鐵死亡與胃癌的研究進(jìn)展*

李瑞林，張彩虹，劉 剛，周 迪，郭 雪 綜述，左 媛 審校

1.內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)第二附屬醫(yī)院醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)中心，呼和浩特 010030；2.內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院檢驗(yàn)科,呼和浩特 010050

在正常生理狀態(tài)下，多不飽和脂肪酸(PUFA)經(jīng)常會(huì)被脂氧合酶氧化，但立即被谷胱甘肽過(guò)氧化物酶4(GPX4)及其輔因子谷胱甘肽(GSH)還原[1]。然而，當(dāng)GPX4被抑制或GSH被耗盡時(shí)，PUFA不能被及時(shí)還原，使脂質(zhì)過(guò)氧化物在細(xì)胞中過(guò)度積累，導(dǎo)致細(xì)胞死亡，這種死亡方式稱(chēng)為鐵死亡[2-3]。這一新型的細(xì)胞死亡方式，廣泛參與神經(jīng)退行性疾病、器官缺血性疾病、癌癥[3]。腫瘤的治療一直是世界的難點(diǎn)，胃癌的發(fā)病率在所有惡性腫瘤中位居第5位，但死亡率卻居第3位，這與胃癌的復(fù)發(fā)、轉(zhuǎn)移和耐藥性相關(guān)[4-5]。本文闡述了胃癌與鐵死亡的相關(guān)機(jī)制，旨在為胃癌的診治提供新思路。

1 鐵死亡的調(diào)控途徑

鐵死亡細(xì)胞的主要特征是線(xiàn)粒體濃縮，雙層膜通透性增加，線(xiàn)粒體嵴減少或缺失。鐵代謝與脂質(zhì)作用會(huì)產(chǎn)生有毒的活性氧(ROS)，體內(nèi)的抗氧化劑會(huì)清除ROS，保持穩(wěn)態(tài)，但細(xì)胞脂質(zhì)過(guò)氧化物的過(guò)多積累，就會(huì)觸發(fā)細(xì)胞質(zhì)膜破裂，導(dǎo)致鐵死亡。有關(guān)鐵死亡的調(diào)控途徑如下。

1.1Xc-GSH依賴(lài)性途徑 調(diào)節(jié)鐵死亡的主要途徑是谷氨酸-胱氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)體-Xc系統(tǒng)，轉(zhuǎn)運(yùn)體系Xc由溶質(zhì)載體家族7成員11(SLC7A11)和溶質(zhì)載體家族3成員2(SLC3A2)組成。GPX4具有重要的抗鐵死亡作用，將細(xì)胞內(nèi)的有毒脂質(zhì)過(guò)氧化物轉(zhuǎn)化為無(wú)毒脂質(zhì)醇，GSH是GPX4的輔因子，是調(diào)節(jié)鐵死亡的關(guān)鍵成分，而GSH的合成依賴(lài)Xc系統(tǒng)[6]。

1.2鐵死亡抑制蛋白1(Fep1)依賴(lài)途徑 Fep1依賴(lài)途徑，被報(bào)道是一種新的且獨(dú)立于GPX4調(diào)控鐵死亡的途徑。FSP1是該途徑中主要的鐵死亡抑制蛋白，它與輔酶Q10協(xié)同作用催化泛醌轉(zhuǎn)化為泛醇，防止細(xì)胞膜脂質(zhì)過(guò)氧化[7-8]。

1.3二氫口酸脫氫酶(DHODH)依賴(lài)途徑 MAO等[9]于2021年發(fā)現(xiàn)了DHODH依賴(lài)途徑，DHODH也通過(guò)將泛醌還原成泛醇來(lái)介導(dǎo)鐵死亡，這種現(xiàn)象在線(xiàn)粒體中獨(dú)特存在[9]。

1.4電壓依賴(lài)性陰離子通道(VDACs) 位于線(xiàn)粒體外膜上，是運(yùn)輸離子和代謝產(chǎn)物的重要通道。異常開(kāi)放的VDACs會(huì)導(dǎo)致線(xiàn)粒體代謝增加，ROS生成增多，脂質(zhì)過(guò)氧化作用增強(qiáng)，最終導(dǎo)致鐵死亡[10]。

2 鐵死亡的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子

2.1鐵穩(wěn)態(tài) 細(xì)胞內(nèi)鐵的平衡主要由鐵的儲(chǔ)存和輸出來(lái)決定。鐵調(diào)節(jié)蛋白1(IRP-1)和鐵調(diào)節(jié)蛋白2(IRP-2)是參與鐵代謝的重要轉(zhuǎn)錄因子，可靶向調(diào)節(jié)運(yùn)輸鐵的轉(zhuǎn)鐵蛋白(TF)和轉(zhuǎn)鐵蛋白受體1(TFR1)。相反，鐵卟啉，又稱(chēng)溶質(zhì)載體家族40成員1(SLC40A1)，主要調(diào)控鐵的輸出，被認(rèn)為是鐵死亡的負(fù)調(diào)節(jié)因子[11]。除了通過(guò)鐵轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)調(diào)節(jié)細(xì)胞鐵水平外，游離細(xì)胞鐵也可以通過(guò)鐵的儲(chǔ)存來(lái)調(diào)節(jié)。鐵蛋白是IRP1和IRP2的另一個(gè)靶點(diǎn)，與游離細(xì)胞鐵結(jié)合，防止細(xì)胞發(fā)生鐵死亡[12]。通過(guò)降低鐵的貯存或者增加鐵的攝取來(lái)調(diào)控細(xì)胞鐵水平，可導(dǎo)致鐵超載，最終導(dǎo)致鐵死亡。鐵是一種氧化還原劑，易與H2O2發(fā)生芬頓(Fenton)反應(yīng)，產(chǎn)生對(duì)細(xì)胞具有氧化損傷的羥自由基，誘導(dǎo)脂質(zhì)過(guò)氧化。許多研究表明，鐵代謝相關(guān)的基因是鐵死亡不可缺少的元素。YANG等[13]觀察到，磷酸化酶激酶催化亞基γ2(PHKG2)通過(guò)調(diào)節(jié)游離Fe2+離子水平正向調(diào)控鐵死亡，而抑制PHKG2的表達(dá)則表現(xiàn)出鐵螯合效應(yīng)。核受體共激活因子4(NCOA4)可將鐵蛋白運(yùn)送到自噬體，通過(guò)降解鐵蛋白，釋放游離鐵到細(xì)胞質(zhì)中。下調(diào)NCOA4的表達(dá)可降低人胰腺癌細(xì)胞(PANC1)和人纖維肉瘤細(xì)胞(HT-1080)對(duì)鐵死亡的敏感性。此外，如NRF2、熱休克蛋白β-1和CDGSH含鐵硫結(jié)構(gòu)域蛋白1(CISD1)，也可以影響細(xì)胞對(duì)鐵死亡的敏感性[14]。

2.2GSH穩(wěn)態(tài) GSH是細(xì)胞內(nèi)的重要抗氧化劑，是由L-谷氨酸、L-半胱氨酸和甘氨酸合成的，因此這些氨基酸的濃度會(huì)影響細(xì)胞內(nèi)GSH濃度。系統(tǒng)XC主要介導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)L-谷氨酸和胞外L-胱氨酸的交換，胱氨酸被還原為半胱氨酸，促進(jìn)GSH的合成，維持GSH穩(wěn)態(tài)。有研究表明，在氧化應(yīng)激下，胱硫氨酸-b合成酶通過(guò)促進(jìn)蛋氨酸轉(zhuǎn)化為半胱氨酸，從而促進(jìn)GSH的合成[15-16]。因此，即使細(xì)胞內(nèi)Xc系統(tǒng)被抑制，通過(guò)轉(zhuǎn)硫途徑也可合成半胱氨酸，也說(shuō)明Xc系統(tǒng)抑制劑不能完全殺死細(xì)胞。

OTTESTAD-HANSEN等[17]的研究表明谷氨酸的攝取和GSH的合成可能通過(guò)影響Xc系統(tǒng)，介導(dǎo)鐵死亡的發(fā)生。erastin、磺胺嘧啶(SAS)、高濃度的谷氨酸及Xc體系的小分子抑制劑，可阻礙細(xì)胞攝取半胱氨酸，破壞細(xì)胞內(nèi)GSH穩(wěn)態(tài)，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)GSH的缺乏和鐵死亡[18]。而用β-巰基乙醇將胱氨酸轉(zhuǎn)化為半胱氨酸后，半胱氨酸可被轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞旁路系統(tǒng)Xc中，因此，β-巰基乙醇處理可以阻止Xc系統(tǒng)誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡[19]。

GPX4是調(diào)控鐵死亡進(jìn)程的主要過(guò)氧化物酶，對(duì)防止鐵死亡至關(guān)重要。GPX4抑制劑RSL3是一種參與鐵死亡調(diào)控的小分子化合物，通過(guò)共價(jià)鍵直接靶向抑制GPX4的活性。GSH是GPX4的輔助因子，其缺乏癥也可間接阻滯GPX4的功能[6]。因此，GSH的耗竭和GPX4的抑制在鐵死亡過(guò)程中起著非常重要的作用。

2.3多不飽和脂肪酸穩(wěn)態(tài) 脂肪酸(F7As)主要包括多不飽和脂肪酸(PUFAs)、飽和脂肪酸(SFAs)和單不飽和脂肪酸(MUFAs)。參與調(diào)節(jié)PUFA合成膜磷脂的脂酶可觸發(fā)鐵死亡，主要脂酶有ACSL4、LPCAT3、15-LOX/PEBP1等。鐵死亡主要發(fā)生在質(zhì)膜磷脂酰乙醇胺(PES)中，它由兩個(gè)特定的脂肪酸鏈——花生四烯酸(AA)和腎上腺素(Ada)組成[20]。長(zhǎng)鏈脂肪酸蛋白5(ELOVL5)和脂肪酸去飽和酶1(FADS1)可阻斷脂肪酸伸長(zhǎng)，阻礙AA和Ada的合成，能有效抑制鐵死亡[5]。

?；o酶A合成酶長(zhǎng)鏈家族成員4(ACSL4)，是一種重要的脂代謝調(diào)節(jié)因子，是脂肪酸分解代謝的關(guān)鍵酶，ACSL4可以激活長(zhǎng)鏈多不飽和脂肪酸并參與膜磷脂的合成，如ACSL4促進(jìn)AA和Ada酯化為PE。雖然溶血磷脂酰膽堿酰基轉(zhuǎn)移酶3(LPCAT3)也能催化?；腁A插入到膜磷脂中并觸發(fā)鐵死亡，而與ASCL4相比，其對(duì)鐵死亡的影響較小[21]。值得注意的是，在質(zhì)膜上用MUFA代替PUFA，可以抑制脂質(zhì)ROS的積累，防止鐵死亡[22]。

脂肪氧合酶(LOX)是一種非血紅素、含鐵的酶效應(yīng)蛋白，介導(dǎo)鐵死亡相關(guān)過(guò)氧化物的形成。目前的研究表明，LOX主要與PEBP1形成復(fù)合物，PEBP1通過(guò)變構(gòu)調(diào)節(jié)LOX，使其調(diào)節(jié)鐵死亡信號(hào)通路sn2-15-氫過(guò)氧基-二十碳四烯基-磷酸二乙醇胺(sn2-15-HpETE-PE)，從而引發(fā)鐵死亡[23]。LOX/PEBP1復(fù)合物在多種不飽和脂肪酸中是如何選擇特定的脂肪酸進(jìn)行氧化的機(jī)制仍然未知，還需后續(xù)的進(jìn)一步研究。

3 鐵死亡在胃癌中的作用

胃癌的大多數(shù)患者是在晚期診斷的，對(duì)于晚期患者，放化療和手術(shù)治療仍不理想，治療效果差，耐藥性增加。諸多研究發(fā)現(xiàn)多個(gè)鐵死亡相關(guān)基因可作為胃癌患者的診斷和預(yù)后指標(biāo)，有助于胃癌的診斷和治療，LIU等[24]發(fā)現(xiàn)了GABARAPL1、ZFP36、DUSP1、TXNIP、NNMT、MYB、PSAT1和CXCL2；HUO等[25]發(fā)現(xiàn)了AKAP12、DUSP1、EFNA3、LOX、PIM1、SERPINE1、STC1和ZFP36；CHEN等[26]發(fā)現(xiàn)了NADPH氧化酶4(NOX4)、NOX5、SLC1A5、GLS2、MYB、TGFBR1、NF2、ZFP36、DUSP1、SLC1A4和SP1；JIANG等[27]發(fā)現(xiàn)了TCFBR1、MYB、NFE2L2、ZFP36、TF、SLC1A5、NF2和NOX4；黃玉等[28]NOX4、NOX5、GLS2、MYB、TGFBR、DUSP1、SLC1A4、NF2。

部分鐵死亡相關(guān)基因直接調(diào)控GPX4/GSH系統(tǒng)。例如，MYB是一種原癌轉(zhuǎn)錄因子，調(diào)節(jié)GPX4在鐵死亡過(guò)程中的表達(dá)[29]。磷酸轉(zhuǎn)氨酶1(PSAT1)通過(guò)促進(jìn)GSH合成而抑制鐵死亡[30]。SLC1A5是攝取谷氨酰胺的必要條件，谷氨酰胺是合成GSH的關(guān)鍵底物[31]。此外，調(diào)控ROS和脂質(zhì)過(guò)氧化物合成的基因也被確定為鐵死亡的生物標(biāo)志物，如LOX、NADPH氧化酶4(NOX4)和ZFP36。據(jù)報(bào)道，RNA結(jié)合蛋白ZFP36可調(diào)節(jié)細(xì)胞對(duì)脂質(zhì)過(guò)氧化的反應(yīng)，保護(hù)細(xì)胞免于鐵死亡[32],ZFP36作為幾項(xiàng)研究的共有基因，與胃癌的臨床預(yù)后有密切關(guān)系。在這些獨(dú)立研究中，雖然鐵死亡相關(guān)的基因有很大的差異，但胃癌與鐵死亡的密切關(guān)系是不容忽視的，目前還不清楚這些相關(guān)基因?qū)ξ赴┚唧w的早期診斷作用。

在胃癌細(xì)胞中，GPX4的表達(dá)較正常腸細(xì)胞低，表現(xiàn)出對(duì)鐵死亡更加敏感。研究表明，抑制GPX4的活性能有效地誘導(dǎo)胃癌細(xì)胞鐵死亡。阿帕替尼是血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子受體-2(VEGFR2)的小分子抑制劑，它降低了胃癌細(xì)胞GPX4的表達(dá)，抑制了轉(zhuǎn)錄因子甾醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白1α(SREBP-1α)的表達(dá)已被證明是治療胃癌的有效藥物[33]。近期研究表明，穿心蓮?fù)ㄟ^(guò)調(diào)節(jié)鐵死亡相關(guān)基因具有抗胃癌作用[34]。另一個(gè)調(diào)節(jié)胃癌鐵死亡的治療靶點(diǎn)是Xc-轉(zhuǎn)運(yùn)體系。作為一種經(jīng)典的鐵死亡誘導(dǎo)劑，伊拉斯汀通過(guò)抑制SLC7A11/XCT系統(tǒng)，觸發(fā)鐵死亡，抑制胃癌細(xì)胞的存活[35]。ZHANG等[36]研究表明，麥冬皂苷B通過(guò)阻斷GPX4/xCT依賴(lài)的鐵死亡途徑誘導(dǎo)胃癌細(xì)胞死亡。

在胃癌中，除了GPX4/GSH系統(tǒng)外，直接參與鐵死亡調(diào)控的多種功能蛋白也發(fā)生了顯著變化。例如，硬脂酰輔酶A去飽和酶1(SCD1)可將飽和脂肪酸轉(zhuǎn)化為MUFA，SCD1的高表達(dá)與胃癌細(xì)胞的生長(zhǎng)和鐵死亡的抑制有關(guān)，可作為預(yù)測(cè)胃癌預(yù)后的生物標(biāo)志物[37]。在間充質(zhì)型胃癌細(xì)胞中，極長(zhǎng)鏈脂肪酸蛋白5(ELOVL5)和脂肪酸去飽和酶1(FADS1)的表達(dá)上調(diào)，AA和Ada的合成增多，表現(xiàn)出對(duì)鐵死亡更敏感[5]。此外，鐵死亡也是由轉(zhuǎn)錄因子間接調(diào)節(jié)的，胞質(zhì)多腺苷酸結(jié)合蛋白(CPEB)是調(diào)節(jié)mRNA翻譯的關(guān)鍵因子,CPEB的低表達(dá)與胃癌的轉(zhuǎn)移有關(guān)[38]。CPEB1的減少增加了激活轉(zhuǎn)錄因子4(ATF4)抑制劑Twist1的表達(dá)，從而減弱了ATF4/GSH特異性γ-谷氨酰環(huán)轉(zhuǎn)移酶1(CHAC1)通路[38]。CHAC1的降低是為了抑制GSH的降解，進(jìn)一步保護(hù)胃癌細(xì)胞免于鐵死亡。

此外，miRNA和環(huán)狀RNA的失調(diào)也與鐵死亡相關(guān)的胃癌有關(guān)。例如，大黃素甲醚-8-O-葡萄糖苷(PG)通過(guò)miR-103a-3p/磷酸谷氨酰胺酶(GLS2)通路增加GLS2的表達(dá)而促進(jìn)鐵死亡[39]。GLS2是p53誘導(dǎo)調(diào)節(jié)因子，將谷氨酰胺轉(zhuǎn)化為谷氨酸，用于GSH的合成。因此，miR-103a-3p通過(guò)改變細(xì)胞GSH水平來(lái)調(diào)控胃癌。此外，左旋丁哌卡因是一種局部麻醉劑，通上調(diào)miR-489-3p，作用于SLC7A11/xCT靶點(diǎn)來(lái)抑制胃癌[40]。有研究發(fā)現(xiàn)，miRNAs和環(huán)狀RNAs可被外泌體轉(zhuǎn)運(yùn)，通過(guò)旁分泌信號(hào)在腫瘤微環(huán)境中調(diào)節(jié)鐵死亡，如癌癥相關(guān)成纖維細(xì)胞分泌的外泌體miR-522可通過(guò)調(diào)控花生四烯酸酯氧合酶15(ALOX15)來(lái)間接調(diào)控細(xì)胞的鐵死亡[41]。近期，許多研究表明，與鐵死亡相關(guān)的長(zhǎng)鏈非編碼RNA即Lnc RNA也參與胃癌的調(diào)控，可能成為胃癌的診斷和預(yù)后標(biāo)志物[42-43]。

在全球范圍內(nèi)，超過(guò)50%的人感染了幽門(mén)螺桿菌。而幽門(mén)螺桿菌誘導(dǎo)的胃癌也可通過(guò)鐵死亡的激活而減輕。miR-375曾被報(bào)道能通過(guò)降低Janus激酶2-信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活因子3(JAK2-STAT3)抑制幽門(mén)螺桿菌誘導(dǎo)的胃癌[44]。最近的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，miR-375可直接抑制谷氨酸/胱氨酸反轉(zhuǎn)運(yùn)體SLC7A11/xCT，降低細(xì)胞內(nèi)GSH水平，觸發(fā)了鐵死亡過(guò)程[45]。

已有研究報(bào)道，胃癌等腫瘤患者癌組織或血清中的生長(zhǎng)分化因子GDF15(GDF15)水平升高，而且GDF15水平升高與腫瘤患者預(yù)后不良有關(guān)，表明GDF15有望成為腫瘤進(jìn)展的預(yù)測(cè)指標(biāo)[46]。CHEN等[46]研究表明，敲低胃癌細(xì)胞MGC803 中GDF15，可使 SLC7A11 表達(dá)降低進(jìn)而抑制system Xc-活性,促進(jìn)erastin誘導(dǎo)的胃癌細(xì)胞鐵死亡。

4 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，鐵死亡與胃癌有密切關(guān)系，很可能成為胃癌預(yù)后和治療的新靶點(diǎn)，化療藥物的耐藥性成為胃癌患者治療的一大問(wèn)題，激活轉(zhuǎn)錄因子3(ATF3)可能通過(guò)阻斷Nrf2/Keap1/xCT信號(hào)通路誘導(dǎo)鐵死亡，增加胃癌細(xì)胞對(duì)順鉑的敏感性，為耐藥患者提供了一種有效的治療方法[47]。鐵死亡在調(diào)控細(xì)胞死亡中有重要的作用，需繼續(xù)研究其對(duì)腫瘤的調(diào)控機(jī)制，研制靶向藥物，高效有選擇性的殺死腫瘤細(xì)胞。