鐵死亡在乳腺癌演進及治療中的作用

王永霞，朱會芳，王明永，千新來，李 娜

（1.新鄉(xiāng)醫(yī)學院第三附屬醫(yī)院病理科，河南 新鄉(xiāng) 453000；2.新鄉(xiāng)醫(yī)學院基礎醫(yī)學院病理學系，河南 新鄉(xiāng) 453003；3.新鄉(xiāng)醫(yī)學院檢驗學院，河南 新鄉(xiāng) 453003）

乳腺癌（breast cancer）是世界范圍內最常見的女性惡性腫瘤，也是導致女性癌癥患者死亡的主要原因之一[1]。近年來乳腺癌在我國的發(fā)病率及死亡率均呈逐年上升趨勢，且發(fā)病年齡越來越年輕化，嚴重危害我國婦女健康[2]。目前乳腺癌的治療方法主要包括手術、放療、化療及聯(lián)合治療等，但其整體治療效果并不十分理想。乳腺癌根據(jù)分子表型分為許多亞型，不同分子亞型乳腺癌患者的預后和治療方案會有不同[3-5]。在所有分子亞型中，三陰乳腺癌（triple-negative breast cancer，TNBC）占15%，預后較差。TNBC 是指雌激素受體（estrogen receptor，ER）、孕激素受體（progesterone receptor，PR）和激素表皮生長因子受體-2（hormone epidermal growth factor receptor-2，HER-2）表達缺失的乳腺癌，這使得其更具有侵襲性，治療更困難。鐵死亡是近年來新發(fā)現(xiàn)的一種不同于細胞凋亡和壞死的，并且依賴鐵離子及活性氧誘導脂質過氧化損傷引起的調節(jié)性細胞死亡方式[6，7]。研究表明，鐵死亡參與了包括腫瘤在內的人類多種疾病的發(fā)生、發(fā)展過程，并與其治療密切相關。誘導腫瘤細胞發(fā)生鐵死亡可以有效抑制腫瘤的演進[8]，并為其治療，特別是已發(fā)生治療抵抗的腫瘤治療提供新策略[9-12]。本文現(xiàn)就鐵死亡在乳腺癌演進及治療中的作用研究進行綜述，以期為乳腺癌的進一步防治提供理論參考。

1 鐵死亡概況

鐵死亡是由Dixon S 等[13]于2012 年在研究鐵死亡誘導劑Erastin 的作用機制時首次發(fā)現(xiàn)并命名的。它是一種不同于凋亡與壞死的新細胞死亡方式，可由多種小分子物質誘導，本質是由于鐵過載造成的細胞內脂質氧化物代謝失調、活性氧物質（reactive oxygen species，ROS）大量產生而引起的細胞死亡[14]。因此，鐵死亡與鐵代謝及氧化損傷具有高度相關性。鐵死亡不同于傳統(tǒng)的凋亡，不能由凋亡抑制劑抑制。在形態(tài)學上，鐵死亡細胞的特異表現(xiàn)主要為線粒體超微結構的變化，包括體積的減小、雙層膜密度增加、線粒體外膜（outer mitochondrial membrane，OMM）線粒體嵴的破壞和消失等，但沒有凋亡小體的形成及染色質的濃縮[15，16]。此外，鐵死亡也不需要凋亡蛋白，不會消耗能量，也沒有凋亡標志物。同時它沒有腫脹的細胞質和細胞器，以及細胞膜的破裂，也沒有細胞內自噬體的形成。

研究表明[17-20]，鐵死亡的調控異常與人類多種疾病的發(fā)生密切相關，包括缺血性器官損傷、神經(jīng)退行性病變和腫瘤等。不同的生理和病理應激狀態(tài)均可引起鐵死亡。鐵死亡是一個受多種因素調節(jié)的復雜過程，主要與谷胱甘肽水平（glutathione，GSH）、谷胱甘肽過氧化物酶4（glutathione peroxidase 4，GPX4）功能異常和細胞內鐵含量異常密切相關[21]。GSH 主要存在于細胞質中，用于清除細胞活性氧，從而控制細胞內的氧化水平，當GSH 水平降低后，細胞會更易于發(fā)生鐵死亡[22-24]。GPX4 是一種硒蛋白，它可以通過催化過氧化氫和過氧化氫的一些還原反應來保護細胞使其免受損傷[25-27]，從而阻止鐵死亡的發(fā)生[28-30]。此外，當細胞內鐵過載時可形成不穩(wěn)定鐵池（labile iron pool，LIP）。LIP 是一個具有氧化還原活性的鐵絡合物池，可誘導脂質過氧化，進而誘發(fā)鐵死亡[31]。因此，鐵死亡是細胞內ROS 的堆積導致脂質過氧化，進而破壞膜結構引起的細胞死亡。目前鐵死亡在腫瘤演進及治療中的作用也日益受到關注[32]。

2 鐵死亡在乳腺癌演進中的作用

腫瘤的演進是指在惡性腫瘤的生長過程中其侵襲性變得越來越強的現(xiàn)象，包括腫瘤細胞生長速度的加快、向周圍組織的浸潤及向遠處器官的轉移[33]。乳腺癌每年的新發(fā)病例約占診斷病例的24%，死亡率為總死亡病例的15%[34-36]。然而，乳腺癌早期通常無癥狀，一旦診斷往往就是晚期。由于晚期乳腺癌患者容易發(fā)生腦轉移、肺轉移及骨轉移，往往導致嚴重后果。近年來的研究發(fā)現(xiàn)，鐵死亡在乳腺癌的演進過程中扮演著重要角色。以下主要圍繞鐵死亡發(fā)生的兩個中心事件，即細胞內鐵積累和脂質過氧化，對鐵死亡在乳腺癌演進中的相關研究進展進行綜述。

已知胱氨酸是合成GSH 的重要物質基礎，因此胱氨酸、GSH 及GPX4 含量的減少均可導致乳腺癌細胞發(fā)生鐵死亡，進而抑制腫瘤的生長[37-39]。通常情況下，GPX4 在乳腺癌中的表達上調，這與胱氨酸/谷氨酸反向轉運體（xCT）的兩個亞單位SLC7A11 和SLC3A2 的表達增加密切相關；同時，TNBC 中xCT還 可 與MUC1-C 和CD44 變 體（CD44 variant，CD44v）作用，上調GSH 水平，抑制鐵死亡的發(fā)生，導致了其高增殖、侵襲活性[40，41]。此外還有多種基因/蛋白質、非編碼RNA（non-coding RNA，ncRNAs）及信號通路等均參與了乳腺癌中鐵死亡的調控過程。比如，miR-5096 通過靶向SLC7A11/xCT 增加了乳腺癌細胞內的ROS、OH-、脂質ROS 和鐵積累水平，并降低了GSH 和線粒體膜電位，使線粒體收縮，部分嵴缺失，即誘導了乳腺癌細胞的鐵死亡，并進一步抑制了乳腺癌細胞的增殖、遷移及侵襲能力[42]。miR-324-3p 和miR-382-5p 通過與GPX4 和SLC7A11的3'-UTR 結合，誘導鐵死亡進而抑制乳腺癌的演進[43，44]。而環(huán)狀RNA RHOT1 可通過miR-106a-5p/STAT3 軸抑制鐵死亡的發(fā)生，進而促進乳腺癌的演進[45]。沉默乳腺癌中低表達的糖原合成酶激酶-3β（glycogen synthase kinase-3β，GSK-3β）可上調核因子E2 相關因子2（nuclear factor erythroid 2-related factor 2，NF-E2）和GPX4 的表達，抑制腫瘤細胞的鐵死亡，促進其演進[46]。乳腺癌細胞中的硬脂酰輔酶A 去飽和酶-1（stearoyl-CoA desaturase-1，SCD1）可以和腫瘤微環(huán)境中的脂肪酸結合蛋白-4（fatty acid biding protein-4，F(xiàn)ABP4），起到協(xié)同保護腫瘤細胞作用，使其免受氧化應激誘導的鐵死亡影響[47]。PI3K-AKT-mTOR 信號通路的過度激活還可通過甾醇調節(jié)元件結合蛋白1（sterol regulatory elementbinding protein 1，SREBP1）/SCD1 介導的脂質合成來抑制鐵死亡的發(fā)生[48]。復發(fā)性乳腺癌中上皮間質轉化（epithelial mesenchymaltransformation，EMT）調節(jié)因子TWIST 和SNAIL 以DDR2 依賴的方式顯著誘導腫瘤細胞的鐵死亡[49]。此外，ACSL4、KLF4 也是鐵死亡信號通路中的關鍵分子，它們均可以抑制乳腺癌細胞發(fā)生鐵死亡而維持其惡性生物學特征[50-52]。有關腫瘤抑制因子p53 在鐵死亡中的作用也備受關注。研究發(fā)現(xiàn)[53]，其在腫瘤中抑制或促進鐵死亡的發(fā)生，主要取決于周圍細胞環(huán)境。而目前研究結果顯示，p53 在乳腺癌中主要為促鐵死亡發(fā)生的作用，但其具體分子機制尚有待進一步探究。

引起腫瘤細胞鐵死亡的另一個中心事件是細胞內的鐵積累。研究發(fā)現(xiàn)，高飽和度乳鐵蛋白即全乳鐵蛋白（Iron-saturated Lactoferrin/Holo-Lactoferrin，Holo-Lf）可以顯著增加乳腺癌MDA-MB-231 細胞內的鐵含量，促進ROS 生成，導致細胞鐵死亡的發(fā)生；而低飽和度乳鐵蛋白可以上調SLC7a11 表達，增加GSH 生成，進而抑制MDA-MB-231 細胞的鐵死亡[54]。破壞人乳腺癌細胞中CISD2 的功能可以導致線粒體不穩(wěn)定鐵（mitochondrial labile iron，mLI）立即破壞，并且這種破壞會引起線粒體ROS 水平增強，進而導致鐵死亡的激活[55]。鐵自噬也是調控鐵蛋白水平、調節(jié)體內鐵含量的主要途徑之一，鐵蛋白沉積是誘發(fā)鐵死亡的關鍵；鐵運輸障礙也是導致細胞內鐵含量增加主要原因之一。鐵轉運蛋白-1（ferroportin 1，F(xiàn)PN1）就是一種運載鐵的蛋白，敲除該基因即可導致細胞內鐵超載引起鐵死亡[56]。因此，鐵死亡在乳腺癌演進過程中發(fā)揮著重要作用，誘發(fā)腫瘤細胞的鐵死亡可有效阻止其在患者體內的惡性進展，從而改善患者的生存和預后。

3 鐵死亡在乳腺癌治療中的作用

臨床上對于乳腺癌的治療除了常用的外科手術、放療和化療外，還有個體化靶向治療[57]。但幾乎所有的靶向及化療藥物都會隨著治療時間的延長產生耐藥性。有研究顯示[58，59]，Erastin 可以通過誘導鐵死亡的發(fā)生而顯著提高替莫唑胺、順鉑、阿糖胞苷和阿霉素等藥物的化療效果。因此，鐵死亡為研發(fā)新的抗腫瘤藥物及克服腫瘤耐藥帶來了新希望[60]。近年來，很多學者也在致力于發(fā)掘有效的靶向細胞鐵死亡乳腺癌治療，以期明顯改善其當前治療效果。

我國學者曾報道了一個基于單寧酸（TA）和亞鐵離子[Fe（Ⅱ）]的亞鐵供應納米載體，體內、外腫瘤抑制實驗研究結果顯示，該載體的應用可有效提高腫瘤細胞內ROS 水平，降低GSH 和GPX4 水平，成功誘導了乳腺癌細胞特別是TNBC 細胞的鐵死亡，故該載體的應用有望改善乳腺癌的治療效果[61]?？鼓[ 瘤 新 藥 偶 氮 苯 combretastatin A4（azoben-zenecombretastatin A4，Azo-CA4）納米載體進入乳腺癌細胞內也明顯提升了細胞脂質過氧化，異種移植小鼠模型實驗也進一步證實了其可以通過誘導鐵死亡，降低乳腺癌細胞，特別是TNBC 細胞的活力，從而證實了抗腫瘤新藥Azo-CA4 對乳腺癌，尤其是TNBC 的治療有效性[62]。此外，多種藥物如柳氮磺胺吡啶、姜黃素、丹參、二甲雙胍、利多卡因、西拉美辛和拉帕替尼等，均被證實可通過鐵死亡途徑顯著增強乳腺癌的治療效果[63-65]?；旌献V系白血病（mixed lineage leukemia，MLL）抑制劑MI-463 與硫氧還蛋白還原酶抑制劑金諾芬（auranofin）的聯(lián)合使用，也可通過誘導鐵死亡增強乳腺癌的治療效果，且這種增強效果可被鐵抑素-1（ferrostatin-1）消除，進一步證實了其是通過靶向腫瘤細胞鐵死亡的一種治療方案[66]。

乳腺癌的轉移、擴散和復發(fā)，以及對傳統(tǒng)化療的耐藥性的產生，均與腫瘤干細胞（cancer stem cell，CSCs）的存在密切相關。CSCs 是一種具有自我更新、分化和致瘤性的腫瘤細胞亞群。消除乳腺癌CSCs對于改善當前乳腺癌的治療效果有重要意義。研究發(fā)現(xiàn)[67]，鹽霉素與涂有聚乙二醇的生物相容性金納米顆粒（AuNPs）結合，可誘導乳腺癌細胞內的氧化應激、線粒體功能障礙和脂質氧化，導致鐵死亡的發(fā)生，從而有效消除乳腺癌CSCs。Taylor WR 等[68]也研發(fā)了一類新的小分子鐵死亡誘導劑，體外功能實驗研究發(fā)現(xiàn)，這些化合物對具有CSCs 特性的乳腺癌細胞顯示出更為顯著的細胞毒性。奈拉替尼是一種不可逆泛酪氨酸激酶抑制劑，目前已被證實其也是一種有效的鐵死亡誘導劑，研究者利用一種缺乏ER 表達、但高表達HER-2 的乳腺癌高轉移細胞模型TBCP-1 證實奈拉替尼有效抑制了乳腺癌的生長和轉移[69]。

總之，研發(fā)有效的誘導乳腺癌細胞發(fā)生鐵死亡的藥物，可能對殺傷乳腺癌細胞具有更顯著的作用，抑制腫瘤生長，并有效降低其侵襲、轉移的發(fā)生率，從而明顯改善乳腺癌的治療效果。

4 總結

鐵死亡已成為近年來醫(yī)學界研究的熱點問題之一，它在包括腫瘤在內的很多臨床疾病的治療中均顯示出了巨大的應用潛力。盡管目前其在乳腺癌演進及治療中的作用研究也取得了一定進展，但仍有許多問題亟待解決。首先，雖然細胞內鐵積累和脂質過氧化作為鐵死亡發(fā)生的原因已廣為大家接受，但其中的很多具體分子機制尚未完全詮釋。其次，雖然目前已有很多實驗性研究證實了相關鐵死亡靶點藥物的抗腫瘤活性，但其在乳腺癌臨床治療中的應用還有諸多問題尚未解決。因此，還需要對乳腺癌中鐵死亡發(fā)生的具體調控分子機制進行深入探討，研發(fā)有效的靶向鐵死亡的乳腺癌治療藥物，以期為乳腺癌的進一步防治提供理論參考。