谷胱甘肽在腫瘤細(xì)胞發(fā)生鐵死亡過程中的作用研究

楊鳳娟,譚 寧,張?zhí)煊?程 潭

楊鳳娟,程潭,桂林醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院人體解剖學(xué)教研室 廣西壯族自治區(qū)桂林市 541199

譚寧,桂林醫(yī)學(xué)院科學(xué)實(shí)驗(yàn)中心 桂林醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院人體解剖學(xué)教研室 廣西壯族自治區(qū)桂林市 541199

張?zhí)煊?桂林醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院泌尿外科 廣西壯族自治區(qū)桂林市541004

0 引言

2003年,Dolma等[1]發(fā)現(xiàn)一種名為Erastin的新化合物,其可能導(dǎo)致基因RAS突變的腫瘤細(xì)胞以不同于傳統(tǒng)細(xì)胞凋亡的方式死亡.2008年,Yang等[2]發(fā)現(xiàn)了RSL3和RSL5兩種與Erastin具有相同作用的新化合物,并確定這種新的細(xì)胞死亡可被鐵螯合劑、去鐵胺B甲烷磺酸鹽和捕獲過氧自由基的抗氧化劑維生素E所抑制,證實(shí)這種形式的細(xì)胞死亡與細(xì)胞內(nèi)鐵和活性氧有關(guān).2012年,Stockwell實(shí)驗(yàn)室將由依賴于鐵和脂質(zhì)活性氧積累引起的細(xì)胞死亡類型命名為鐵死亡[3].

根據(jù)該實(shí)驗(yàn)室最初的研究,鐵死亡在形態(tài)學(xué)、生化和遺傳水平上明顯不同于其他類型的調(diào)節(jié)性細(xì)胞死亡,如凋亡、壞死和自噬等,鐵死亡的形態(tài)學(xué)特征是特異性的線粒體皺縮、膜密度增加、線粒體嵴減少或消失[3];細(xì)胞在發(fā)生鐵死亡的同時(shí)還會釋放信號分子(如HMGB1),從而引起炎癥反應(yīng);鐵死亡的生化特征主要有:(1)鐵和活性氧的積累;(2)抑制胱氨酸谷氨酸逆向轉(zhuǎn)運(yùn)體(System Xc-)降低胱氨酸攝取、谷胱甘肽(glutathione,GSH)耗竭與NADPH氧化增加;(3)MAPKs系統(tǒng)的激活等[2],其中GSH耗竭在鐵死亡的發(fā)生過程中起著至關(guān)重要的作用.

GSH化學(xué)名為三肽γ-L-谷氨酰-L-胱氨酰甘氨酸,是人體內(nèi)最豐富的內(nèi)源性抗氧化劑,約90%的GSH儲存于細(xì)胞胞漿中,其余10%位于線粒體、細(xì)胞核和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中[4].GSH主要以三種形式存在,分別為還原型GSH、谷胱甘肽二硫化物(glutathione disulphide,GSSG)和谷胱甘肽蛋白混合二硫化物.生理情況下,還原型GSH比氧化型GSH即GSSG豐富10-100倍,GSH/GSSG氧化還原偶聯(lián)不僅決定生物系統(tǒng)中的氧化還原狀態(tài),還有許多其他功能,如影響細(xì)胞周期進(jìn)程、細(xì)胞死亡、轉(zhuǎn)錄因子活性等[5].

在這篇綜述中,我們主要討論了GSH的穩(wěn)態(tài)調(diào)控,GSH在鐵死亡發(fā)生過程中的作用,以及以GSH為靶點(diǎn)誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞發(fā)生鐵死亡,為腫瘤的治療提供一種新思路.

1 鐵死亡的調(diào)控機(jī)制

胞膜脂上的多聚不飽和脂肪酸(polyunsaturated fatty acid,PUFA)鏈易被活性氧(reactive oxygen species,ROS)氧化,形成脂質(zhì)過氧化物,在鐵離子的介導(dǎo)下,脂質(zhì)過氧化物轉(zhuǎn)變成有毒的脂質(zhì)自由基(LO-),導(dǎo)致細(xì)胞膜脂的多聚不飽和脂肪酸破碎[1],引發(fā)細(xì)胞死亡.鐵死亡主要受鐵代謝途徑、System Xc-/GPX4途徑和脂質(zhì)代謝途徑的共同調(diào)控.1.1 鐵代謝途徑的調(diào)節(jié) 鐵對幾乎所有生物的生存都是必不可少的,因?yàn)樗且幌盗猩^程的輔助因子,包括氧氣儲存、氧化磷酸化和細(xì)胞增殖所需的酶反應(yīng),鐵也是脂質(zhì)過氧化物的積累和鐵死亡的發(fā)生所必需的元素之一[6].因此,鐵的輸入、排出、儲存和流通量都會影響鐵死亡的發(fā)生.當(dāng)胞質(zhì)中存在過量游離亞鐵離子(Fe2+)時(shí),大量聚集的Fe2+具有極強(qiáng)的氧化性,Fe2+容易與H2O2發(fā)生Fenton反應(yīng)產(chǎn)生ROS而導(dǎo)致脂質(zhì)過氧化和鐵死亡的發(fā)生[6].循環(huán)鐵以Fe3+依附在轉(zhuǎn)鐵蛋白的形式存在,Fe3+通過膜上的轉(zhuǎn)鐵蛋白受體1 (transferrin receptor 1,TFR1)進(jìn)入細(xì)胞,然后定位于細(xì)胞內(nèi).在核內(nèi)體中,鐵還原酶將Fe3+還原為Fe2+.最后,二價(jià)金屬轉(zhuǎn)運(yùn)體1 (Divalent metal transporter 1,DMT1,也稱為SLC11A2)介導(dǎo)鐵離子從核內(nèi)體釋放到不穩(wěn)定的細(xì)胞質(zhì)鐵池中,多余的鐵儲存在鐵蛋白輕鏈多肽(ferritin light chain,FTL)與鐵蛋白重鏈多肽1 (ferritin heavy chain 1,FTH1)組成的鐵儲存蛋白復(fù)合物中.鐵離子的出膜是由膜蛋白鐵(也叫鐵射流泵,也稱為SLC11A3)激動的,其能將Fe2+氧化成Fe3+.病理狀態(tài)下,通過研究鐵死亡經(jīng)典誘導(dǎo)劑Erastin作用于人類癌細(xì)胞,熱休克預(yù)處理和過表達(dá)熱休克蛋白B1可抑制TFR1表達(dá),蛋白激酶C介導(dǎo)的鐵代謝主要轉(zhuǎn)錄因子鐵反應(yīng)元件結(jié)合蛋白2被抑制,顯著增加FTL與FTH1表達(dá),降低細(xì)胞內(nèi)亞鐵離子濃度和脂質(zhì)活性氧的產(chǎn)生;而血紅素氧合酶-1能夠通過補(bǔ)充細(xì)胞內(nèi)鐵離子及產(chǎn)生活性氧,加速Erastin誘導(dǎo)的鐵死亡[7].這表明,鐵蛋白調(diào)控和鐵代謝穩(wěn)態(tài)可能成為鐵死亡機(jī)制的重要調(diào)節(jié)點(diǎn).

1.2 System Xc-/GPX4通路調(diào)節(jié) 科學(xué)研究表明胱氨酸谷氨酸逆向轉(zhuǎn)運(yùn)體System Xc-/GPX4通路是鐵死亡主要的發(fā)生途徑之一[2],其中System Xc-對谷胱甘肽的合成至關(guān)重要.System Xc-是由機(jī)體細(xì)胞膜上SLC7A11和SLC3A2兩個(gè)亞基組成的重要抗氧化體系,可按1:1比例將細(xì)胞外胱氨酸攝取入胞內(nèi),將谷氨酸排出至胞外,胱氨酸進(jìn)入細(xì)胞后被迅速還原成半胱氨酸,參與胞內(nèi)重要自由基清除劑GSH的合成[8].谷胱甘肽過氧化物酶(glutathione peroxidase,GPXs)家族有許多成員,包括 GPX1-GPX8,其中GPX4在鐵死亡中扮演著更加重要的角色.GPX4作為哺乳動物中修復(fù)脂質(zhì)細(xì)胞氧化損傷的硒蛋白,通過將底物GSH轉(zhuǎn)化為GSSG的同時(shí)將細(xì)胞內(nèi)毒性脂質(zhì)過氧化物還原為無毒脂醇醇(L-OH)或?qū)⒂坞x的H2O2轉(zhuǎn)化為水,保護(hù)細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)及功能不受過氧化物的干擾及損害[9].

研究發(fā)現(xiàn)[8]p53可通過下調(diào)SLC7A11的表達(dá)從而抑制System Xc-吸收胱氨酸,導(dǎo)致谷胱甘肽合成障礙,谷胱甘肽又是GPXs發(fā)揮作用的必要輔助因子,谷胱甘肽合成障礙將導(dǎo)致GPXs活性降低,細(xì)胞抗過氧化能力降低,脂質(zhì)活性氧堆積,引起細(xì)胞發(fā)生鐵死亡;Erastin[7]、柳氮磺胺吡啶[8]等都是通過作用于System Xc-誘導(dǎo)細(xì)胞發(fā)生鐵死亡.RSL3與Erastin都是鐵死亡誘導(dǎo)劑,兩者均能引起脂質(zhì)活性氧的上升,但與Erastin的作用方式不同的是,RSL3能夠直接抑制GPX4活性,致細(xì)胞抗氧化能力下降,脂質(zhì)活性氧上升,最終引起鐵死亡[8].

1.3 脂質(zhì)代謝途徑調(diào)控 細(xì)胞膜或細(xì)胞器膜,由于其富含多不飽和脂肪酸,特別容易受到ROS損傷,稱為“脂質(zhì)過氧化”,脂質(zhì)過氧化也是鐵死亡發(fā)生所必須的元素之一.脂氧合酶的活性可以催化含有PUFA的磷脂發(fā)生過氧化反應(yīng),促進(jìn)鐵死亡發(fā)生.基于CRISPR的遺傳篩選確定了兩種脂質(zhì)代謝調(diào)節(jié)劑,溶血磷脂酰膽堿酰基轉(zhuǎn)移酶3 (LPCAT3)和?；o酶A合成酶長鏈家族成員4 (ACSL4),它們促進(jìn)由GPX4抑制誘導(dǎo)的KBM7細(xì)胞發(fā)生鐵死亡;應(yīng)用脂質(zhì)組學(xué)研究,含有花生四烯酸(C20:4)或其延長產(chǎn)物腎上腺酸(C22:4)的磷脂酰乙醇胺(PE)是脂質(zhì)氧化作用并驅(qū)使細(xì)胞朝向鐵死亡發(fā)生的關(guān)鍵磷脂,而ACSL4和LPCAT3參與多不飽和脂肪酸的生物合成和重塑,通過補(bǔ)充花生四烯酸或其他多不飽和脂肪酸的細(xì)胞表現(xiàn)出對鐵死亡的高靈敏,執(zhí)行鐵死亡發(fā)生的重要步驟[10].研究人員Doll和Bersuker等[11,12]發(fā)現(xiàn)線粒體凋亡誘導(dǎo)因子2能與脂質(zhì)過氧化自由基清除劑—輔酶Q10協(xié)同作用抑制細(xì)胞鐵死亡,并將其更名為鐵死亡抑制蛋白1(ferroptosis-suppressor-protein 1,FSP1).基于此,研究發(fā)現(xiàn)[11]iF-SP1可在過表達(dá)FSP1的GPX4基因缺失細(xì)胞系中抑制FSP1活性并促進(jìn)脂質(zhì)過氧化反應(yīng)對細(xì)胞造成損傷(表1).經(jīng)典的自由基清除劑他汀類藥物-Ferrostatin以及脂質(zhì)過氧化酶抑制劑-脂溶性抗氧化劑維生素E (Vitamin E)等均能通過影響脂質(zhì)氧化過程實(shí)現(xiàn)對細(xì)胞發(fā)生鐵死亡的調(diào)控[3,13].表1總結(jié)顯示了與鐵死亡調(diào)控相關(guān)的作用物質(zhì)及作用靶點(diǎn).

表1 與鐵死亡調(diào)控相關(guān)的作用物質(zhì)及作用靶點(diǎn)

2 谷胱甘肽代謝平衡與鐵死亡

在鐵死亡涉及的System Xc-/GPX4通路中,System Xc-是參與GSH合成的重要轉(zhuǎn)運(yùn)體,GPX4通過催化GSH轉(zhuǎn)化為GSSG發(fā)揮抗氧化作用,GSH處于該通路的中心.GSH作為體內(nèi)重要的抗氧化劑,可以清除ROS和活性氮,也可以用作解毒劑發(fā)揮整合解毒作用.一般內(nèi)源性抗氧化系統(tǒng)包括:(1)酶抗氧化劑,如超氧化物歧化酶、過氧化氫酶、谷胱甘肽過氧化物酶和硫氧還蛋白;和(2)非酶抗氧化劑,包括GSH、維生素或其類似物(維生素A、C和E;輔酶Q10;和類黃酮)、礦物質(zhì)(硒和鋅),以及代謝產(chǎn)物(膽紅素和褪黑素)等[14].

作為消除活性氧的非酶系抗氧化體系,谷胱甘肽的代謝平衡與鐵死亡的發(fā)生關(guān)系密切.谷胱甘肽的合成是由半胱氨酸、谷氨酸和甘氨酸在胞漿中通過兩種ATP依賴的酶反應(yīng)進(jìn)行的.第一步(也是限制性的一步)是半胱氨酸與谷氨酸結(jié)合形成γ-谷氨酰半胱氨酸,該反應(yīng)由γ-谷氨酰半胱氨酸連接酶(GCL)催化.在第二個(gè)反應(yīng)中,谷胱甘肽合成酶(glutathione synthetase,GSS)將甘氨酸添加到γ-谷氨酰半胱氨酸中并產(chǎn)生GSH.半胱氨酸殘基是GSH發(fā)揮還原作用的主要結(jié)構(gòu).半胱氨酸殘基的存在使得GSH被非酶自由基或ROS/RNs氧化為GSSG,并由屬于谷胱甘肽過氧化物酶家族的酶進(jìn)行酶促氧化.GSSG的積累對細(xì)胞具有潛在的毒性,因?yàn)樗鹬趸瘎┑淖饔?與煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADP/NADPH)和硫氧還蛋白(Trx(SH)2/TrxSS)系統(tǒng)一起,GSH/GSSG氧化還原偶決定了生物系統(tǒng)的氧化還原狀態(tài)[5],GSSG通過谷胱甘肽還原酶(glutathione reductase,GR)迅速還原成GSH,這一步需要由NADPH提供H＋,而NADPH主要由戊糖磷酸途徑(PPP)的氧化支鏈產(chǎn)生[5,15].γ-谷氨酰轉(zhuǎn)移酶(glutamyltransferase,GGT)是一種膜結(jié)合酶,催化細(xì)胞外GSH的降解,有利于合成細(xì)胞內(nèi)GSH所需的組分谷氨酸和半胱氨酸.該途徑又稱γ-谷氨酰循環(huán),是從頭生物合成途徑的一種替代途徑,在維持細(xì)胞內(nèi)GSH和半胱氨酸方面起著重要作用.特異性轉(zhuǎn)運(yùn)體可以將GSH降解產(chǎn)生的所有氨基酸帶回細(xì)胞內(nèi)(圖1).特別是System Xc-對于胱氨酸的攝取、半胱氨酸的氧化形式和用于GSH從頭合成的限速底物是必不可少[8].最近,已有新的酶已被證明在細(xì)胞質(zhì)中降解GSH,擴(kuò)大GSH周轉(zhuǎn)的復(fù)雜性[15].

圖1 谷胱甘肽(glutathione,GSH)的代謝以及GSH穩(wěn)態(tài)調(diào)控在腫瘤治療中的應(yīng)用[4].胱氨酸經(jīng)System Xc-入胞后,與谷氨酸及甘氨酸經(jīng)過兩步限制性反應(yīng)生成GSH;GSH在GPX4的作用下生成谷胱甘肽二硫化物(glutathione disulphide,GSSG);GSSG在谷胱甘肽還原酶以及NADPH提供的H+介導(dǎo)下轉(zhuǎn)化為GSH.MRP1及GGT介導(dǎo)GSH的出胞及分解.圖中也顯示了通過藥物作用于GSH代謝的不同步驟,研究GSH穩(wěn)態(tài)調(diào)控在腫瘤治療中的應(yīng)用.GSH:谷胱甘肽;MRP1:多藥耐藥蛋白1;ROS:活性氧;GCL:γ-谷胺酰半胱氨酸連接酶;GSS:谷胱甘肽合成酶GGT:γ-谷胺酰轉(zhuǎn)肽酶;GR:谷胱甘肽還原酶;GPX4:GSH過氧化物酶4;GSSG:氧化型谷胱甘肽.(1):抑制GSH合成;(2):降低GSH前體可用性;(3):增加GSSG水平;(4):促進(jìn)GSH外排.

適度的ROS水平可以通過激活信號通路來支持生存和增殖,從而在應(yīng)激性腫瘤微環(huán)境中促進(jìn)腫瘤生長,然而過量的ROS積累、適當(dāng)?shù)那宄龣C(jī)制的失效或抗氧化劑的缺乏都會導(dǎo)致生物分子的嚴(yán)重?fù)p傷,從而引發(fā)細(xì)胞死亡[16].過量的ROS能夠與富含PUFA的質(zhì)膜發(fā)生反應(yīng),在鐵離子的介導(dǎo)下生成有毒性的脂質(zhì)自由基,誘導(dǎo)質(zhì)膜破碎,發(fā)生鐵死亡.由于ROS對腫瘤細(xì)胞起雙重作用,GSH對氧化應(yīng)激和癌癥的發(fā)生和發(fā)展的影響也很復(fù)雜.它在致癌物的清除和解毒中起著至關(guān)重要的作用[4],而這一途徑的改變可以對細(xì)胞存活產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響,另一方面,研究表明[16]腫瘤細(xì)胞中GSH水平的升高能夠及時(shí)清除過多的ROS,避免細(xì)胞發(fā)生鐵死亡,保護(hù)骨髓癌、乳腺癌以及結(jié)腸癌細(xì)胞等,使它們對幾種化療藥物產(chǎn)生耐藥性并促進(jìn)腫瘤細(xì)胞發(fā)生遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移.

3 癌癥中的谷胱甘肽代謝調(diào)控

由于線粒體功能紊亂、代謝改變和頻繁的基因突變,癌細(xì)胞中ROS的產(chǎn)生顯著增加,導(dǎo)致大量氧化蛋白、DNA損傷和脂質(zhì)的積累.因此,作為一種適應(yīng)性反應(yīng),癌細(xì)胞體內(nèi)GSH水平也隨之升高.GSH穩(wěn)態(tài)取決于GSH合成限速酶活性、前體氨基酸吸收速率以及GSH/GSSG穩(wěn)態(tài)平衡等.

NRF2是細(xì)胞對抗應(yīng)激反應(yīng)的關(guān)鍵調(diào)節(jié)器.在細(xì)胞核中,NRF2與其它蛋白結(jié)合后能夠促進(jìn)靶抗氧化基因的轉(zhuǎn)錄,其中包括GCL.GCL是一種由73kd催化亞基(GCLc)和31kd調(diào)節(jié)亞基(GCLm)組成的異二聚體[4].GCLm空突變體小鼠細(xì)胞中GSH含量<25%,但其存活率令人驚訝.相反,GCLm的高表達(dá)被發(fā)現(xiàn)與乳腺癌的治療抵抗有關(guān).此外,在肉瘤、乳腺癌和淋巴瘤小鼠模型中,GCLm突變導(dǎo)致腫瘤發(fā)生延遲,使GCLm成為對抗這些癌癥化療耐藥的有效藥物靶點(diǎn)[17].低氧誘導(dǎo)因子1通路在缺氧條件下激活GCL表達(dá)和GSH合成,促進(jìn)化療后乳腺癌干細(xì)胞的聚集[18].在卵巢透明細(xì)胞癌中,肝細(xì)胞核因子-1β是一種轉(zhuǎn)錄因子,在器官發(fā)生中起重要作用,在多種癌癥類型中過表達(dá),研究顯示[19]其能夠調(diào)節(jié)GCL表達(dá),擴(kuò)展了與氧化應(yīng)激相關(guān)的谷胱甘肽合成因子的網(wǎng)絡(luò).GCL介導(dǎo)GSH合成的第一步,其活性也受產(chǎn)物GSH的反饋抑制調(diào)節(jié).GSS酶參與催化GSH從頭合成的第二步,不受GSH反饋抑制的調(diào)控.然而,GSS活性在某些疾病條件下也很重要,在某些疾病條件下,GSS酶活性降低會導(dǎo)致γ-谷氨酰半胱氨酸的積累,可通過γ-谷氨酰環(huán)轉(zhuǎn)移酶轉(zhuǎn)化為5-氧代丙烷,引起嚴(yán)重的溶血性貧血、代謝性酸中毒和中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷[20].目前,GSS在癌癥中的作用尚未被詳細(xì)研究,也很少有研究發(fā)現(xiàn)GSS活性的抑制劑和調(diào)節(jié)因子,這仍然是一個(gè)活躍的研究領(lǐng)域,有助于探索GSS作為癌細(xì)胞可能的治療靶點(diǎn).

除了從頭合成外,腫瘤細(xì)胞增加GSH含量的另一種方法是上調(diào)PPP[21].GSSG通常在面臨高水平氧化應(yīng)激的腫瘤細(xì)胞中積累,對細(xì)胞有潛在的毒性,但癌細(xì)胞通常含有較高的GR活性,使GSH維持還原狀態(tài),該過程需要PPP氧化支鏈產(chǎn)生的NADPH提供H+.

GGT催化細(xì)胞外GSH的降解,有利于合成細(xì)胞內(nèi)GSH所需的組分谷氨酸和半胱氨酸,GGT活性在幾種腫瘤類型中上調(diào),其表達(dá)與乳腺癌和腎癌患者的治療抵抗和不良預(yù)后相關(guān).GSH在腫瘤微環(huán)境中的關(guān)鍵作用也正在顯現(xiàn),特別是,癌癥相關(guān)的成纖維細(xì)胞(CAFs)顯示,以依賴谷胱甘肽的方式減少腫瘤細(xì)胞中基因毒性劑的積累,CAFs能夠釋放高水平的硫醇,包括谷胱甘肽和半胱氨酸,增加了腫瘤細(xì)胞內(nèi)GSH水平,抵消藥物介導(dǎo)的氧化應(yīng)激和凋亡反應(yīng)[22].

4 谷胱甘肽穩(wěn)態(tài)在腫瘤治療中的應(yīng)用

許多癌癥類型,包括肝、肺、乳腺和結(jié)腸癌,顯示出相對于正常組織的GSH水平升高,并利用GSH的解毒能力來抵消抗腫瘤藥物的活性[4].因此,GSH系統(tǒng)引起了研究者的注意,并提出了一些旨在減少細(xì)胞內(nèi)GSH的策略,以阻止腫瘤細(xì)胞的生長,提高現(xiàn)有抗癌治療的效率.

4.1 抑制GSH的合成 降低GSH水平最直接的策略是使用丁硫氨酸磺酰亞胺(L-buthionine-S,R-sulfoximine,BSO),BSO是GSH合成的第一步也是限制性一步所需的酶,即GCL的不可逆抑制劑.雖然BSO在抑制大多數(shù)癌細(xì)胞的增殖方面不是很有效,但有研究表明[23]BSO降低了MMTV-PyMT小鼠的乳腺腫瘤負(fù)擔(dān),并提高了常用抗癌藥物順鉑和卡鉑的療效[24,25].由BSO引起的GSH耗竭引起了鐵死亡,誘導(dǎo)鐵死亡可能至少部分解釋了GSH耗竭與抗癌藥物的協(xié)同作用,并可能應(yīng)用于規(guī)避某些腫瘤細(xì)胞典型的抗凋亡能力[22].美法侖是一種常用于治療多發(fā)性骨髓瘤的烷基化劑[26],在臨床前的體內(nèi)模型中,BSO增強(qiáng)了美法侖的功效.目前,已在一些癌癥患者中進(jìn)行了BSO和美法侖的組合治療臨床實(shí)驗(yàn).然而,BSO的半衰期短[3],這需要延長輸注時(shí)間以維持BSO穩(wěn)定的血藥濃度,并且在某些臨床研究中觀察到白細(xì)胞減少癥和血小板減少癥的增加可能會限制BSO在臨床治療中的使用.

4.2 降低GSH前體的可用性 降低GSH水平的另一種方法是降低GSH前體的可用性[4].一個(gè)確定的靶點(diǎn)是胱氨酸谷氨酸逆向轉(zhuǎn)運(yùn)體System Xc-,其抑制降低了胱氨酸的攝取,因此降低了GSH水平[8].Xc-抑制物柳氮磺吡啶在Ⅰ/Ⅱ期研究中用于治療進(jìn)展期惡性膠質(zhì)瘤,但由于缺乏反應(yīng)和嚴(yán)重毒性,該研究早就終止了[27].最近,另一種Xc-抑制劑,Erastin,被證明能增強(qiáng)結(jié)腸癌細(xì)胞系中凋亡誘導(dǎo)因子腫瘤壞死因子相關(guān)凋亡誘導(dǎo)配體(TRAIL)的作用[28].Erastin還通過誘導(dǎo)鐵死亡有效地殺死遺傳性平滑肌瘤病和腎癌細(xì)胞,其特征是富馬酸水合酶(FH)失活[29].與BSO類似,對胱氨酸輸入的抑制激活了鐵死亡,并被認(rèn)為有助于降低肺癌細(xì)胞對放療的抵抗力[30].GSH經(jīng)GGT降解后,細(xì)胞也可獲得GSH前體.GGT的許多抑制劑已被生產(chǎn)和測試,如阿昔維林和6-重氮-5-氧代-去甲亮氨酸(DON),但是因?yàn)槎拘詥栴}阻止了其在體內(nèi)的使用[31].

4.3 增加GSSG水平 GSH可緩沖多種抗癌藥物產(chǎn)生的氧化應(yīng)激,形成GSSG[32],增加GSSG的細(xì)胞內(nèi)濃度被認(rèn)為是誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞死亡的一個(gè)好方法[4].GSSG被GR迅速還原為GSH,以防止GSSG的積累而導(dǎo)致氧化還原介導(dǎo)的細(xì)胞死亡[5].不可逆GR抑制劑2-AAPA的治療使一些癌細(xì)胞系對X射線輻射敏感,并與GSSG和總二硫化物的大量增加相關(guān)[32].抑制PPP的第一種酶,即葡萄糖6磷酸脫氫酶,增加體內(nèi)的氧化應(yīng)激水平,阻止體內(nèi)頭頸部鱗狀細(xì)胞的生長,并使順鉑耐藥細(xì)胞重新對其敏感[21].在一項(xiàng)Ⅱ期研究中[33],NOV-002還與阿霉素和環(huán)磷酰胺聯(lián)合用于乳腺癌患者,顯示病理完全緩解率增加.

4.4 促進(jìn)GSH的外排 細(xì)胞內(nèi)GSH的穩(wěn)態(tài)不僅由GSH的合成速率維持,還由其通過質(zhì)膜轉(zhuǎn)運(yùn)體的輸出維持[15].因此,促進(jìn)GSH的外排可以降低GSH的含量,使癌細(xì)胞對化療敏感.ATP結(jié)合盒(ABC)-家族轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白多藥耐藥蛋白1 (multidrug resistance protein 1,MRP1)在多種腫瘤類型中上調(diào),并與多藥耐藥相關(guān),它也負(fù)責(zé)GSH的外排[34].正如Dixon[35]研究小組最近所證實(shí)的那樣,表達(dá)高水平MRP1的細(xì)胞對促凋亡藥物的敏感性較低,但與此同時(shí),它們對促鐵死亡藥物的敏感性更高.我們已經(jīng)證明[36],在營養(yǎng)缺乏的情況下,癌細(xì)胞系通過MRP1使GSH外排增加,從而調(diào)節(jié)自噬的激活.限制熱量攝入或斷續(xù)禁食是目前備受關(guān)注的提高抗癌治療效果的有效方案,并取得了令人鼓舞的結(jié)果.驗(yàn)證這種方法是否對MRP1水平高的腫瘤特別有效,即這種腫瘤可能比MRP1水平低的腫瘤失去更多的GSH,并且對氧化應(yīng)激更敏感(表2:總結(jié)顯示了與谷胱甘肽代謝相關(guān)的抗癌藥物及作用靶點(diǎn)).

表2 與谷胱甘肽代謝相關(guān)的抗癌藥物及作用靶點(diǎn)

5 結(jié)論

鐵死亡作為新發(fā)現(xiàn)的調(diào)節(jié)性細(xì)胞死亡類型中的一種,其機(jī)制是胞內(nèi)氧化還原系統(tǒng)的失衡.鐵死亡已被證明與人類神經(jīng)系統(tǒng)疾病的發(fā)生密切相關(guān),更在抑制某些腫瘤細(xì)胞的生長過程中發(fā)揮了關(guān)鍵作用.GSH作為一種生物體內(nèi)重要的抗氧化劑,人們早就知道它在癌細(xì)胞中的解毒反應(yīng),其靶向代謝也已被廣泛研究用于癌癥治療.進(jìn)一步明確GSH在腫瘤細(xì)胞發(fā)生鐵死亡過程中的作用,以其代謝的各個(gè)步驟為靶點(diǎn)制定具體的治療策略,將為腫瘤的治療提供新的思路和方向.

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