Erastin 誘導(dǎo)細(xì)胞鐵死亡的研究進(jìn)展▲

付艷君 白紀(jì)紅* 梁志清 余 倩

(桂林醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院，1 藥劑科，2 內(nèi)分泌科，廣西桂林市 541004)

【提要】 鐵死亡是在2012年發(fā)現(xiàn)的一種新型的并依賴鐵離子的可被調(diào)節(jié)的細(xì)胞死亡方式，這種死亡形式在細(xì)胞形態(tài)學(xué)、生物化學(xué)等方面不同于凋亡、壞死及自噬，鐵死亡會受到細(xì)胞內(nèi)信號通路的調(diào)節(jié)。Erastin是目前公認(rèn)的最常用的鐵死亡誘導(dǎo)劑，不但可以被應(yīng)用于殺傷腫瘤細(xì)胞，而且其致細(xì)胞死亡的機(jī)制與許多損傷類疾病的病理機(jī)制密切相關(guān)。Erastin誘導(dǎo)的細(xì)胞鐵死亡被廣泛應(yīng)用于各大疾病的治療及預(yù)后。

腫瘤是我國死亡率最高的疾病，化療是腫瘤綜合治療的手段之一，多數(shù)化療藥物是通過引起腫瘤細(xì)胞凋亡起作用的。然而，隨著化療時間的延長，部分細(xì)胞會產(chǎn)生凋亡耐受，從而導(dǎo)致腫瘤耐藥的形成。因此，尋找一種新的細(xì)胞死亡方式，并進(jìn)行有效調(diào)控，可以為發(fā)生耐藥的腫瘤細(xì)胞提供新的治療策略，為臨床診療帶來巨大的參考依據(jù)和理論價值。鐵死亡是一種依賴于脂質(zhì)過氧化反應(yīng)驅(qū)動的非凋亡性細(xì)胞死亡方式，其發(fā)生過程需要細(xì)胞內(nèi)富含可利用的鐵。這種與鐵密切相關(guān)的死亡形式在細(xì)胞形態(tài)學(xué)、生物化學(xué)等方面與壞死、凋亡、自噬等均有明顯的不同，該死亡方式受細(xì)胞內(nèi)信號通路的嚴(yán)密調(diào)節(jié)，但目前還不清楚具體受哪種信號通路的調(diào)節(jié)。Erastin是目前被公認(rèn)的最常用的鐵死亡誘導(dǎo)劑，Erastin誘導(dǎo)的鐵死亡近年來被越來越多的學(xué)者研究，以探索其發(fā)生發(fā)展機(jī)制。鐵死亡可通過不同途徑致使細(xì)胞死亡，研究發(fā)現(xiàn)Erastin誘導(dǎo)的鐵死亡不但可以被應(yīng)用于殺傷腫瘤細(xì)胞，而且其使細(xì)胞死亡的機(jī)制與許多損傷類疾病的病理機(jī)制密切相關(guān)。目前，Erastin誘導(dǎo)的細(xì)胞鐵死亡已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于各大疾病的治療及預(yù)后。

1 Erastin的化學(xué)結(jié)構(gòu)與合成

Erastin，化學(xué)名為2-【1-{4-[2-(4-氯苯氧基)乙?；鵠-1-哌嗪基}乙基】-3-(2-乙氧基苯基)-4-(3H)喹唑啉酮。Erastin的分子結(jié)構(gòu)見圖1。Erastin是一種鐵死亡誘導(dǎo)劑，最早由美國Whitehead生物醫(yī)學(xué)研究所研發(fā)，其具有顯著的抗腫瘤作用[1]，是目前被公認(rèn)的最常用的鐵死亡誘導(dǎo)劑[2]。

圖1 Erastin的分子結(jié)構(gòu)圖

國內(nèi)外已有學(xué)者將Erastin進(jìn)行合成，其中常用的方法為：以2-氨基苯甲酸為起始原料，采取先?；蟓h(huán)合的方法制備中間體。但該方法操作較為煩瑣，所得產(chǎn)物復(fù)雜，收率不高(46.8%)；并采用易揮發(fā)且毒性較大的溴素為溴代試劑制備中間體，容易生成雙溴代產(chǎn)物，所得產(chǎn)物不易純化，粗品總收率僅為8.0%。趙艷利等[3]對Erastin的合成工藝進(jìn)行改進(jìn)，以2-氨基苯甲酸為起始原料，通過5步反應(yīng)合成了Erastin，產(chǎn)率31.4%，純度98.33%，其結(jié)構(gòu)經(jīng)1H NMR和ESI-MS確證。這些研究顯示，采用改進(jìn)的方法可以更好地合成Erastin，可為該藥的臨床廣泛應(yīng)用提供更為質(zhì)優(yōu)價廉的產(chǎn)品。

2 Erastin的分子特性

線粒體在細(xì)胞生命和死亡中占據(jù)中心位置，線粒體生物能量、生物合成和信號傳導(dǎo)是腫瘤發(fā)生的關(guān)鍵。電壓依賴性陰離子通道1位于線粒體外膜中，作為線粒體門控器，允許代謝物、脂肪酸離子、Ca2+、活性氧物質(zhì)和膽固醇跨線粒體外膜轉(zhuǎn)移，是線粒體介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡的關(guān)鍵因子[4]。實(shí)驗(yàn)顯示，Erastin可以通過抑制Xc-系統(tǒng)并關(guān)閉線粒體外膜的電壓依賴性陰離子通道2/3，間接誘導(dǎo)線粒體活性氧的產(chǎn)生，從而引發(fā)攜帶致癌基因的線粒體活性氧的結(jié)直腸癌細(xì)胞鐵死亡[5-6]。此外，Erastin能夠通過鐵死亡途徑對抗化療藥物(阿糖胞苷和多柔比星)的耐藥性，抑制急性骨髓性白血病細(xì)胞的增殖，并顯著增加化療藥物的抗癌活性[7]。在對鐵死亡的研究中，Erastin已經(jīng)發(fā)展成為重要的工具藥。

3 Erastin在疾病中的應(yīng)用研究

目前的研究中，Erastin應(yīng)用較多的領(lǐng)域?yàn)檎T導(dǎo)細(xì)胞鐵死亡。鐵死亡是在神經(jīng)系統(tǒng)疾病研究中提出來的概念。2012年有研究發(fā)現(xiàn)[2]，在大鼠海馬組織體外培養(yǎng)過程中，抑制鐵死亡可有效降低谷氨酸誘發(fā)的神經(jīng)毒性。繼而在神經(jīng)退行性疾病中發(fā)現(xiàn)，抑制鐵死亡也可保護(hù)神經(jīng)元和少突膠質(zhì)細(xì)胞，促進(jìn)其存活。隨著研究的擴(kuò)展和深入，Erastin在誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞鐵死亡方面的作用逐漸被人們發(fā)現(xiàn)，因此，Erastin在包括腫瘤在內(nèi)的疾病中的作用得到了廣泛研究，為其在這些疾病中的臨床應(yīng)用提供了重要的理論和實(shí)驗(yàn)依據(jù)[8-9]。

3.1 Erastin在缺血再灌注中的應(yīng)用 缺血性疾病為臨床常見疾病，重要病種有缺血性心肌病、腎病和腦出血等。現(xiàn)有研究發(fā)現(xiàn)細(xì)胞鐵死亡參與了這些疾病的發(fā)生發(fā)展過程，誘導(dǎo)細(xì)胞鐵死亡有可能成為治療這些疾病的新方法。心肌缺血性疾病影響圍術(shù)期患者的預(yù)后，而糖尿病可加重心肌損傷，但細(xì)胞鐵死亡對糖尿病誘發(fā)的心肌細(xì)胞損傷機(jī)制還不完全清楚。Li等[10]通過建立大鼠糖尿病心肌缺血再灌注模型，使用Erastin誘導(dǎo)細(xì)胞鐵死亡，并與鐵死亡抑制劑進(jìn)行對照，而后再檢測鐵死亡相關(guān)指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)抑制動物模型中的鐵死亡可減輕內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和心肌損傷。在高糖細(xì)胞模型中發(fā)現(xiàn)，Erastin可通過誘導(dǎo)鐵死亡加重內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和細(xì)胞損傷[11]。同時，抑制內(nèi)質(zhì)網(wǎng)反應(yīng)可減輕鐵死亡和細(xì)胞損傷。腎缺血/再灌注損傷也是臨床常見的疾病之一，研究表明其與細(xì)胞氧化損傷密切相關(guān)[12]。細(xì)胞鐵死亡也是一種氧化性損傷，但其與腎缺血/再灌注損傷的關(guān)系尚未明確。Baba等[13]研究了Pannexin 1 (PANX1)在細(xì)胞鐵死亡與腎缺血/再灌注損傷中的關(guān)系，證明了PANX1缺失通過調(diào)節(jié)鐵依賴性細(xì)胞死亡保護(hù)腎臟缺血/再灌注損傷，其中在細(xì)胞實(shí)驗(yàn)中顯示沉默的PANX1顯著降低了Erasin誘導(dǎo)的鐵蛋白脂質(zhì)過氧化和鐵蓄積[14-15]。

3.2 Erastin在肺癌中的應(yīng)用 非小細(xì)胞肺癌(non-small cell lung cancer，NSCLC)早期缺乏典型的臨床癥狀，即使在完全手術(shù)切除后也有很高的復(fù)發(fā)風(fēng)險，長期以來一直是最致命的癌癥類型之一[16]。以順鉑為基礎(chǔ)的多療程化療是NSCLC的標(biāo)準(zhǔn)輔助治療方法，但其對患者整體生存的益處有限。近年研究發(fā)現(xiàn)，采用Erastin誘導(dǎo)肺癌細(xì)胞鐵死亡后，可以有效抑制肺癌細(xì)胞的耐藥性[17]。有研究探索了肺癌細(xì)胞對順鉑耐藥的機(jī)制，發(fā)現(xiàn)使用Erastin誘導(dǎo)肺癌細(xì)胞N5CP鐵死亡后，可以有效誘導(dǎo)N5CP細(xì)胞的鐵含量升高，進(jìn)而有效抑制N5CP細(xì)胞在體內(nèi)的生長[18]。盡管高劑量的Erastin可以誘導(dǎo)細(xì)胞鐵死亡，但也存在著細(xì)胞毒性問題，為了解決這個問題，有研究使用乙酰氨基酚聯(lián)合Erastin來誘導(dǎo)肺癌細(xì)胞鐵死亡，結(jié)果顯示，不論是在細(xì)胞模型和肺癌移植瘤模型中，乙酰氨基酚與Erastin均有較好的協(xié)同作用，可以顯著誘導(dǎo)細(xì)胞鐵死亡，而Erastin對其他細(xì)胞的毒性作用卻顯著下降[17]。其他的一些研究也深入探討了Erastin誘導(dǎo)細(xì)胞鐵死亡后對肺癌的治療作用，如Erastin通過誘導(dǎo)GPX4介導(dǎo)的鐵死亡而部分降低NSCLC細(xì)胞對放射治療過程中的抗輻射能力[19]。Erastin誘導(dǎo)的活性氧激活p53，可以促進(jìn)肺癌細(xì)胞的細(xì)胞毒作用，進(jìn)而抑制細(xì)胞的增殖與遷移等[20]。上述結(jié)果表明，使用Erastin誘導(dǎo)肺癌細(xì)胞鐵死亡后，可以通過多種途徑抑制細(xì)胞的增殖與遷移，還可以增強(qiáng)對其他治療的敏感性，為肺癌的治療提供一種新的方法。

3.3 Erastin在卵巢癌中的應(yīng)用 卵巢癌是一種惡性程度極高的生殖系統(tǒng)腫瘤,由于早期缺乏特異檢測手段, 卵巢癌發(fā)病不易察覺，在中晚期階段往往發(fā)展為復(fù)發(fā)性及多重耐藥性疾病,而且預(yù)后較差，在婦科惡性腫瘤中成為死亡率最高的疾病[21]。越來越多的研究證明，Erastin誘導(dǎo)的細(xì)胞鐵死亡與多種生物化學(xué)過程密切相關(guān),可以通過剝奪癌細(xì)胞內(nèi)的鐵或者改變腫瘤組織鐵離子代謝方式,抑制腫瘤組織增殖。有研究發(fā)現(xiàn)鐵死亡在卵巢癌的發(fā)生發(fā)展中起著重要作用，將其視為卵巢癌的潛在治療靶點(diǎn)[22]，而藥物外排轉(zhuǎn)運(yùn)多藥耐藥性蛋白(ATP-binding cassette subfamily B member 1，ABCB1)的過表達(dá)與癌細(xì)胞之間的多藥耐藥性相關(guān)。該項(xiàng)研究指出ABCB1的上調(diào)是生存不良的卵巢癌多西紫杉醇耐藥性復(fù)發(fā)的原因。Erastin是一種靶向SLC7A11的新的特異小分子，在不改變ABCB1表達(dá)的情況下，顯著提高了細(xì)胞內(nèi)ABCB1底物水平[6，23]。因此，Erastin可以逆轉(zhuǎn)卵巢癌中ABCB1介導(dǎo)的多西紫杉醇耐藥性，這表明Erastin和多西紫杉醇的組合可能為卵巢癌耐化學(xué)藥品的患者提供有效的給藥方法。

3.4 Erastin在肝癌中的應(yīng)用 鐵死亡是鐵依賴性脂質(zhì)過氧化物介導(dǎo)的細(xì)胞死亡，可用于選擇性清除受損細(xì)胞和惡性細(xì)胞[24]。有學(xué)者將二者聯(lián)系進(jìn)行了研究， MicroRNA-214-3p(miR-214)在肝癌的發(fā)展中起調(diào)節(jié)作用，但是miR-214在細(xì)胞鐵死亡中的作用尚不清楚。為了闡明miR-214是否可以調(diào)節(jié)肝癌中的鐵死亡，有研究在體外用Erastin干預(yù)HepG2和Hep3B癌細(xì)胞，結(jié)果細(xì)胞活力受到了明顯抑制。此外，pre-miR-214的過表達(dá)導(dǎo)致HepG2和Hep3B細(xì)胞更易受Erastin的影響，而anti-miR-214的過表達(dá)則表現(xiàn)出相反的作用，闡明了Erastin可以抑制細(xì)胞活力，而且這一作用與pre-miR-214的含量密切相關(guān)[25]。與此同時，pre-miR-214的過表達(dá)增加了丙二醛和活性氧的含量，上調(diào)Fe2+濃度，致使暴露于骨蛋白的癌細(xì)胞中的谷胱甘肽水平降低。Erastin又可增強(qiáng)HepG2和Hep3B細(xì)胞中轉(zhuǎn)錄因子4(activating transcription factor 4，ATF4)的激活[26]，并且pre-miR-214過表達(dá)抑制了ATF4的表達(dá)。熒光素酶報告基因數(shù)據(jù)證實(shí)ATF4是miR-214的直接靶標(biāo)，用ATF4過表達(dá)質(zhì)粒轉(zhuǎn)染的癌細(xì)胞對miR-214誘導(dǎo)的鐵死亡的敏感性較低。在體內(nèi)，Erastin顯著降低了異種移植腫瘤的大小和重量，而miR-214增強(qiáng)了異種移植物對促鐵死亡的作用彈性蛋白的表達(dá)和降低了ATF4表達(dá)。大量研究表明，在肝癌細(xì)胞中促進(jìn)鐵死亡的作用至少歸因于其對ATF4的抑制作用，而miR-214大大增強(qiáng)了Erastin對肝癌細(xì)胞的敏感性，這可能為治療鐵死亡的肝癌提供了新的靶點(diǎn)。

Erastin誘導(dǎo)細(xì)胞鐵死亡的發(fā)生與多種生物化學(xué)過程密切相關(guān)，作為一種新型細(xì)胞死亡方式參與調(diào)節(jié)各大疾病的發(fā)生發(fā)展，在腫瘤中的作用尤為突出。在調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞如卵巢惡性腫瘤、頭頸部癌、彌漫性大B細(xì)胞淋巴瘤、肝癌,以及橫紋肌肉瘤的生長和增殖中,鐵死亡發(fā)揮了不可忽視的作用。細(xì)胞鐵死亡的發(fā)現(xiàn)為治療腫瘤提供了一種新的思路，即誘導(dǎo)細(xì)胞發(fā)生鐵死亡來定向清除腫瘤細(xì)胞，可為臨床診療帶來巨大的參考依據(jù)和理論價值。