鐵死亡在腎癌進展及治療中的作用研究進展

吳王劍，王超，周逢海

1 蘭州大學第一臨床醫(yī)學院，蘭州 730000；2 甘肅省人民醫(yī)院泌尿外科

腎癌是常見的泌尿系統(tǒng)惡性腫瘤，發(fā)病率僅次于前列腺癌與膀胱癌，占成人所有惡性腫瘤的4.01%和泌尿系統(tǒng)惡性腫瘤的28.48%［1-2］。有相當一部分患者被診斷時處于晚期階段，高達17%的患者在診斷時存在遠處轉移［2］。雖然腎癌的平均5 年生存率高達74%，但晚期腎癌患者的預后特別差，平均5 年生存率僅為8%［3］。目前，針對晚期腎癌患者的靶向與免疫治療取得了一定進展，但對晚期腎癌以及耐藥性腎癌的治療效果仍然不佳。鐵死亡是一種鐵依賴性的由脂質過氧化產物堆積而導致的可調節(jié)性細胞死亡方式，其核心是鐵積累和脂質過氧化引起的細胞損傷［4］。研究發(fā)現(xiàn)，癌細胞比正常細胞對鐵死亡更加敏感，特別是腎癌細胞［5-7］。因此，鐵死亡可作為治療晚期腎癌的新策略。本文對鐵死亡在腎癌進展及治療中的作用作一綜述，為晚期腎癌患者的治療提供新思路。

1 鐵死亡相關機制在腎癌進展中的作用

1.1 鐵代謝 鐵是人體內含量最多的過渡金屬，在人體內參與許多重要的生命活動，如細胞分裂、DNA 修復和染色質重塑等［8］。鐵積累是活性氧的主要來源，是鐵死亡的關鍵參與因素，而且越來越多的研究表明鐵積累與腎癌特別是腎透明細胞癌（ccRCC）的發(fā)生發(fā)展密切相關，其中參與鐵代謝的蛋白有鐵蛋白輕鏈（FTL）、鐵蛋白重鏈（FTH1）、鐵轉運蛋白（FPN）、用于鐵攝取的轉鐵蛋白受體1（TfR1）以及鐵調節(jié)蛋白1、2（IRP1/2）［4，9］。SCHNETZ 等［9］研究發(fā)現(xiàn)，在腎癌中尤其是ccRCC 組織中鐵代謝相關基因顯著上調，ccRCC 組織中FTL、FTH1、TfR1 與IRP1/2 蛋白表達均上調，而FPN 蛋白表達下調，最終表現(xiàn)出保鐵型，即癌細胞內出現(xiàn)鐵積累；但鐵積累并未引起鐵死亡，反而促進了腎癌發(fā)生發(fā)展。FTH1具有亞鐵氧化酶活性，可將Fe2+轉化為Fe3+，后者與FTL結合可有效降低細胞內Fe2+的毒性，避免引起細胞鐵死亡［10］。核受體輔激活因子4（NCOA4）是一種參與鐵蛋白自噬過程的自噬體成分［11］。MOU 等［12］通過TCGA 數據庫分析發(fā)現(xiàn)，鐵蛋白自噬相關基因NCOA4 與腎癌的惡性程度和TNM 分期密切相關。研究表明，NCOA4 是自噬相關基因自噬相關蛋白5（ATG5）和ATG7 的受體，NCOA4 與ATG5、ATG7 結合能夠促進鐵蛋白自噬，進而降低細胞內鐵蛋白含量，升高細胞內亞鐵濃度，促進癌細胞鐵死亡，表明ATG5-ATG7-NCOA4 自噬通路可能是治療腎癌的新靶點［13］。

1.2 脂質過氧化 脂質過氧化是鐵死亡的主要特征之一，驅動著細胞發(fā)生鐵死亡。但ccRCC 細胞中含有豐富的脂滴，卻并未引起鐵死亡。脂滴中的脂類成分比例不一，多不飽和脂肪酸（PUFAs）尤其是花生四烯酸與二十二碳六烯酸在鐵死亡過程中具有重要作用。在ccRCC 組織中，缺氧誘導因子2α（HIF-2α）可通過脂滴相關蛋白（HILPDA）介導來選擇性富集PUFAs。ccRCC 不僅比正常腎細胞對鐵死亡更敏感，而且分期越高的ccRCC 細胞PUFAs 含量越高［6］?？梢?，HIF-2α-HILPDA 軸有望作為治療晚期腎癌的新途徑。但在有些ccRCC 細胞（786-O 系中的FR1 與FR2 細胞）中，即使PUFAs 含量升高，也并未表現(xiàn)出其對鐵死亡的敏感性增加。

ZOU 等［14］研究發(fā)現(xiàn)，多不飽和醚磷脂（PUFAePLs）可促進鐵死亡逃避及敏感性增加，PUFA-ePLs的合成與過氧化物酶體上的過氧化物酶體酶烷基甘油磷酸合酶（AGPS）、脂肪酰基輔酶A 還原酶1（FAR1）、甘油磷酸O-?；D移酶（GNPAT）、內質網上的1-?；视?3-磷酸O-酰基轉移酶3（AGPAT3）和血漿乙醇胺去飽和酶1（PEDS1）均有關。FR1 與FR2 細胞可通過AGPS 的自發(fā)下調而降低PUFAePLs 水平，進而降低癌細胞對鐵死亡的敏感性，促進癌細胞的增殖和轉移。因此，通過調節(jié)AGPS 表達來調節(jié)癌細胞鐵死亡的敏感性，可作為對鐵死亡不敏感癌細胞的一種治療策略。

轉錄因子核因子類紅細胞2 相關因子2（Nrf2）是與鐵死亡密切相關的溶質載體家族7 成員11（SLC7A11），也是谷胱甘肽過氧化物酶4（GPX4）的上游分子，是細胞抗氧化反應的關鍵調節(jié)因子，可使細胞免受脂質過氧化產物4-羥基-2-壬烯醛和丙二醛的破壞，進而抑制鐵死亡的發(fā)生。研究表明，Nrf2及其通路表達與腎癌分級、分期以及對靶向藥物的耐藥情況和不良預后有關［15-16］。因此，Nrf2 可作為未來治療晚期腎癌的潛在靶點。但是，目前對Nrf2抑制劑的研究尤其是其在腎癌方面少之又少。目前發(fā)現(xiàn)的Nrf2 抑制劑包括在肺癌研究中的丙酸氯倍他索和在頭頸癌研究中的葫蘆巴堿，這兩種化合物均可增強腫瘤細胞對鐵死亡的敏感性［17-18］。而在腎癌中應用丙酸氯倍他索或葫蘆巴堿是否有相似的效果，仍需進一步研究。

1.3 System Xc--GSH-GPX4 軸 System Xc-可將細胞外胱氨酸轉運到細胞內，將細胞內的谷氨酸轉運至細胞外，由此進一步合成谷胱甘肽（GSH），GPX4利用GSH 中和活性氧引起的脂質過氧化，進而抑制細胞鐵死亡。XU 等［19］研究發(fā)現(xiàn)，與正常腎組織相比，SLC7A11 在腎癌組織中高表達，并通過促進GPX4 表達來抑制鐵死亡，促進腎癌細胞增殖、遷移和侵襲，表明SLC7A11 是預防腎癌進展成轉移性腎癌的治療靶點之一。GSH 作為細胞內重要的抗氧化劑，可中和脂質過氧化產物。γ 谷氨酰轉移酶1（GGT1）可催化細胞外GSH 裂解，為細胞內GSH 的產生提供半胱氨酸，是GSH 補救途徑的一個組成部分。BANSAL 等［20］研究發(fā)現(xiàn)，ccRCC 細胞系（786-O和RCC10）中GGT1 水平顯著升高，且GGT1 可通過促進GSH 合成，防止腫瘤細胞脂質過氧化導致的鐵死亡，從而促進腫瘤細胞的增殖和轉移。研究顯示，GGT1 抑制劑OU749 的不良反應小、療效好，可作為治療ccRCC的有潛力的新手段［21］。Kruppel樣因子2（KLF2）是Kruppel 樣因子家族轉錄因子成員之一，其特征是含有鋅指的DNA 結合域。最近研究發(fā)現(xiàn)，KLF2 參與了各種腫瘤如肝癌、腎癌等的發(fā)生發(fā)展［22-23］。KLF2 表達下調與ccRCC 的TNM 分期有顯著相關關系，并且KLF2 低表達的ccRCC 患者總生存期與無轉移生存期明顯縮短；該研究制備了ccRCC 肺轉移小鼠模型，發(fā)現(xiàn)與KLF2 低表達組相比，KLF2過表達組肺轉移結節(jié)更小、數量明顯更少；進一步研究發(fā)現(xiàn)，KLF2 可通過與ccRCC 中的GPX4啟動子結合，從而下調GPX4 表達，使得ccRCC 細胞免受鐵死亡，進而促進腫瘤細胞轉移［23］。因此，System Xc-GSH-GPX4 軸在腎癌的發(fā)生發(fā)展過程中具有重要作用，是未來利用鐵死亡治療晚期腎癌甚至是耐藥性腎癌的新策略。

2 鐵死亡在腎癌治療中的作用

鐵死亡是一種新興的癌癥抑制策略，如何快速篩選出對鐵死亡誘導劑敏感的腎癌患者仍然是一個具有挑戰(zhàn)性的問題。18F-TRX-PET 可用于預測腫瘤對鐵靶向治療的敏感性，但其在臨床診療中的費用較高，限制了其在臨床中的應用［24］。原位檢測技術可檢測腫瘤組織對鐵死亡的敏感性，該技術使用高功率激光誘導細胞或組織樣本局部PUFAs ?；l(fā)生脂質過氧化，并原位顯示細胞或組織對鐵死亡誘導劑的敏感性［25］。因此，原位檢測是一種成本較低、操作便捷的成像技術，有望對癌癥患者進行鐵死亡敏感性的快速分級，加快鐵死亡靶向抗癌治療的發(fā)展。

2.1 鐵死亡與ccRCC 的免疫治療 隨著鐵死亡的機制不斷被揭示，越來越多的研究提示鐵死亡與腫瘤微環(huán)境密切相關。NCOA4 是一種參與鐵蛋白FTH1 和FTL 自噬過程的自噬體成分，可降解鐵蛋白、釋放亞鐵、促進細胞鐵死亡，但NCOA4 在ccRCC組織中普遍低表達。HU 等［26］通過TCGA 數據庫發(fā)現(xiàn)，鐵代謝相關蛋白FTH1和FTL在大多數實體腫瘤組織中表達升高，并與調節(jié)T 細胞（Treg）和腫瘤相關巨噬細胞（TAMs）尤其是M2 巨噬細胞的浸潤有關。研究發(fā)現(xiàn)，TAMs 中M2 巨噬細胞衍生的鐵可通過FPN 輸出，并分泌一種鐵轉運蛋白lipocalin-2（LCN-2）作為鐵的載體，將鐵轉運至ccRCC 細胞，從而促進ccRCC 細胞增殖，這與患者的不良預后呈正相關關系［9-11］。Treg 細胞是創(chuàng)造免疫抑制性腫瘤微環(huán)境的主要因素，腫瘤內Treg 細胞浸潤與ccRCC 較高的病理分期和患者不良預后有關［27］。因此，NCOA4 是鐵死亡與免疫治療相互聯(lián)系的關鍵分子。研究顯示，鐵死亡相關基因CARS 是潛在的免疫浸潤相關鐵死亡調節(jié)劑，其高表達提示患者預后不佳，并與ccRCC 中的PD-L1 表達呈正相關關系，這表明CARS 是ccRCC 免疫治療的潛在靶點［28］。上述研究說明鐵死亡中鐵代謝及其相關基因可能成為ccRCC免疫治療的切入點。

2.2 鐵死亡與ccRCC 的靶向治療 靶向治療是ccRCC的一線治療方案，具有良好的臨床效果，但是隨著靶向藥物的不斷應用，部分患者表現(xiàn)出耐藥性。鐵死亡作為新發(fā)現(xiàn)的可調控的細胞死亡方式，在腎癌的發(fā)生發(fā)展中具有重要作用。以往研究多提示鐵死亡與鐵代謝紊亂密切相關，但新近研究顯示鋅在鐵死亡過程中具有與鐵類似的作用［29］。鋅在細胞器與細胞質之間的轉運是通過SLC39 家族（ZIP）或SLC30（ZNT）家族中的轉運蛋白進行的，其中ZIP7 與鋅共同參與了細胞鐵死亡；降低ZIP7 表達后RCC4 細胞能夠免受erastin 誘導的鐵死亡，但補充ZnCl2可消除這種保護作用，可見ZIP7 也可作為ccRCC的潛在治療靶點［29］。

ccRCC 腫塊內有多種亞細胞系，對鐵死亡的敏感性不一，如何提高各種細胞系對鐵死亡的敏感性，進而提高鐵死亡誘導劑的療效仍然是有待解決的問題。研究顯示，鐵死亡易感性受細胞密度和融合度的影響很大，其中細胞密度通過Hippo 通路影響細胞對鐵死亡的敏感性，進一步研究發(fā)現(xiàn)Hippo 通路存在兩條相互補償的下游分子路徑，即Yes 相關蛋白（YAP）-S 期激酶相關蛋白2（SKP2）和含有WW 結構域的轉錄調節(jié)因子1（TAZ）-上皮膜蛋白1（EMP1）-煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶4（NOX4），在腎癌細胞中以TAZ 路徑為主［30］。NOX4可產生并累積超氧化物和過氧化氫，從而促進脂質過氧化和鐵死亡的發(fā)生，而上調SKP2能夠促進蘇氨酸酪氨酸激酶和轉鐵蛋白受體mRNA 表達，從而有助于鐵死亡［31］?？梢奌ippo 通路主要通過SKP2 與NOX4 參與調節(jié)鐵死亡，這為ccRCC 的治療提供了新見解。

2.3 鐵死亡與ccRCC 的納米治療 隨著材料科學的發(fā)展，越來越多的研究發(fā)現(xiàn)納米顆粒能夠誘導包括肺癌、乳腺癌、肝癌等多種腫瘤細胞發(fā)生鐵死亡［32］。納米顆粒具有提高小分子鐵死亡誘導劑的溶解度、靶向性增強、全身毒性較低、藥物釋放可控性以及聯(lián)合新興療法的協(xié)同作用優(yōu)勢，可見納米顆粒在腫瘤治療上具有廣闊的發(fā)展前景［33］。最近一項研究發(fā)現(xiàn)，在786-O 細胞中使用多肽修飾的含氧化鐵（Fe3O4）的1H-全氟戊烷（1H-PFP）納米制劑（GBP@Fe3O4）可觸發(fā)熱介導的鐵死亡，在808 nm 的激光照射下，局部的中等熱量（45 ℃）觸發(fā)了1H-PFP 的液態(tài)—氣態(tài)轉變，導致Fe3O4納米顆粒的快速釋放，在腫瘤微環(huán)境中通過芬頓反應產生大量的活性氧；同時，熱應激降低了GSH 的合成，抑制了腫瘤細胞的抗氧化反應，進一步加重了活性氧引起的損傷；與此同時，腫瘤細胞發(fā)生脂質代謝重編程，產生大量的脂質過氧化物，最終導致腫瘤特異性鐵死亡［34］。由此可見，納米技術在未來將是治療ccRCC 的一種很有潛力的手段，但目前仍處于基礎研究階段，其在臨床治療中的研究較少，安全性需要進一步驗證。

綜上所述，參與鐵死亡發(fā)生的主要機制——鐵代謝、脂質過氧化以及System Xc-GSH-GPX4 軸等均與腎癌進展密切相關，并且在晚期腎癌的免疫治療、靶向治療以及未來極具潛力的納米治療中發(fā)揮重要作用，但鐵死亡如何調節(jié)腎癌腫瘤微環(huán)境中的免疫細胞浸潤以及如何促進M2 巨噬細胞向M1 巨噬細胞轉化仍不清楚。目前鐵死亡誘導劑因其在體內的溶解度低、靶向性弱、全身毒性較高等缺點，仍然停留在細胞研究與動物研究階段；隨著納米技術的發(fā)展，將鐵死亡誘導劑與納米顆粒結合可能能夠克服誘導劑的缺點，但其在臨床中的研究較少，仍需深入研究。