趙倩倩,孫之,潘月眉,胡雪雪,王傳璽
肺癌是全世界范圍內(nèi)死亡率最高的惡性腫瘤[1],其中非小細(xì)胞肺癌(non-small cell lung cancer,NSCLC)占85%。晚期NSCLC治療通常包括化療、放療,以及目前新興的免疫治療和靶向治療等[2],其中,免疫檢查點(diǎn)抑制劑(immune checkpoint inhibitors, ICIs)旨在增強(qiáng)免疫系統(tǒng),發(fā)揮抗腫瘤作用。近年來(lái),免疫治療在晚期NSCLC中得到了廣泛的應(yīng)用,其效果在腫瘤早期治療中可謂鼓舞人心,但總有效率僅有20%,主要是因?yàn)槟[瘤細(xì)胞與腫瘤微環(huán)境(tumor microenvironment,TME)之間的免疫調(diào)節(jié)相互作用,共同介導(dǎo)腫瘤的免疫耐受,從而影響對(duì)免疫治療的陽(yáng)性反應(yīng)。鐵死亡作為一種新的細(xì)胞死亡形式,在許多疾病中起著重要作用,特別是影響腫瘤的惡性進(jìn)展和抗腫瘤治療[3]。研究表明,靶向鐵死亡有望提高抗腫瘤免疫治療的療效,提示鐵死亡與免疫治療之間存在潛在的關(guān)系。因此,本文擬對(duì)鐵死亡在晚期NSCLC免疫治療及免疫治療耐藥中的作用及研究進(jìn)展進(jìn)行綜述,為后續(xù)研究提供參考和提示。
鐵死亡是Dixon在2012年首次提出的一種新的調(diào)控性細(xì)胞死亡方式。與自噬和凋亡不同,鐵死亡是一種依賴(lài)鐵和活性氧(reactive oxygen species,ROS)的細(xì)胞死亡[4],其特征主要是細(xì)胞學(xué)變化,包括線(xiàn)粒體嵴減少或消失,線(xiàn)粒體外膜破裂,線(xiàn)粒體膜濃縮。鐵死亡受多種細(xì)胞代謝途徑調(diào)控,包括氧化還原穩(wěn)態(tài)、鐵穩(wěn)態(tài)和脂質(zhì)代謝等,見(jiàn)表1。
表1 鐵死亡調(diào)控途徑及分子的具體作用Table 1 Specific roles of ferroptosis regulatory pathways and molecules
氧化還原穩(wěn)態(tài)經(jīng)典通路為SLC7A11-GPX4。谷胱甘肽過(guò)氧化物酶4(GPX4)是一種硒蛋白,使用GSH作為必需的輔因子,可以減少細(xì)胞膜中的過(guò)氧化氫[5],是鐵死亡的關(guān)鍵抑制劑。胞膜上的谷氨酸/半胱氨酸反向轉(zhuǎn)運(yùn)體(systemXc-)將半胱氨酸與谷氨酸以1:1的比例轉(zhuǎn)運(yùn),半胱氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入細(xì)胞內(nèi),繼而在細(xì)胞內(nèi)合成谷胱甘肽(GSH)[6-7]。GSH可通過(guò)GPX4轉(zhuǎn)化為氧化谷胱甘肽(GSSG),恢復(fù)活性氧和活性氮,從而限制脂質(zhì)過(guò)氧化在膜內(nèi)的擴(kuò)散,緩解鐵死亡引起的氧化應(yīng)激損傷。
最近的研究表明,F(xiàn)SP1-CoQ是一種與GPX4途徑平行的抗氧化系統(tǒng)[8],僅作用于GPX4耗盡的細(xì)胞。FSP1是一種氧化還原酶,通過(guò)n端肉豆蔻?;荒技劫|(zhì)膜上,將泛醌(CoQ10)還原為親脂性自由基清除劑泛醇(CoQ10H2),從而限制脂質(zhì)過(guò)氧化物(ROS)在沒(méi)有GPX4的情況下在膜上的積累[8]。CoQ10是甲羥戊酸代謝途徑的產(chǎn)物之一,抑制甲羥戊酸代謝途徑會(huì)誘導(dǎo)鐵死亡的發(fā)生。
鐵是生命體中不可缺少的微量元素,游離亞鐵離子(Fe2+)是鐵死亡的主角。細(xì)胞內(nèi)過(guò)量的亞鐵離子會(huì)發(fā)生Fenton反應(yīng),導(dǎo)致ROS積累,ROS可被多不飽和脂肪酸(PUFA)氧化,導(dǎo)致脂質(zhì)過(guò)氧化物大量積累,從而造成DNA損傷[4]。當(dāng)體內(nèi)Fe2+過(guò)載,超過(guò)了鐵蛋白的緩沖能力,核受體共激活因子4(NCOA4)與鐵蛋白重鏈FTH1形成鐵蛋白復(fù)合物,靶向溶酶體進(jìn)行“鐵蛋白自噬”,促進(jìn)鐵蛋白降解[9],F(xiàn)e2+被釋放出來(lái),以游離形式存在于細(xì)胞內(nèi)。另外,進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)的二價(jià)鐵也被儲(chǔ)存在血紅素中,后者在血紅素加氧酶-1(HO-1)的催化下釋放Fe2+,在心肌細(xì)胞中積累并誘導(dǎo)鐵死亡[9]。核因子-紅系2相關(guān)因子2(Nrf2)在接受外部刺激時(shí)從Keap1上解離,轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核,與啟動(dòng)子區(qū)結(jié)合,并激活下游分子HO-1,介導(dǎo)鐵過(guò)載鐵死亡[10]。
脂質(zhì)過(guò)氧化是鐵死亡發(fā)生的重要標(biāo)志,其通過(guò)以下途徑引起細(xì)胞損傷:首先,芬頓反應(yīng)產(chǎn)生的脂質(zhì)過(guò)氧化物與亞鐵粒子反應(yīng)產(chǎn)生ROS,加重了鐵死亡;其次,脂質(zhì)過(guò)氧化物的醛降解產(chǎn)物4-HNE和MDA產(chǎn)生細(xì)胞毒性;最后,過(guò)氧化物反應(yīng)干擾細(xì)胞膜的滲透性和流動(dòng)性[11]。多不飽和脂肪酸(PUFAs)是脂質(zhì)過(guò)氧化的主要靶點(diǎn)之一,因此,脂質(zhì)分解代謝和合成代謝變化都影響脂質(zhì)過(guò)氧化,從而介導(dǎo)鐵死亡過(guò)程。鐵死亡過(guò)程中的脂質(zhì)過(guò)氧化需要?;o酶a合成酶長(zhǎng)鏈家族成員4(ACSL4)、溶血磷脂酰膽堿?;D(zhuǎn)移酶3(LPCAT3)和脂氧合酶(LOX)。ACSL4和LPCAT3將游離的長(zhǎng)鏈多不飽和脂肪酸活化,促進(jìn)溶血卵磷脂轉(zhuǎn)換為卵磷脂,參與氧化細(xì)胞膜磷脂質(zhì)的合成,進(jìn)而介導(dǎo)鐵死亡過(guò)程[12]。另外,ACSL4將花生四烯酸輔酶A酯化成?;o酶A(coenzyme A, CoA),乙酰輔酶A羧化酶(ACC)直接從?;鵆oA合成PUFAs,促進(jìn)鐵死亡的發(fā)生。
ICIs治療的最主要機(jī)制為阻斷特定的免疫檢查點(diǎn),使免疫細(xì)胞重新獲得識(shí)別腫瘤的能力,避免免疫逃逸。然而,在免疫治療過(guò)程中,由于補(bǔ)償效應(yīng),其他免疫檢查點(diǎn)通路的表達(dá)會(huì)升高,進(jìn)而引起治療耐藥。目前研究發(fā)現(xiàn)的替代免疫檢查點(diǎn)有T細(xì)胞免疫球蛋白-3(T-cell immunoglobulin and mucin-domain containing-3, TIM-3)、淋巴細(xì)胞活化基因-3分子(lymphocyte activating-3,LAG-3)、T細(xì)胞免疫球蛋白和ITIM結(jié)構(gòu)域蛋白(T cell immunoreceptor with Ig and ITIM domains,TIGIT)、T細(xì)胞活化的V結(jié)構(gòu)域免疫球蛋白抑制劑(V-Set immunoregulatory receptor, VISTA)等[13]。它們?cè)谟每筆D-1或抗CTLA-4治療產(chǎn)生耐藥性的動(dòng)物T細(xì)胞中高表達(dá),利用上述替代免疫檢查點(diǎn)的抑制劑聯(lián)合治療時(shí)可以逆轉(zhuǎn)免疫治療耐藥的發(fā)生。
另外,腫瘤內(nèi)在因素所致免疫治療耐藥發(fā)生的原因還包括腫瘤免疫原性的喪失。目前已經(jīng)確定引起免疫原性喪失的原因,包括活化的絲分裂原活化蛋白激酶(MAPK)信號(hào)通路、PTEN表達(dá)的缺失、WNT/β-catenin信號(hào)通路的表達(dá)、干擾素-γ信號(hào)通路的缺失[14]。腫瘤通過(guò)下調(diào)腫瘤特異性抗原或腫瘤相關(guān)抗原的表達(dá),導(dǎo)致T細(xì)胞抗原受體(T cell receptor, TCR)無(wú)法對(duì)MHC分子特異性識(shí)別與結(jié)合,這些變化導(dǎo)致機(jī)體無(wú)法產(chǎn)生有效的抗腫瘤免疫反應(yīng)。
TME主要由腫瘤細(xì)胞及其周?chē)拿庖吆脱仔苑磻?yīng)細(xì)胞、腫瘤相關(guān)的成纖維細(xì)胞和附近的間質(zhì)組織、微血管以及各種細(xì)胞因子和趨化因子構(gòu)成,是一個(gè)復(fù)雜的綜合系統(tǒng),可以分成以免疫細(xì)胞為主的免疫微環(huán)境和成纖維細(xì)胞為主的非免疫微環(huán)境。當(dāng)TME中免疫抑制細(xì)胞增加、免疫毒性細(xì)胞缺失或功能失調(diào)將導(dǎo)致免疫治療耐藥。
2.2.1 TME中抑制性免疫細(xì)胞的浸潤(rùn) Tregs是一群具有免疫抑制功能的T細(xì)胞亞群,通過(guò)抑制抗腫瘤免疫反應(yīng)促進(jìn)腫瘤進(jìn)展。Tregs可以產(chǎn)生IL-10或IL-35,通過(guò)它們的相互作用促進(jìn)CD8+腫瘤浸潤(rùn)淋巴細(xì)胞的耗竭,從而限制了抗腫瘤免疫效應(yīng)[15]。大多數(shù)晚期惡性腫瘤患者中,髓系細(xì)胞能夠轉(zhuǎn)化為骨髓衍生抑制性細(xì)胞(myeloidderived suppressor cells, MDSCs)從而起到免疫抑制的作用[16]。吲哚胺2,3-雙加氧酶(IDO)是Tregs和MDSCs增殖/激活的重要啟動(dòng)子[17]。另外,腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞(tumor-associated macrophages,TAMs)可分化為M1、M2型巨噬細(xì)胞。通過(guò)阻斷CSF1/CSF1R重編程TAMs,使TAM2型巨噬細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)門(mén)AM1型,增強(qiáng)ICIs在胰腺癌中的療效[18]。
2.2.2 T細(xì)胞耗竭和T細(xì)胞功能異常 在腫瘤病程中,由于抗原的持續(xù)性刺激,CD8+T細(xì)胞逐漸分化為“耗竭”T細(xì)胞[19],其特征是T細(xì)胞分泌細(xì)胞因子能力降低、趨化因子表達(dá)增加、多種抑制性受體如PD-1、TIM-3、 LAG3、CTLA-4和TIGIT表達(dá)增加,即T細(xì)胞的效應(yīng)功能低下,因此對(duì)免疫治療產(chǎn)生耐藥。有研究發(fā)現(xiàn),核受體亞家族4A組成員1(nuclear receptor subfamily 4 group a member 1,NR4A1)在調(diào)節(jié)誘導(dǎo)T細(xì)胞耗竭時(shí)發(fā)揮關(guān)鍵的作用。Liu等[20]發(fā)現(xiàn),免疫耐受T細(xì)胞以及TME所有的耗竭T細(xì)胞都高表達(dá)轉(zhuǎn)錄因子NR4A1。
近日有研究在NSCLC腫瘤微環(huán)境(TME)中發(fā)現(xiàn)一種功能失調(diào)的腫瘤浸潤(rùn)性淋巴細(xì)胞(tumor infilter lymphocyte, TIL)亞群—Ebo CD8+TILs[21],以PD通路依賴(lài)的方式在TME內(nèi)特異性擴(kuò)展。Ebo CD8+ TILs具有很高的增殖特性,但也更傾向于凋亡。因?yàn)橛羞^(guò)多不可恢復(fù)的凋亡TILs,可能與其他CD8+ TIL群體競(jìng)爭(zhēng)空間和資源[20],所以免疫治療可能對(duì)含有大量Ebo CD8+ TIL的T細(xì)胞炎性腫瘤效果差。
近年來(lái)的研究發(fā)現(xiàn),免疫治療與鐵死亡可以協(xié)同發(fā)揮作用,增強(qiáng)抗腫瘤治療效果??筆D-L1抗體可促進(jìn)腫瘤細(xì)胞中脂質(zhì)過(guò)氧化依賴(lài)的鐵死亡,而鐵死亡抑制劑Liproxstatin 1降低這些藥物的抗癌活性。此外,抗PD-L1抗體和鐵死亡激活劑(如erastin, RSL3和胱氨酸酶)在體外和體內(nèi)協(xié)同誘導(dǎo)腫瘤生長(zhǎng)抑制。鐵死亡可能通過(guò)各種途徑逆轉(zhuǎn)免疫耐藥,提高免疫治療療效。
早期鐵死亡細(xì)胞釋放損傷相關(guān)分子模式(DAMPs)——三磷酸腺苷(ATP)和高遷移率基團(tuán)盒(HMGB1),并促進(jìn)骨髓來(lái)源的樹(shù)突狀細(xì)胞表型成熟。此外,研究發(fā)現(xiàn)在鐵死亡細(xì)胞表面表達(dá)“eat-me”信號(hào)-SAPE-OOH,SAPE-OOH的富集通過(guò)靶向巨噬細(xì)胞上的toll樣受體2促進(jìn)吞噬作用[22]。綜上所述,在癌細(xì)胞中誘導(dǎo)鐵死亡可能激活免疫原性來(lái)刺激抗腫瘤免疫,從而克服免疫治療耐藥性。
GPX4可以保護(hù)調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(Tregs)免于鐵死亡。GPX4缺陷的Tregs產(chǎn)生白細(xì)胞介素-1β,促進(jìn)T輔助性17細(xì)胞反應(yīng),從而增強(qiáng)抗腫瘤免疫。結(jié)果表明,通過(guò)抑制GPX4誘導(dǎo)Tregs鐵死亡可能逆轉(zhuǎn)免疫治療耐藥性。T細(xì)胞衍生的干擾素(IFN)γ與花生四烯酸(AA)聯(lián)合誘導(dǎo)免疫原性腫瘤鐵死亡,作為CD8+T細(xì)胞介導(dǎo)腫瘤殺傷的作用模式[23]。Jiang等在臨床前小鼠模型和患者中發(fā)現(xiàn)TYRO3高表達(dá)與抗PD-1/PD-L1免疫治療耐藥性相關(guān)[24]。TYRO3抑制腫瘤細(xì)胞鐵死亡,促進(jìn)TAM1向TAM2極化。抑制TYRO3也引發(fā)鐵死亡和重編程TAMs,從而使癌細(xì)胞對(duì)免疫治療重新敏感。
3.3.1 順鉑 在一線(xiàn)化療藥物中,順鉑可以殺死癌細(xì)胞,并觸發(fā)促炎介質(zhì)的釋放,增加腫瘤浸潤(rùn)免疫細(xì)胞。有研究表明,相比單獨(dú)應(yīng)用erastin或順鉑,erastin聯(lián)合順鉑,可顯著增強(qiáng)抗腫瘤活性[25]。Zhou等研究表明,順鉑可促進(jìn)腫瘤細(xì)胞鐵死亡,進(jìn)而增強(qiáng)N1中性粒細(xì)胞極化。在TME中,N1極化中性粒細(xì)胞釋放趨化因子促進(jìn)T細(xì)胞浸潤(rùn)并促進(jìn)Th1分化。CD8 T細(xì)胞作為抗腫瘤免疫最直接的效應(yīng)體,在N1型中性粒細(xì)胞或Th1細(xì)胞的相互作用下被激活,其浸潤(rùn)和增殖能力明顯增強(qiáng)[26]。這與之前的研究結(jié)果一致,即鐵死亡介導(dǎo)的DAMPs可以與特定受體結(jié)合激活炎癥,并啟動(dòng)免疫細(xì)胞招募中性粒細(xì)胞和單核細(xì)胞,啟動(dòng)促炎TME[27]。
3.3.2 放療 與既往傳統(tǒng)研究不同,最近研究發(fā)現(xiàn),放療不僅可以誘導(dǎo)癌細(xì)胞發(fā)生凋亡,還可以誘導(dǎo)其發(fā)生鐵死亡。ATM介導(dǎo)的SLC7A11表達(dá)下調(diào)是放療誘導(dǎo)癌細(xì)胞鐵死亡的原因,在皮下腫瘤模型中,當(dāng)放療聯(lián)合ICIs時(shí),這種抗癌作用得到增強(qiáng)。除了下調(diào)SLC7A11外,放療還上調(diào)ACSL4表達(dá),增加了脂質(zhì)合成和隨后的氧化損傷,從而引起鐵死亡[28]。另外有研究發(fā)現(xiàn),CoQ-FSP1軸的藥理抑制通過(guò)誘導(dǎo)鐵死亡,使KEAP1缺陷的肺癌細(xì)胞或患者來(lái)源的異種移植腫瘤對(duì)放療敏感[29]。被照射的腫瘤細(xì)胞釋放的微粒具有進(jìn)一步增強(qiáng)放療的能力,部分是通過(guò)傳播鐵死亡信號(hào)或增加與氧化應(yīng)激相關(guān)的蛋白質(zhì)表達(dá)。CD8+T細(xì)胞分泌的IFNγ被證明促進(jìn)放療誘導(dǎo)的鐵死亡,這可能是由放療和IFNγ協(xié)同抑制SLC7A11表達(dá)引起的[30]。System Xc-的表達(dá)下調(diào),減少了細(xì)胞對(duì)胱氨酸的攝取,從而導(dǎo)致GPX4合成底物谷胱甘肽的減少。因此,腫瘤細(xì)胞促進(jìn)脂質(zhì)過(guò)氧化,最終引發(fā)鐵死亡。
3.3.3 新型納米材料 納米載體是一種新型的納米級(jí)藥物傳遞系統(tǒng)。納米載體因其尺寸合適、易修飾、靶向性強(qiáng)、細(xì)胞攝取高、生物相容性好等優(yōu)點(diǎn),已成功應(yīng)用于診斷和精準(zhǔn)治療藥物輸送,具有較好的療效和較少的不良反應(yīng),提供了一種治療惡性腫瘤的新策略[31-32]。到目前為止,各種基因、小分子和納米材料已被闡明具有誘導(dǎo)細(xì)胞鐵死亡的能力,有望成為腫瘤治療中的潛在靶點(diǎn)。但是由于內(nèi)源性鐵的不足和半螺旋基因或分子試劑的缺乏并沒(méi)有提高芬頓反應(yīng)的效率,給腫瘤治療帶來(lái)實(shí)際的效益。在這種情況下,納米藥物的引入為開(kāi)發(fā)新型腫瘤特異性鐵死亡誘導(dǎo)劑帶來(lái)了光明的前景。
Pa-M/Ti-NCs是由超順磁性和可控的Fe3O4納米團(tuán)簇(NCS)為核心、N3覆蓋的白細(xì)胞膜為生物膜、膜內(nèi)裝載上TGF-β抑制劑(Ti)和膜外附著耦合的PD-1抗體(Pa)共同組成。Pa和Ti進(jìn)入腫瘤后,共同創(chuàng)造免疫遺傳微環(huán)境,提高極化M1巨噬細(xì)胞內(nèi)H2O2的濃度,促進(jìn)NCS釋放鐵離子的Fenton反應(yīng)。產(chǎn)生的羥基自由基(·OH)誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞鐵死亡,暴露的腫瘤抗原進(jìn)一步增強(qiáng)了微環(huán)境的免疫原性[33]。
Hu等開(kāi)發(fā)了外泌體樣納米囊泡(eNVs-FAP)作為一種易于制備和大量制備的腫瘤疫苗。eNVs-FAP疫苗通過(guò)誘導(dǎo)針對(duì)腫瘤細(xì)胞和成纖維細(xì)胞活化蛋白-α(FAP)+癌癥相關(guān)成纖維細(xì)胞(CAFs)的強(qiáng)特異性CTL免疫應(yīng)答,在結(jié)腸癌、黑色素瘤、肺癌和乳腺癌模型中重新編程免疫抑制TME來(lái)抑制腫瘤生長(zhǎng)。此外,eNVs-FAP疫苗激活的細(xì)胞免疫反應(yīng)可以通過(guò)從CTL釋放IFN-γ和消耗FAP+CAFs來(lái)促進(jìn)腫瘤鐵死亡[34]。
另外,Liang等合成了超小單晶鐵納米顆粒(bcc-USINPs)。超薄的氧化鐵殼層可以使bcc-USINPs在儲(chǔ)存及正常生理環(huán)境中保持穩(wěn)定;而在腫瘤酸性微環(huán)境中快速蝕刻并暴露出Fe(0)核,使其恢復(fù)超高的Fenton催化活性;實(shí)現(xiàn)在較低濃度(IC50=15.72 μg/ml)作用下使腫瘤細(xì)胞發(fā)生鐵死亡,并有效誘導(dǎo)細(xì)胞免疫原性死亡。結(jié)合程序性死亡配體1(PD-L1)免疫檢查點(diǎn)阻斷免疫治療,iRGD-bcc-USINPs介導(dǎo)的鐵死亡治療可以極大地增強(qiáng)免疫反應(yīng),形成強(qiáng)大的免疫記憶[35]。
葡萄糖氧化酶-聚陽(yáng)離子-鐵納米偶聯(lián)物的納米材料利用葡萄糖氧化酶消耗葡萄糖產(chǎn)生饑餓效應(yīng),并利用自激活級(jí)聯(lián)生物催化產(chǎn)生劇毒的羥基自由基進(jìn)行癌癥治療。另外,使用該納米材料治療癌癥有效地觸發(fā)免疫原性細(xì)胞死亡程序,以增強(qiáng)免疫檢查點(diǎn)封鎖治療。鐵死亡可以增強(qiáng)免疫治療的抗癌效果[36]。
免疫治療由于其固有的耐藥性及獲得性耐藥,在晚期NSCLC中獲益仍較低。最近的鐵死亡研究使得人們關(guān)注其在抗免疫耐藥中的作用。本文綜述了鐵死亡在晚期非小細(xì)胞肺癌中臨床前研究中逆轉(zhuǎn)免疫治療耐藥的機(jī)制。然而,在實(shí)際應(yīng)用前還有很長(zhǎng)的路要走。首先,很難確定鐵死亡誘導(dǎo)劑的逆轉(zhuǎn)耐藥作用是僅針對(duì)某些具有獨(dú)特特征的癌癥,還是普遍適用于大多數(shù)癌癥??紤]到腫瘤細(xì)胞系對(duì)鐵死亡誘導(dǎo)劑的敏感度差異很大,我們需要確定一個(gè)最可能從該策略中受益的適當(dāng)目標(biāo)人群,深入了解鐵死亡和耐藥性相關(guān)機(jī)制將有助于實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。其次,在避免全身不良反應(yīng)的同時(shí),開(kāi)發(fā)誘導(dǎo)癌細(xì)胞鐵死亡的特異性治療方法尤為重要。在這方面,納米顆粒鐵死亡誘導(dǎo)劑具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。最后,我們?nèi)狈υ隗w內(nèi)標(biāo)記鐵死亡的生物標(biāo)志物。探索合適的生物標(biāo)志物將促進(jìn)進(jìn)一步的體內(nèi)研究和臨床監(jiān)測(cè)的發(fā)展。
利益沖突聲明:
所有作者均聲明不存在利益沖突。