鐵死亡的發(fā)生機制及其在乳腺癌治療中作用的研究進展

酈佳弟 顏水鑫 吳偉主

[摘要]?鐵死亡是近年來發(fā)現(xiàn)的一種新的細胞死亡類型，是一種過度脂質(zhì)過氧化導致的鐵依賴性調(diào)節(jié)性細胞死亡形式。乳腺癌是女性常見惡性腫瘤。多項研究表明，激活鐵死亡可抑制乳腺癌的進展和遠處轉(zhuǎn)移，增加化療和放療的敏感性。鐵死亡可作為抑制乳腺癌細胞增殖的新的作用靶點，在乳腺癌的臨床治療中潛力巨大。本文對鐵死亡的發(fā)生機制及其在乳腺癌治療中的研究進展進行綜述，以探求新的乳腺癌治療策略。

[關(guān)鍵詞]?乳腺癌；鐵死亡；活性氧；谷胱甘肽

[中圖分類號]?R737.9????[文獻標識碼]?A ????[DOI]?10.3969/j.issn.1673-9701.2024.05.028

2020年全球癌癥統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，乳腺癌（breast?cancer，BC）的新發(fā)病例數(shù)位居癌癥首位，給女性健康帶來巨大風險[1]。當前，BC的治療方法主要包括外科手術(shù)、化療、放療和靶向治療等。盡管BC的治療已取得較大突破，但其治療效果仍不令人滿意。鐵死亡是一種以鐵依賴為機制、以過度脂質(zhì)過氧化為特征的調(diào)節(jié)性細胞死亡。研究發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)XC--谷胱甘肽（glutathione，GSH）-谷胱甘肽過氧化物酶4（glutathione?peroxidase?4，GPX4）在抑制鐵死亡中發(fā)揮重要作用[2]。系統(tǒng)XC-是一種胱氨酸/谷氨酸反向轉(zhuǎn)運蛋白，其可輸入胱氨酸并維持細胞內(nèi)的抗氧化系統(tǒng)平衡。系統(tǒng)XC-由催化亞基SLC7A11和伴侶亞基SLC3A2組成。GSH的合成需要胱氨酸的參與，系統(tǒng)XC-的缺乏導致胱氨酸缺乏，從而增加脂質(zhì)的過氧化作用。GPX4可抑制脂質(zhì)過氧化，抑制GPX4可降低GSH中和脂質(zhì)過氧化的能力[3]。鐵死亡參與調(diào)節(jié)神經(jīng)和心血管系統(tǒng)紊亂及腫瘤進展，其與肺癌、胰腺癌、BC等多種類型腫瘤相關(guān)。激活鐵死亡是抑制BC進展的有效方法[4]。鐵死亡也被認為是放療、化療、靶向治療和免疫治療等治療方法所致細胞死亡的重要機制。鐵死亡是一種獨特的細胞死亡方式，其發(fā)生與否取決于執(zhí)行系統(tǒng)和防御緩沖系統(tǒng)的對抗結(jié)果[5]。研究表明，高侵襲性的三陰性乳腺癌（triple-negative?breast?cancer，TNBC）細胞易發(fā)生鐵死亡，易受鐵死亡誘導劑的影響，其易感性受多種代謝因素的影響，包括多不飽和脂肪酸（polyunsaturated?fatty?acid，PUFA）、GPX4-GSH防御系統(tǒng)減弱。本文對鐵死亡的發(fā)生機制及其在BC治療中的研究進展進行綜述，以探求新的BC治療策略。

1??鐵死亡的發(fā)生機制

1.1??細胞內(nèi)的鐵代謝及其氧化還原反應

鐵是機體重要的微量元素之一，在機體活動中發(fā)揮重要作用。線粒體中鐵水平的上升會導致活性氧（reactive?oxygen，ROS）過量生成。Fang等[6]研究發(fā)現(xiàn)，高鐵飲食會導致小鼠心臟損傷和肥厚型心肌病，具有鐵死亡的典型分子特征。鐵蛋白由鐵蛋白重鏈（ferritin?heavy?chain，F(xiàn)TH）和鐵蛋白輕鏈（ferritin?light?chain，F(xiàn)TL）組成，F(xiàn)TH1可將亞鐵離子氧化為鐵離子。研究發(fā)現(xiàn)，敲低或抑制FTH1可促進鐵死亡[7]。過量的亞鐵離子可通過芬頓反應產(chǎn)生大量的羥自由基，打破細胞內(nèi)的氧化還原反應平衡。羥自由基具有高度的不穩(wěn)定性和反應性，可造成細胞內(nèi)脂質(zhì)和蛋白質(zhì)損傷，且氧化還原反應也會造成DNA損傷。另有研究表明，羥自由基可在嗜鐵細胞中攻擊PUFA，引發(fā)膜脂過氧化[8]。

1.2??線粒體參與超氧化物的形成

線粒體作為細胞內(nèi)重要的細胞器之一，其在維持細胞正常功能、氧化還原穩(wěn)態(tài)及細胞供能中發(fā)揮關(guān)鍵作用，是細胞內(nèi)ROS產(chǎn)生的主要位點。Xie等[9]研究發(fā)現(xiàn)，羅波斯塔雙黃酮A可促進電壓依賴性陰離子通道2的表達和泛素化降解，破壞線粒體的功能等，從而引發(fā)BC細胞鐵死亡。氮氧化合物可清除線粒體中的ROS，抑制線粒體脂質(zhì)過氧化，從而抑制鐵死亡。正常細胞缺乏半胱氨酸，線粒體代謝會增強，從而促進GSH消耗、ROS生成和鐵死亡。谷氨酸在相關(guān)酶的作用下進入三羧酸循環(huán)，導致線粒體膜超極化和脂質(zhì)過氧化積累，最終引發(fā)鐵死亡[10]。

1.3??脂質(zhì)過氧化物的沉積

PUFA是膜脂的主要成分，其可被ROS攻擊而觸發(fā)膜脂的過氧化，導致脂質(zhì)過氧化物大量沉積，從而觸發(fā)鐵死亡[8]。研究表明，食物中PUFA含量增加，腫瘤細胞中GPX4、SLC7A11、鐵死亡抑制蛋白1（ferroptosis?suppressor?protein?1，F(xiàn)SP1）等鐵死亡相關(guān)基因的表達水平發(fā)生改變，可促進腫瘤細胞中脂質(zhì)的過氧化，從而導致鐵死亡[11]。長鏈酯酰輔酶A合成酶4（acyl-CoA?synthetase?long?chain?family?member?4，ACSL4）和溶血磷脂?；D(zhuǎn)移酶3（lysophosphatidylcholine?acyltransferase?3，LPCAT3）是脂質(zhì)過氧化物形成的關(guān)鍵酶。ACSL4在TNBC中的表達與鐵死亡的敏感性相關(guān)。Doll等[12]研究發(fā)現(xiàn)，雙敲除GPX4-ACSL4的細胞表現(xiàn)出明顯的鐵死亡抵抗力，可阻止鐵死亡。5-脂氧合酶與BC腫瘤分期呈正相關(guān)，可促進BC的進展，是BC潛在的血清蛋白標志物之一。Kumar等[13]研究發(fā)現(xiàn)，BC患者血清中的5-脂氧合酶水平是對照組的2倍。Zou等[14]研究表明，細胞色素P450氧化還原酶有助于鐵死亡中的磷脂過氧化。

1.4??系統(tǒng)XC--GPX4-GSH

GPX4-GSH途徑包括通過系統(tǒng)XC-途徑輸入胱氨酸、通過轉(zhuǎn)硫途徑產(chǎn)生半胱氨酸、通過甲羥戊酸（mevalonic?acid，MVA）途徑產(chǎn)生硒代半胱氨酸等。Xiong等[15]研究發(fā)現(xiàn)，在雌激素受體陽性BC中，選擇性地攻擊GSH的生物合成可阻斷氧化應激紊亂所致腫瘤細胞的增殖，從而克服傳統(tǒng)治療方法的局限性。Mehdi等[16]研究發(fā)現(xiàn)，BC患者血清中GSH的水平顯著高于健康人群，腫瘤組織中的GSH含量顯著高于非癌組織。Lee等[17]研究發(fā)現(xiàn)，當禁止系統(tǒng)XC-后，胱氨酸會被阻止進入細胞，并阻斷GSH的合成，從而導致GPX4失活，造成ROS積累。Yang等[18]研究發(fā)現(xiàn)，管腔雄激素受體亞型TNBC中GPX4上調(diào)最為顯著，提示可利用GPX4抑制劑誘導鐵死亡。

1.5??FSP1-輔酶Q10-NADP（H）

FSP1是一種不依賴于GSH的鐵死亡抑制劑，NADP（H）催化輔酶Q10再生，而輔酶Q10還原形式泛醇可捕獲脂質(zhì)過氧自由基并介導脂質(zhì)過氧化過程，從而抑制鐵死亡。在線粒體電子傳遞鏈中，輔酶Q10通過MVA途徑生成，對線粒體功能起抑制作用。Shimada等[19]研究發(fā)現(xiàn)，3-羥基-3-甲基戊二酰-輔酶A還原酶可將3-羥基-3-甲基戊二酰輔酶A催化為MVA，促進GPX4和輔酶Q10的合成。Yao等[4]研究發(fā)現(xiàn)，他汀類藥物可抑制3-羥基-3-甲基戊二酰-輔酶A還原酶的表達，下調(diào)MVA和GPX4，誘導腫瘤細胞鐵死亡，最終降低FSP1介導的鐵死亡耐藥性。

1.6??Nrf2參與氧化還原穩(wěn)態(tài)

核轉(zhuǎn)錄因子紅系2相關(guān)因子2（nuclear?factor-?erythroid?2-related?factor?2，Nrf2）是抗氧化過程的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子之一，其通過促進血紅素氧合酶-1及ROS代謝相關(guān)基因的表達，拮抗鐵死亡。Dodson等[20]研究發(fā)現(xiàn)，Nrf2在鐵死亡細胞中的表達水平升高，敲低Nrf2導致細胞GSH耗竭、鐵離子水平升高等，促進鐵死亡，增加細胞抗腫瘤特性。Sun等[21]研究發(fā)現(xiàn)，p62-Keap1-Nrf2信號通路的激活可防止腫瘤細胞鐵死亡。

1.7??p53介導GSH代謝

p53是BC中最常見且最易發(fā)生突變的基因之一。Shahbandi等[22]研究發(fā)現(xiàn)，突變型p53較野生型p53?BC患者的病死率更高且預后更差，提示誘導突變型p53向野生型p53轉(zhuǎn)化是一種新的BC治療思路。Synnott等[23]研究發(fā)現(xiàn)，2-羥甲基-2-甲氧基甲基-1-氮雜雙環(huán)[2.2.2]辛-3-酮可增加細胞內(nèi)GSH的消耗，增加ROS生成，導致鐵死亡。Li等[24]研究發(fā)現(xiàn)，鐵死亡誘導劑MMRI62可通過降解FTH1和突變體p53誘導鐵死亡。突變體p53對SLC7A11的表達具有抑制作用，導致細胞無法攝取胱氨酸，引起GSH減少，更易發(fā)生鐵死亡[25]。

2??鐵死亡在BC治療中的應用

2.1??化療聯(lián)合鐵死亡誘導劑

鐵死亡誘導劑可提高腫瘤的治療效果，ACSL4和GPX4分別是鐵死亡的正調(diào)節(jié)因子和負調(diào)節(jié)因子。Sha等[26]在199例BC患者的研究中發(fā)現(xiàn)，患者的ACSL4水平升高，GPX4水平降低，病理完全緩解率逐漸升高。ACSL4水平可作為BC患者病理完全緩解和無進展生存期的預測因素。Chen等[27]研究發(fā)現(xiàn)，致敏TNBC細胞對順鉑誘導的鐵死亡極其敏感。BC患者在化療期間，鐵、維生素B12和輔酶Q10等抗氧化劑可增加患者的復發(fā)率和病死率[28]。

2.2??放療聯(lián)合鐵死亡誘導劑

放療是一種常見的腫瘤治療方法，其利用電離輻射殺死腫瘤細胞。將GPX4或SLC7A11定向作用的鐵死亡誘導劑與放療結(jié)合可增強鐵死亡的敏感性，使BC細胞系對輻射更敏感。Zhang等[29]研究發(fā)現(xiàn)，鐵飽和乳鐵蛋白可顯著降低BC?MDA-MB-231細胞中GPX4的表達水平。Khorsandi等[30]研究發(fā)現(xiàn)，低強度激光照射聯(lián)合沒食子酸可促進ROS的生成，促進鐵死亡，從而促進腫瘤細胞的死亡。雌激素受體1-神經(jīng)前體細胞表達發(fā)育下調(diào)樣基因4-CD71軸可增強BC中放療誘導鐵死亡的療效[31]。但也有研究認為，鐵死亡可能與放療殺傷正常組織有關(guān)[32]。

2.3??靶向治療聯(lián)合鐵死亡誘導劑

拉帕替尼是一種表皮生長因子受體酪氨酸激酶抑制劑，其可抑制人表皮生長因子受體2等，從而抑制BC細胞的生長和擴散。西拉美辛可通過抑制酸性鞘磷脂酶，破壞腫瘤細胞溶酶體的穩(wěn)定性，促進ROS生成和腫瘤細胞死亡[33]。拉帕替尼和西拉美辛聯(lián)合應用可降低鐵蛋白的表達，促進轉(zhuǎn)鐵蛋白的表達，從而誘導TNBC鐵死亡。

2.4??免疫治療聯(lián)合鐵死亡誘導劑

免疫治療通過激活人體免疫系統(tǒng)殺死腫瘤細胞，提高患者的生存率。研究發(fā)現(xiàn)，二氯乙酸脂聯(lián)合天然皂苷albiziabioside?A可抑制GPX4，誘導細胞內(nèi)ROS的生成，導致鐵死亡，抑制腫瘤進展[34]。二氯乙酸脂還可改善糖酵解免疫抑制，提高腫瘤免疫治療的效果。光動力療法結(jié)合氧合策略廣泛應用于腫瘤的臨床治療。Xu等[35]研究顯示，氧增強光動力療法可使更多的淋巴細胞浸潤到腫瘤組織中，從而增加γ干擾素的分泌，促進腫瘤細胞的鐵死亡。

3??小結(jié)與展望

鐵死亡作為一種新興的細胞死亡形式，與BC之間的相關(guān)性已得到證實。其在BC的發(fā)生發(fā)展及治療方面都發(fā)揮至關(guān)重要的作用。鐵死亡涉及鐵代謝、氧化還原反應、脂質(zhì)過氧化、質(zhì)膜及線粒體。隨著作用機制研究的不斷進展，鐵死亡可提高其療效。但鐵死亡也是一把雙刃劍，其誘導劑和抑制劑對正常組織和器官的毒性作用需要更多的研究予以探索。

利益沖突：所有作者均聲明不存在利益沖突。

[參考文獻]

[1] SUNG?H，?FERLAY?J，?SIEGEL?R?L，?et?al.?Global?cancer?statistics?2020：?GLOBOCAN?estimates?of?incidence?and?mortality?worldwide?for?36?cancers?in?185?countries[J].?CA?Cancer?J?Clin，?2021，?71（3）：?209–249.

[2] JIANG?X，?STOCKWELL?B?R，?CONRAD?M.?Ferroptosis：?Mechanisms，?biology?and?role?in?disease[J].?Nat?Rev?Mol?Cell?Biol，?2021，?22（4）：?266–282.

[3] FORCINA?G?C，?DIXON?S?J.?GPX4?at?the?crossroads?of?lipid?homeostasis?and?ferroptosis[J].?Proteomics，?2019，?19（18）：?e1800311.

[4] YAO?X，?XIE?R，?CAO?Y，?et?al.?Simvastatin?induced?ferroptosis?for?triple-negative?breast?cancer?therapy[J].?J?Nanobiotechnology，?2021，?19（1）：?311.

[5] 谷一婷，?李德輝.?鐵死亡在肺癌中研究進展[J].?中國老年學雜志，?2023，?43（1）：?201–205.

[6] FANG?X，?CAI?Z，?WANG?H，?et?al.?Loss?of?cardiac?ferritin?H?facilitates?cardiomyopathy?via?Slc7a11-mediated?ferroptosis[J].?Circ?Res，?2020，?127（4）：?486–501.

[7] GAO?M，?MONIAN?P，?PAN?Q，?et?al.?Ferroptosis?is?an?autophagic?cell?death?process[J].?Cell?Res，?2016，?26（9）：?1021–1032.

[8] BEBBER?C?M，?M?LLER?F，?PRIETO?CLEMENTE?L，?et?al.?Ferroptosis?in?cancer?cell?biology[J].?Cancers?（Basel），?2020，?12（1）：?164.

[9] XIE?Y，?ZHOU?X，?LI?J，?et?al.?Identification?of?a?new?natural?biflavonoids?against?breast?cancer?cells?induced?ferroptosis?via?the?mitochondrial?pathway[J].?Bioorg?Chem，?2021，?109：?104744.

[10] GAO?M，?YI?J，?ZHU?J，?et?al.?Role?of?mitochondria?in?ferroptosis[J].?Mol?Cell，?2019，?73（2）：?354–363.

[11] DIERGE?E，?DEBOCK?E，?GUILBAUD?C，?et?al.?Peroxidation?of?n-3?and?n-6?polyunsaturated?fatty?acids?in?the?acidic?tumor?environment?leads?to?ferroptosis-?mediated?anticancer?effects[J].?Cell?Metab，?2021，?33（8）：?1701–1715.

[12] DOLL?S，?PRONETH?B，?TYURINA?Y?Y，?et?al.?ACSL4?dictates?ferroptosis?sensitivity?by?shaping?cellular?lipid?composition[J].?Nat?Chem?Biol，?2017，?13（1）：?91–98.

[13] KUMAR?R，?SINGH?A?K，?KUMAR?M，?et?al.?Serum?5-LOX：?A?progressive?protein?marker?for?breast?cancer?and?new?approach?for?therapeutic?target[J].?Carcinogenesis，?2016，?37（9）：?912–917.

[14] ZOU?Y，?LI?H，?GRAHAM?E?T，?et?al.?Cytochrome?P450?oxidoreductase?contributes?to?phospholipid?peroxidation?in?ferroptosis[J].?Nat?Chem?Biol，?2020，?16（3）：?302–309.

[15] XIONG?H，?WANG?C，?WANG?Z，?et?al.?Intracellular?cascade?activated?nanosystem?for?improving?ER+?breast?cancer?therapy?through?attacking?GSH-mediated?metabolic?vulnerability[J].?J?Control?Release，?2019，?309：?145–157.

[16] MEHDI?M，?MENON?M?K?C，?SEYOUM?N，?et?al.?Blood?and?tissue?enzymatic?activities?of?GDH?and?LDH，?index?of?glutathione，?and?oxidative?stress?among?breast?cancer?patients?attending?referral?hospitals?of?addis?ababa，?ethiopia：?Hospital-based?comparative?cross-sectional?study[J].?Oxid?Med?Cell?Longev，?2018，?2018：?6039453.

[17] LEE?N，?CARLISLE?A?E，?PEPPERS?A，?et?al.?xCT-driven?expression?of?gpx4?determines?sensitivity?of?breast?cancer?cells?to?ferroptosis?inducers[J].?Antioxidants?（Basel），?2021，?10（2）：?317.

[18] YANG?F，?XIAO?Y，?DING?J?H，?et?al.?Ferroptosis?heterogeneity?in?triple-negative?breast?cancer?reveals?an?innovative?immunotherapy?combination?strategy[J].?Cell?Metab，?2023，?35（1）：?84–100.

[19] SHIMADA?K，?SKOUTA?R，?KAPLAN?A，?et?al.?Global?survey?of?cell?death?mechanisms?reveals?metabolic?regulation?of?ferroptosis[J].?Nature?Chemical?Biology，?2016，?12（7）：?497–503.

[20] DODSON?M，?CASTRO-PORTUGUEZ?R，?ZHANG?D?D.?Nrf2?plays?a?critical?role?in?mitigating?lipid?peroxidation?and?ferroptosis[J].?Redox?Biol，?2019，?23：?101107.

[21] SUN?X，?OU?Z，?CHEN?R，?et?al.?Activation?of?the?p62-Keap1-Nrf2?pathway?protects?against?ferroptosis?in?hepatocellular?carcinoma?cells[J].?Hepatology，?2016，?63（1）：?173–184.

[22] SHAHBANDI?A，?NGUYEN?H?D，?JACKSON?J?G.?TP53?mutations?and?outcomes?in?breast?cancer：?Reading?beyond?the?headlines[J].?Trends?Cancer，?2020，?6（2）：?98–110.

[23] SYNNOTT?N?C，?MURRAY?A，?MCGOWAN?P?M，?et?al.?Mutant?p53：?A?novel?target?for?the?treatment?of?patients?with?triple-negative?breast?cancer？[J].?Int?J?Cancer，?2017，?140（1）：?234–246.

[24] LI?J，?LAMA?R，?GALSTER?S?L，?et?al.?Small-molecule?MMRi62?induces?ferroptosis?and?inhibits?metastasis?in?pancreatic?cancer?via?degradation?of?ferritin?heavy?chain?and?mutant?p53[J].?Mol?Cancer?Ther，?2022，?21（4）：?535–545.

[25] 周文博，?孔晨飛，?秦高偉，?等.?鐵死亡發(fā)生機制的研究進展[J].?生物化學與生物物理進展，?2018，?45（1）：?16–22.

[26] SHA?R，?XU?Y，?YUAN?C，?et?al.?Predictive?and?prognostic?impact?of?ferroptosis-related?genes?ACSL4?and?GPX4?on?breast?cancer?treated?with?neoadjuvant?chemotherapy[J].?EBioMedicine，?2021，?71：?103560.

[27] CHEN?H?C，?TANG?H?H，?HSU?W?H，?et?al.?Vulnerability?of?triple-negative?breast?cancer?to?saponin?formosanin?C-induced?ferroptosis[J].?Antioxidants?（Basel），?2022，?11（2）：?298.

[28] AMBROSONE?C?B，?ZIRPOLI?G?R，?HUTSON?A?D，?et?al.?Dietary?supplement?use?during?chemotherapy?and?survival?outcomes?of?patients?with?breast?cancer?enrolled?in?a?cooperative?group?clinical?trial?（SWOG?S0221）[J].?J?Clin?Oncol，?2020，?38（8）：?804–814.

[29] ZHANG?Z，?LU?M，?CHEN?C，?et?al.?Holo-lactoferrin：?The?link?between?ferroptosis?and?radiotherapy?in?triple-?negative?breast?cancer[J].?Theranostics，?2021，?11（7）：?3167–3182.

[30] KHORSANDI?K，?KIANMEHR?Z，?HOSSEINMARDI?Z，?et?al.?Anti-cancer?effect?of?gallic?acid?in?presence?of?low?level?laser?irradiation：?ROS?production?and?induction?of?apoptosis?and?ferroptosis[J].?Cancer?Cell?Int，?2020，?20：?18.

[31] LIU?L，?ZHANG?C，?QU?S，?et?al.?ESR1?inhibits?ionizing?radiation-induced?ferroptosis?in?breast?cancer?cells?via?the?NEDD4L/CD71?pathway[J].?Arch?Biochem?Biophys，?2022，?725：?109299.

[32] LI?X，?DUAN?L，?YUAN?S，?et?al.?Ferroptosis?inhibitor?alleviates?radiation-induced?lung?fibrosis?（RILF）?via?down-regulation?of?TGF-β1[J].?J?Inflamm?（Lond），?2019，?16：?11.

[33] PETERSEN?N?H，?OLSEN?O?D，?GROTH-PEDERSEN?L，?et?al.?Transformation-associated?changes?in?sphingolipid?metabolism?sensitize?cells?to?lysosomal?cell?death?induced?by?inhibitors?of?acid?sphingomyelinase[J].?Cancer?Cell，?2013，?24（3）：?379–393.

[34] WEI?G，?SUN?J，?LUAN?W，?et?al.?Natural?product?albiziabioside?a?conjugated?with?pyruvate?dehydrogenase?kinase?inhibitor?dichloroacetate?to?induce?apoptosis-?ferroptosis-M2-TAMs?polarization?for?combined?cancer?therapy[J].?J?Med?Chem，?2019，?62（19）：?8760–8772.

[35] XU?T，?MA?Y，?YUAN?Q，?et?al.?Enhanced?ferroptosis?by?oxygen-boosted?phototherapy?based?on?a?2-in-1?nanoplatform?of?ferrous?hemoglobin?for?tumor?synergistic?therapy[J].?ACS?Nano，?2020，?14（3）：?3414–3425.

（收稿日期：2023–07–17）

（修回日期：2023–11–16）