鐵死亡：急性髓系白血病治療的新機遇和新挑戰(zhàn)

鐘芳敏，徐帥，黃波，王小中

（南昌大學第二附屬醫(yī)院檢驗科 江西省檢驗醫(yī)學重點實驗室 江西省醫(yī)學檢驗臨床醫(yī)學研究中心，江西 南昌 330006）

1 前言

急性髓系白血?。ˋML）是血液系統(tǒng)中的一種高度異質(zhì)性的惡性腫瘤，約占白血病的85%，累積的獲得性體細胞突變是AML 主要特點[1-2]。AML 的惡性程度很高，患者五年生存率低于30%[3]。 其中，阿糖胞苷和蒽環(huán)類藥物的“7+3”聯(lián)合化療是AML治療的標準方案， 但這種方法僅對小部分患者起效，對其他尤其是老年患者的治療效果很差[4]，因此，更有效的治療方式對提高AML 患者的生存質(zhì)量甚至治愈顯得非常重要。21 世紀后，更深更廣的基礎研究和生物學技術(shù)發(fā)展提高了我們對AML遺傳學和病理生理學的認識，這包括AML 基因組景觀分析揭示了AML 患者不同的體細胞突變特征[5]。 2017年至2018年多種靶向治療藥物的批準使得AML 治療取得里程碑式的突破[6]，例如突變型fms 樣酪氨酸激酶3 （FLT3） 和異檸檬酸脫氫酶1和2（IDH1 和IDH2）的抑制劑能有效提高AML 患者的應答率并改善預后[7-9]，以維奈托克/維奈妥拉（venetoclax）靶向B-cell lymphoma-2（BCL-2）的誘導凋亡療法也取得了顯著的效果[10-11]。 但隨著AML 病程的發(fā)展， 亞克隆的出現(xiàn)往往會產(chǎn)生新的抗藥性機制[12-13]， 一些替代途徑的激活也會保護AML 細胞而發(fā)生耐藥[14-16], 并且TP53 凋亡網(wǎng)絡也作為一種媒介參與AML 細胞抵抗BCL2 抑制[17]。近幾年的研究表明， 鐵死亡作為一種非凋亡的細胞死亡新模式， 對各種病理性過程和癌癥具有深刻的影響[18-19]，這也為AML 治療和克服凋亡抵抗提供了新的策略。

本綜述將討論影響鐵死亡發(fā)生的各類因素在AML 中的表現(xiàn)特征， 并總結(jié)鐵死亡相關(guān)機制在AML 中的研究進展，以及靶向鐵死亡來治療AML的應用情況。 這種新型細胞死亡模式可能會增強我們對腫瘤細胞死亡的復雜生物學過程的認識，并為未來AML 個性化治療的改進提供參考和啟示。

2 鐵死亡的發(fā)生機制及相關(guān)影響因素

鐵死亡是Dixon 等在2012年提出一種依賴鐵的細胞程序性死亡類型，區(qū)別于經(jīng)典死亡模式，例如自噬、凋亡，過度的活性氧(ROS)生成、細胞膜脂質(zhì)發(fā)生過氧化以及二價鐵的積累是其主要的生物學特征[20]。細胞鐵死亡的發(fā)生是一個復雜且連續(xù)的過程， 依賴一系列細胞器產(chǎn)生的信號來激活細胞膜氧化損傷，其中線粒體、過氧化物酶體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和溶酶體扮演了重要角色， 它們驅(qū)動著ROS 的產(chǎn)生和脂質(zhì)過氧化，并最終導致脂膜破裂。 鐵的累積也是鐵死亡發(fā)生的關(guān)鍵因素，erastin 和RSL3 等小分子激活劑通過增加鐵的含量來抵抗抗氧化系統(tǒng)[20]，這些累積的鐵發(fā)生芬頓反應(Fenton reaction)能進一步產(chǎn)生ROS， 并通過影響例如脂氧合酶(ALOX)的活性來促進脂質(zhì)的氧化損傷[21]。

3 鐵的代謝

在血液系統(tǒng)中， 機體約三分之二的鐵儲存在外周血紅細胞和骨髓紅細胞前體的血紅蛋白中。鐵主要有Fe2+和Fe3+兩種氧化狀態(tài)，鐵的氧化還原能促進電子轉(zhuǎn)移，從而在檸檬酸循環(huán)(TCA)、呼吸鏈中發(fā)揮作用，鐵同樣作為修復基團的一部分，參與DNA 合成和DNA 修復[22]。 生命活動所需的小部分鐵來源于營養(yǎng)攝取， 大部分鐵在血液細胞中循環(huán)利用，單核吞噬細胞系統(tǒng)(MPS)識別并吞噬衰老的血細胞，消化后將鐵釋放到血液中，后者與轉(zhuǎn)鐵蛋白(TF)結(jié)合運輸?shù)焦撬柚?，用于新一輪的造血[23]。細胞內(nèi)鐵的攝取主要由細胞膜上的轉(zhuǎn)鐵蛋白受體(TFRC)識別結(jié)合Fe3+的TF，膜上內(nèi)體吸收Fe3+并通過金屬還原酶STEAP3 進一步將Fe3+還原成Fe2+，后者通過溶質(zhì)載體家族如SLC11A2 轉(zhuǎn)運到細胞質(zhì)中并形成不穩(wěn)定細胞鐵池， 參與各類細胞代謝和生化過程， 在氧化應激中起著重要的調(diào)控作用[24]。研究表明，雙氫青蒿素(DHA)能通過促進AML 細胞的線粒體功能并使線粒體功能紊亂來誘導AML細胞死亡。 AML 患者往往會出現(xiàn)反復輸血引起鐵負荷加重癥狀， 這不僅是因為發(fā)育異常或炎癥作用導致的紅細胞生成障礙，還因為AML 患者化療或造血干細胞移植引起的紅細胞溶解和促紅細胞生成的抑制[25]，這些原因都會破壞AML 患者血液環(huán)境中鐵的穩(wěn)態(tài)[26]。輸血相關(guān)鐵由肝巨噬細胞和脾巨噬細胞處理， 從紅細胞中回收血紅素鐵并釋放到胞外空間，從而增加血清鐵的含量。

圖1 鐵死亡的發(fā)生機制。

4 ROS 與AML

已有大量文獻證實AML 細胞中ROS 水平升高[27-28],并且形成ROS 的許多代謝途徑的活性都發(fā)生了改變[29-31],其中NADPH 氧化酶（NOX）是產(chǎn)生白血病細胞中ROS 的主要來源途徑。 與正常的骨髓細胞相比，原發(fā)性AML 觀察到更高水平的細胞超氧化物， 在細胞線粒體中很少觀察到ROS 過量產(chǎn)生。此外，與電子傳遞鏈抑制劑和線粒體ROS 清除劑相比，NOX 抑制劑顯著減少了超氧化物的產(chǎn)生， 而ROS 清除劑對ROS 水平幾乎沒有影響，這表明NOX 是AML 中ROS 的主要來源[32]。 AML 中的ROS 通過影響信號通路而導致疾病的發(fā)生，由ROS 信號觸發(fā)并導致調(diào)節(jié)能量和自噬途徑、 抗氧化防御或應激反應的各種細胞反應通常通過調(diào)節(jié)以半胱氨酸和蛋氨酸為代表的少數(shù)氨基酸殘基的氧化還原狀態(tài)發(fā)生， 這些殘基充當氧化還原傳感器[33]。 通過蛋白質(zhì)氧化還原傳感器，ROS 可以激活包含絲裂原活化蛋白激酶（MEK）、細胞外信號調(diào)節(jié)激酶 （ERK）、p38、 有絲分裂原活化蛋白激酶（MAPK） 活性的MAPK 途徑， 進而促進包括Jun、Fos、NRF2、NF-κB 在內(nèi)的轉(zhuǎn)錄因子的核轉(zhuǎn)位[34-36]。其他氧化還原反應轉(zhuǎn)錄因子包括缺氧誘導因子HIF-1α 和HIF-2α，它們在缺氧條件下，可以結(jié)合某些基因啟動子區(qū)域中的缺氧反應元件來調(diào)控基因表達，從而影響急性髓系白血病的發(fā)展[37]。此外，在白血病干細胞（LSC）中，HIF 也可以通過促進自噬發(fā)揮致癌的作用，并且自噬在調(diào)節(jié)AML LSC 的細胞存活中起著至關(guān)重要的作用[38]。 但是，還需要進一步研究以充分解決缺氧誘導因子 （HIF）在AML 中的作用， 并闡明調(diào)節(jié)缺氧信號與LSC 存活之間相互作用的過程。

5 脂質(zhì)代謝與AML

在癌癥中最突出的代謝改變之一就是脂質(zhì)代謝失調(diào)。 癌細胞通常會利用脂質(zhì)代謝來獲取能量以及生物膜成分并對自身的增殖、存活、侵襲、轉(zhuǎn)移以及腫瘤微環(huán)境產(chǎn)生一定的影響[39]。 AML 同樣也不例外， 脂質(zhì)代謝在LSC 中起著不可或缺的作用。 例如，脂肪酸結(jié)合蛋白4（FABP4）是一種脂質(zhì)伴侶蛋白，導致長鏈脂肪酸的釋放，并通過β-氧化為腫瘤細胞提供能量[40]。 此外，脂肪細胞衍生的脂質(zhì)通過CD36 受體從脂肪細胞轉(zhuǎn)移到腫瘤細胞，除了調(diào)節(jié)細胞內(nèi)脂質(zhì)代謝過程外，還參與細胞間通訊[41-42]。 AML 細胞中包括ω-3 和ω-6 多不飽和脂肪酸(PUFA)在內(nèi)的不飽和脂肪酸，也參與了急性髓系白血病的發(fā)生和發(fā)展[43-44]。 另外有研究表明，骨髓脂肪細胞（BMA）可以儲存能量并分泌一系列炎癥性脂肪因子和抗炎性脂肪因子，如脂聯(lián)素、瘦素和TNF-α， 它們可能會影響骨髓微環(huán)境中的白血病細胞[45-46]。 白血病細胞通常在缺氧微環(huán)境中生長[47]，缺氧微環(huán)境可誘導脂質(zhì)代謝的缺氧介導變化， 以支持腫瘤細胞的快速增殖， 例如通過轉(zhuǎn)錄PPARγ 基因促進細胞外脂肪酸的攝取和三酰甘油的 合 成， 通 過HIF-1 介 導 的FABP3、FABP4 和FABP7 過表達來誘導和增強細胞外脂肪酸內(nèi)流和脂肪生成， 并通過在缺氧條件下抑制β-氧化來累積脂質(zhì)[48]。 最近的研究表明， 脂質(zhì)過氧化是因為ROS 的過量而導致細胞膜或細胞器受損[49]，但細胞內(nèi)的谷胱甘肽過氧化物酶GPX4 可以阻止ROS 的產(chǎn)生，RSL3 能特異性結(jié)合GPX4 導致ROS 堆積[50-52],這也與細胞的鐵死亡密切相關(guān)。

6 鐵死亡在急性髓系白血病治療中的作用研究

AML 的病理特征滿足鐵死亡的發(fā)生條件，如何誘導或抑制鐵死亡的發(fā)生已有廣泛的研究。 目前， 鐵死亡有多種誘導劑或抑制劑， 其中鐵螯合劑、親脂抗氧化劑、脂質(zhì)過氧化抑制劑能抑制鐵死亡的發(fā)生，而鐵或不飽和脂肪酸-磷脂的積累和谷胱甘肽（GSH）、還原型輔酶Ⅱ（NADPH）、谷胱甘肽還原酶4（GPX4）等內(nèi)源性抑制劑能誘導鐵死亡的發(fā)生[53]。 erastin 作為一種多水平的鐵死亡誘導劑，能抑制半胱氨酸/谷氨酸反轉(zhuǎn)運體系統(tǒng)XC-， 從而減少細胞中半胱氨酸的吸收， 進一步減少谷胱甘肽的合成。 除此之外，erastin 還能激活TP53，并誘導電壓依賴性陰離子通道(VDACs)的開放，從而導致線粒體功能障礙[54]。 并且，erastin 對鐵死亡的激活還促進脂質(zhì)伴侶介導的自噬GPX4 的降解[55]。 在AML 細胞中，erastin 表現(xiàn)出一種包括鐵死亡在內(nèi)的劑量依賴性的混合性細胞死亡，并增強了阿糖胞苷和阿霉素的抗白血病作用[56]。 此外，酪氨酸激酶抑制劑索拉非尼被批準用于治療肝腎和甲狀腺等癌癥，并對FLT3-ITD 突變的AML 患者有療效[57-58]，同時也會抑制系統(tǒng)XC-[59]。其他促鐵死亡誘導劑也顯示出抗白血病活性，二氫青蒿素(DHA)通過加速鐵蛋白降解和增加不穩(wěn)定血漿鐵（LPI）[60]。此外，常使用的抗白血病藥物地西他濱（decitabine）最近被報道具有誘發(fā)鐵死亡的作用[61]，地西他濱對AML細胞的作用是通過降低GSH 和GPX4 活性來提高ROS 水平。 同時，鐵死亡誘導劑增強了地西他濱的作用，而鐵死亡抑制劑則減弱了這種作用。 由于鐵螯合劑也增強了地西他濱的作用， 這提示治療效果可能由ROS 介導， 也可能受細胞內(nèi)鐵家族的影響。

7 總結(jié)

鐵死亡作為一種新發(fā)現(xiàn)的細胞程序性死亡模式，在腫瘤治療中具有廣闊的前景。AML 作為一種血液腫瘤， 缺氧的腫瘤微環(huán)境促進白血病細胞發(fā)生氧化應激，產(chǎn)生大量的ROS，從而對細胞膜上的脂質(zhì)產(chǎn)生過氧化的壓力。另外，AML 患者化療后往往需要反復輸血， 這無疑增加血液循環(huán)中的鐵的負荷，作為調(diào)控鐵死亡發(fā)生的關(guān)鍵因素，AML 細胞攝取鐵的同時也會為鐵死亡的發(fā)生創(chuàng)造更多條件。 如何誘導AML 細胞發(fā)生鐵死亡而促進患者治療值得深入的思考和研究， 這包括進一步增加AML 細胞內(nèi)脂質(zhì)過氧化的壓力， 同時抑制還原系統(tǒng)的保護作用。 總之，現(xiàn)有的AML 鐵死亡相關(guān)研究仍然較少， 整合性分析鐵死亡相關(guān)調(diào)控因子在AML 中的表達特征，強化AML 中鐵死亡發(fā)生機制的探索， 不僅對于AML 治療具有重要的臨床價值，也為以調(diào)控AML 細胞直接死亡為目的來克服靶向治療或化療的耐藥研究提供了新的思路。