡抑制劑liproxstatin-1逆轉(zhuǎn)，而凋亡抑制劑Q-VD則不能阻止來那替尼誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡，表明來那替尼是通過鐵死亡途徑誘導(dǎo)TBCP-1 細(xì)胞的死亡。同時來那替尼能顯著抑制裸鼠腫瘤的生長和肝、肺及腦的轉(zhuǎn)移，并證明與觸發(fā)鐵死亡途徑密切相關(guān)。

3.5 聯(lián)合外泌體增強(qiáng)抗癌作用

在癌癥治療中，外泌體的靶向性和生物相容性具有獨(dú)特的優(yōu)勢，增加抗癌藥物向腫瘤靶向遞送的能力。Yu 等［24］研究發(fā)現(xiàn)，使用葉酸（folate，F(xiàn)A）標(biāo)記載有erastin 的外泌體（erastin@FA-exo）能特異性靶向FA 受體過表達(dá)的TNBC 細(xì)胞，erastin@FA-exo 與游離的erastin相比對MDA-MB-231細(xì)胞的增殖和遷移具有顯著抑制作用，并通過作用于GSH 抑制GPX4 表達(dá)，導(dǎo)致Lip-ROS堆積而觸發(fā)細(xì)胞發(fā)生鐵死亡。

3.6 其他

小分子誘導(dǎo)的鐵死亡對腫瘤的生長具有抑制作用，并能增強(qiáng)對化療藥物的敏感性。xCT是systemXc-的功能性亞基，負(fù)責(zé)細(xì)胞內(nèi)谷氨酸和細(xì)胞外Cys的轉(zhuǎn)換，對TNBC 細(xì)胞的存活至關(guān)重要。黏蛋白1C 末端亞基（mucin 1-C，MUC1-C）跨膜癌蛋白在TNBC細(xì)胞中異常高表達(dá)，與xCT 相結(jié)合維持GSH 的氧化還原平衡。Hasegawa 等［25］研究發(fā)現(xiàn)，TNBC 細(xì)胞中沉默MUC1-C 表達(dá)后導(dǎo)致xCT 表達(dá)下調(diào)，使GSH 水平失衡，從而誘導(dǎo)活性氧介導(dǎo)的細(xì)胞死亡，并且鐵死亡抑制劑ferrostatin-1能逆轉(zhuǎn)沉默MUC1-C表達(dá)導(dǎo)致的細(xì)胞死亡。該研究還發(fā)現(xiàn)，沉默MUC1-C 表達(dá)的TNBC細(xì)胞，暴露于多柔比星中對erastin誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡更敏感，充分說明MUC1-C 具有抗鐵死亡作用。因此，靶向作用MUC1-C/xCT 途徑可能成為誘導(dǎo)TNBC 細(xì)胞死亡的潛在治療方法。

4 結(jié)語

近年來，鐵死亡作為腫瘤的研究熱點(diǎn)之一，在殺死多種腫瘤細(xì)胞中發(fā)揮重要的作用?；阼F死亡的腫瘤治療新靶點(diǎn)，對啟發(fā)設(shè)計(jì)治療腫瘤新藥物的策略具有重要意義。乳腺癌的病因尚未完全清楚，鐵死亡在乳腺癌細(xì)胞的死亡中扮演了重要的角色，而外泌體在藥物與靶點(diǎn)之間的信息傳遞中具有較好的作用，若能將治療藥物和鐵死亡誘導(dǎo)劑同時包裝在外泌體內(nèi)，靶向乳腺癌細(xì)胞可有效克服治療的局限性。目前，乳腺癌發(fā)生鐵死亡的研究主要集中于體外細(xì)胞水平，為臨床應(yīng)用提供了相關(guān)的理論依據(jù)，探索基于鐵死亡的有效腫瘤治療新策略具有廣闊的前景。