非小細胞肺癌鐵死亡發生和治療機制的研究進展△

劉暢，李振華，阮艷琴 ，曲來昊 ，李浩飛 ，謝超 ，李定彪

1昆明醫科大學附屬延安醫院胸外科，昆明 650500

2云南省腫瘤免疫防治研究重點實驗室，昆明 650500

3昆明醫科大學公共衛生學院，昆明 650500

4新鄉醫學院第一臨床學院，河南 新鄉 453003

生命的生長、發育，甚至死亡，都是由細胞的生長和死亡所決定的。細胞凋亡和壞死是兩種主要的細胞死亡形式。在過去幾年中，隨著細胞研究的進一步發展，越來越多的細胞死亡方式被發現，例如：自噬、細胞凋亡和壞死性凋亡。它們對細胞的生理或病理過程同樣重要。2012年，Dixon等[1]在研究erastin殺死含有大鼠肉瘤癌基因（rat sarcoma oncogene，RAS）突變的纖維肉瘤細胞的機制時，報告了一種新的細胞死亡方式，稱為鐵死亡。鐵死亡在形態、生化、遺傳和功能上明顯不同于細胞壞死、凋亡和自噬。其特點是細胞內脂質活性氧顯著增加，線粒體體積減小，以及膜密度升高。由于鐵死亡與許多惡性腫瘤和神經退行性疾病的治療表現出密切的聯系，因此成為近年來的研究熱點。本文綜述非小細胞肺癌（non-small cell lung cancer，NSCLC）鐵死亡發生和治療機制，為NSCLC的治療提供新思路。

1 鐵死亡的特點

1.1 形態特征

盡管最初的研究表明，鐵死亡在形態學、生化和遺傳上與細胞凋亡、壞死和自噬不同[1]，但大多數研究者認為，發生鐵死亡的細胞通常表現出壞死樣的形態變化[2]，包括質膜完整性喪失、細胞質腫脹、細胞器腫脹和中度染色質凝聚[1，3-5]，在電子顯微鏡下，經歷鐵死亡的細胞表現出線粒體異常，例如凝結或腫脹、膜密度增加、嵴減少和外部結構斷裂[1，3-4]。目前，這些細胞器在鐵死亡中的作用仍然存在爭議。

1.2 生化標志

鐵死亡與兩個主要的生物醫學特征有關，即鐵的積累和脂質過氧化。經典的鐵死亡激活劑erastin或RAS選擇性致死分子3（RAS-selective lethal 3，RSL3）通過增加細胞中鐵的積累來抑制抗氧化系統[1]。脂質過氧化主要影響細胞膜中的不飽和脂肪酸。在鐵死亡期間，脂質過氧化物的數量不斷增加，例如最初的脂質過氧化氫（L-OOH）和隨后的反應性醛。

1.3 遺傳標志物

?；o酶A合成酶長鏈家族成員4（acyl-CoA synthetase long chain family member 4，ACSL4）是一種與脂肪酸代謝相關的酶。ACSL4的上調增加了磷脂中多不飽和脂肪酸（polyunsaturated fatty acid，PUFA）的含量。因此，PUFA的含量增加，使得ACSL4成為鐵死亡特有的生物標志物[6-8]。

2 調控細胞鐵死亡的機制

調控細胞鐵死亡的機制主要有4種，第1個與氧化應激相關，第2個與鐵代謝相關，第3個與脂質代謝相關，第4個是最近發現的與鐵死亡抑制蛋白1（ferroptosis suppressing protein 1，FSP1）和線粒體相關凋亡誘導因子2（apoptosis inducing factor mitochondria associated 2，AIFM2）相關的機制，且它不依賴谷胱甘肽過氧化物酶4（glutathione peroxidase 4，GPX4）而獲取脂質過氧化物。

2.1 與氧化應激有關的機制

氧化應激是一種經典途徑，許多其他調節途徑與其密切相關。胱氨酸/谷氨酸反向轉運蛋白（cystine/glutamate transporter，System Xc-）由細胞膜上的兩個亞基組成，即溶質載體家族7成員11（solute carrier family 7 member 11，SLC7A11）和溶質載體家族 3成員 2（solute carrier family 3 member 2，SLC3A2[9]。它是細胞內重要的抗氧化系統，可以在攝取胱氨酸的同時排出谷氨酸。胱氨酸在細胞中還原為半胱氨酸并進一步轉化為谷胱甘肽（glutathione，GSH）。GSH能夠減少谷胱甘肽過氧化物酶（glutathione peroxidase，GPX）作用下的活性氧（reactive oxygen species，ROS）和活性氮，并抑制GSH的合成，從而引起細胞氧化損傷甚至死亡，稱為氧化應激過程[10]。GSH由谷胱甘肽-半胱氨酸連接酶合成；GPX4使用GSH作為必需的輔助因子，催化過氧化氫和細胞毒性L-OOH分別降解為水和相應的醇（L-OH），并抑制ROS的產生。根據Yang等[11]的研究，GPX4調控的鐵死亡是眾多獨立小分子支架的共同機制。Jiang等[12]發現，腫瘤抑制因子p53可以下調SLC7A11的表達，試圖通過抑制System Xc-來抑制細胞攝取胱氨酸，從而促進鐵死亡。由此看出，細胞鐵死亡的發生是由細胞氧化應激的調節決定的，可以誘導細胞的鐵死亡。

2.2 與鐵代謝有關的機制

鐵是人體內不可或缺的微量元素，主要以二價鐵和三價鐵離子的形式存在。鐵死亡的發生與鐵和ROS的積累密切相關。細胞中鐵的代謝包括攝取、運輸和儲存3個過程。小腸或紅細胞降解釋放的二價鐵離子被銅藍蛋白氧化為三價鐵離子。之后，氧化的鐵離子與轉鐵蛋白（transferrin，TF）結合并通過轉鐵蛋白受體1（transferrin receptor 1，TFR1）進入細胞。受前列腺六段跨膜上皮抗原3（six-transmembrane epithelial antigen of prostate 3，STEAP3）的影響，三價鐵離子被還原為二價鐵離子，然后儲存在不穩定鐵池和鐵蛋白中；細胞內鐵蛋白由鐵蛋白重鏈（ferritin heavy chain，FTH）和鐵蛋白輕鏈（ferritin light chain，FTL）組成，由二價金屬轉運蛋白1或鋅鐵調節蛋白家族8/14介導。部分殘留的二價鐵離子在膜鐵轉運蛋白的影響下被氧化為三價鐵離子，而這些離子會參與體內鐵的回收[13-15]。此外，還有研究發現，血紅素加氧酶-1（heme oxygenase-1，HO-1）可以通過鐵過載和隨后的過量ROS生成來提高erastin誘導鐵死亡的能力和脂質過氧化[16-18]。然而，一些研究也提出了HO-1的抗鐵死亡作用，HO-1在erastin和sorafenib誘導的肝細胞肝癌中也發揮負調控作用[19]。因此，鐵代謝的平衡和鐵蛋白的調節可能是鐵死亡的一個調節機制。

2.3 與脂質有關的機制

脂質代謝失衡與鐵死亡密切相關。研究表明，長鏈PUFA的脂質過氧化能夠誘導細胞鐵死亡，鐵死亡的程度與細胞中PUFA的含量有關，并且確定了它們之間的相關性[20]。PUFA首先被?；癁槟ち字?，然后被氧化，可作為鐵死亡的執行信號。Kagan等[7]研究顯示，在細胞中驅動鐵死亡的重要磷脂是磷脂酰乙醇胺，含有花生四烯酸或腎上腺酸，即花生四烯酸的延伸產物。長鏈酰輔酶A合成酶-4和溶血磷脂酰膽堿?；D移酶3參與PUFA的生物合成和重塑。而還原上述兩種酶，則可以減少細胞內脂質過氧化的底物，進而抑制鐵死亡的發生。

2.4 與FSP 1/AIFM 2有關的機制

有研究報道了FSP1對鐵死亡的影響，揭示了一種新的有效調節鐵死亡的方法[21-22]，發現FSP1可以保護細胞免受GPX4缺失引起的鐵死亡。敲除FSP1基因的細胞系對鐵死亡誘導劑的敏感性顯著增加，而過表達FSP1基因會降低細胞對鐵死亡誘導劑的敏感性。此外，FSP1的表達不受p53激活的影響。FSP1的肉豆蔻酰化作用能夠介導質膜上蛋白質的募集，充當質膜上的氧化還原酶，減少輔酶Q10，以及通過阻斷脂質過氧化來抑制鐵死亡。鐵死亡誘導劑通過角鯊烯合酶-甲羥戊酸（squalene synthase-mevalonate，SQS-MVA）途徑限制輔酶Q10的合成，促進脂質過氧化的積累，并導致細胞鐵死亡。研究發現，FSP1可以催化還原型輔酶Ⅱ（nicotinamideadeninedinucleotidephosphate，NADPH）促進輔酶Q10合成，然后通過FSP1-輔酶Q10-NAD（P）H途徑與GPX4平行作用以抑制鐵死亡[22-23]。這一結果可以解釋NAD（P）H通過FSP1對MVA途徑產生影響。在此基礎上，可以預測對鐵死亡的敏感性。此外，相當多的腫瘤細胞系對鐵死亡的抗性與FSP1的表達呈正相關，這種相關性不受細胞內GSH水平、GPX4活性、ACSL4表達或可氧化脂肪酸含量的影響。

3 鐵死亡與肺癌的關系

3.1 基因位點與鐵死亡的關聯

Kirsten鼠肉瘤病毒癌基因同源物（Kirsten rat sarcoma viral oncogene homolog，KRAS）是肺癌中最常見的突變致癌基因之一。RAS突變發生在近30%的肺癌病例中，并顯示出與預后不良的顯著相關性[24-25]。當RAS突變通過合成ROS促進細胞轉化和增殖時，也會引起氧化應激殺死細胞。目前尚不清楚表皮生長因子受體（epidermal growth factor receptor，EGFR）突變是否會導致肺癌中的ROS增多和氧化應激。而在膠質瘤細胞中，EGFR突變可以促進合成ROS，并且EGFR可以作為RAS的上游調控分子，這可能是通過激活RAS促進合成ROS實現的。大量的ROS產生將促進細胞中的鐵死亡。p53基因能夠通過阻滯細胞周期和誘導細胞凋亡來抑制腫瘤細胞的生長。此外，p53基因能夠通過誘導鐵死亡來抑制腫瘤細胞的生長，這表明鐵死亡對腫瘤細胞的生長有重要的調節作用[12]。Wang等[26]報道淋巴特異性解旋酶（lymphoid-specific helicase，LSH）通過p53信號通路調節ELAV樣蛋白 1（ELAV-like protein 1，ELAVL1）的表達，而ELAVL1可以與LINC00336整合，通過穩定轉錄后上調LINC00336的表達，進而競爭性抑制內源性RNA和肺癌鐵死亡的發生。

信號轉導及轉錄激活因子3（signal transduction and activator of transcription 3，STAT3）對線粒體功能和細胞代謝具有重要的調控作用。STAT3在肺癌中被激活，它可調節細胞生長、分化、衰老和凋亡等[27]。大多數NSCLC具有持續激活的STAT3并且調節細胞增殖、細胞分化和抗腫瘤的免疫逃避。STAT3和p38的激活與NSCLC細胞增殖和轉移密切相關。抑制STAT3和p38可以降低NSCLC的轉移潛力[28]。有研究表明，STAT3的轉錄活性可以調節一些與線粒體呼吸、ROS產生和細胞死亡相關的基因，而大量的ROS會誘導細胞鐵死亡[29]，這對抑制肺癌具有重要意義。

3.2 肺環境與鐵死亡的關系

與其他組織相比，肺組織長期暴露于高氧環境中。在這種特殊情況下，肺癌細胞通過上調System Xc-的表達來提高細胞的抗氧化能力[30]。此外，半胱氨酸脫硫酶（cysteine desulfurase，NFS-1）在肺癌組織中高表達，已有文獻證明，NFS-1可以有效緩解高氧誘導的肺癌細胞鐵死亡[31]，表明肺癌細胞在高氧環境下可能對NFS-1有高選擇性從而避免鐵死亡。

3.3 鐵代謝與肺癌的關系

鐵代謝失衡與肺癌的發生發展有著密切的關系。白細胞介素-6（interleukin-6，IL-6）在肺癌患者中表達上調，這與肺癌的發生和患者預后不良有關。通過上調鐵蛋白，可以減少細胞內鐵的外流，誘導細胞內鐵的積累，而鐵的積累又會導致鐵死亡。據報道，TFR1和鐵蛋白的表達分別在88%和62%的NSCLC患者中升高。在NSCLC和小細胞肺癌（small cell lung cancer，SCLC）患者中都發現血清鐵蛋白水平升高[32]。在NSCLC中，EGFR的激活與膜TFR1表達和鐵水平均呈正相關[33]，這表明NSCLC中可能通過鐵代謝途徑發生鐵死亡。

4 針對NSCLC鐵死亡的治療策略

4.1 小分子誘導鐵死亡

鐵死亡誘導劑是臨床上最有可能誘導鐵死亡的小分子。erastin是一種特定的鐵死亡誘導化合物，能夠上調腫瘤細胞中熱休克因子1（heat shock factor 1，HSF1）依賴性熱休克蛋白家族B小成員1（heat shock protein family B small member 1，HSPB1）的表達。敲除HSF1和HSPB1提高了erastin誘導鐵死亡的能力，而熱休克預處理和過表達的HSPB1抑制了erastin所誘導的鐵死亡。抑制HSF1-HSPB1通路和HSPB1的磷酸化可以提高erastin在小鼠移植瘤模型中的抗腫瘤活性。在腫瘤細胞中敲除上述基因可促進鐵死亡并提高抗腫瘤活性[34]。Eaton等[35]發現，含硝基異噁唑的化合物ML210可以作為GPX4抑制劑殺死耐藥腫瘤細胞，這揭示了用小分子治療NSCLC的可能性。

另一種鐵死亡誘導劑是erianin，據報道它對多種腫瘤發揮抗腫瘤作用。erianin可誘導肺癌細胞鐵死亡，促進肺癌細胞G2/M期周期阻滯，抑制肺癌細胞遷移。erianin作用于肺癌細胞后，激活Ca2+/鈣調蛋白（calmodulin，CaM）信號通路，從而誘導肺癌細胞鐵死亡，發揮抗腫瘤作用。因此，erianin可能是一種新型的鐵死亡誘導劑，是治療NSCLC的潛在化合物[36]。

酪氨酸激酶抑制劑（tyrosine kinase inhibitor，TKI）是臨床常見的小分子藥物，可通過阻斷EGFR、人表皮生長因子受體2（human epidermal growth factor receptor 2，HER2）等信號轉導來抑制惡性腫瘤的增殖。有報道稱，厄洛替尼可通過作用于EGFR增加頭頸部鱗狀細胞癌的氧化應激[37]，表明TKI可以通過氧化應激誘導細胞鐵死亡。索拉非尼通過抑制System Xc-誘導腫瘤細胞鐵死亡[38]。由此可見，TKI藥物具有誘導肺癌細胞鐵死亡的潛力，但需要進一步研究和驗證。

4.2 潛在的基因療法

長鏈非編碼RNA（longnon-codingRNA，lncRNA）在腫瘤中的作用也引起了極大的關注，但許多具體作用仍不清楚。研究發現，lncRNA P53RRA在肺癌中是促進鐵死亡的表觀遺傳調節因子[39]。lncRNA通過介導鐵死亡參與NSCLC的發生和進展。據報道，對NSCLC進行RNA測序，發現SLC7A11可以被lncRNA的靶基因端錨聚合酶（tankyrase）抑制劑XAV939下調，并可以通過鐵死亡途徑抑制NSCLC的發展[40]。因此lncRNA作為鐵死亡的調節劑可能成為NSCLC治療的有效靶點。

跨 膜 蛋 白189（transmembrane protein 189，TMEM189）是一種最新識別的基因，可誘導乙烯基醚雙鍵進入烷基醚脂質體以產生纖溶酶原，可以消除脂肪?；o酶A還原酶1（fatty acyl-CoA reductase 1，FAR1）-烷基醚脂質軸誘導的鐵死亡。與GPX4缺乏引起的鐵死亡相反，TMEM189缺失的小鼠和野生型小鼠均正常存活[41]。由于TMEM189在人類腫瘤中富集，而TMEM189的高表達導致臨床獲益較差，因此TMEM189被認為是比GPX4更具有前瞻性的治療靶點[42]。

4.3 化療聯合鐵死亡誘導劑

目前，靶向治療對野生型EGFR的肺癌細胞不敏感，順鉑等鉑類化療仍然是非靶向治療NSCLC的標準方法。鐵死亡可能會增強順鉑在腫瘤細胞中的抗腫瘤作用[43]，表明可以采用鐵死亡誘導劑來

增強常規抗腫瘤藥物在肺癌治療中的作用。隨后的研究發現，順鉑可誘導A549和HCT116細胞中的鐵死亡[44]。現有研究揭示，銀杏葉提取物銀杏素與順鉑協同促進NSCLC鐵死亡，這可能是增強鉑類化療藥物抗腫瘤功能的一種有前景的方法，有望降低NSCLC對化療藥物的耐藥性[45]。在化療耐藥的腫瘤細胞中，核轉錄因子紅系2相關因子2（nuclear factor-erythroid 2-related factor 2，Nrf2）靶向基因表達下調，而細胞內神經纖維瘤蛋白2（neurofibromatosis type 2，NF2）和Hippo通路被抑制，可誘導鐵死亡，此外，外周細胞GSH和NADPH水平降低，GPX4抑制劑可導致耐藥腫瘤細胞死亡[46]。然而，多種藥物共同治療可能導致毒性和不良反應增加，從而可能降低患者的安全性和治療效果。Hangauer等[47]發現，用GPX4抑制劑進行預處理或后處理，而不是聯合治療，能夠耗盡在靶向治療或化療中存活的細胞。這種交錯的治療策略可能在臨床上最大限度地提高療效，同時可最大限度地減少與同時多藥治療相關的潛在毒性。

4.4 納米粒子誘導鐵死亡

FePt/MoS2納米復合材料是一種新型的鐵死亡藥物，通過誘導Fenton反應合成ROS引起鐵死亡。此外，在胞嘧啶鳥嘌呤寡脫氧核苷酸的支持下，結合細胞毒性T淋巴細胞相關蛋白4（cytotoxic T-lymphocyte associated protein 4，CTLA4）抗體的系統檢查點阻斷免疫治療，可有效消除和破壞原發腫瘤，并抑制其轉移。此外，動物實驗證實，上述策略具有長期免疫記憶功能，可以抑制腫瘤復發，這可以作為治療NSCLC的新策略[48]。Zhou等[49]報道了一種可產生單線態氧（singlet oxygen，1O2）的活化體系，從而誘導亞油酸氫過氧化物（linoleic acid hydroperoxide，LAHP）與 Fe2+發生反應，誘導 ROS和1O2形成。這種系統已用于酸性環境中的特定腫瘤治療[49]。SRF@FeⅢTA（SFT）是一種新型納米顆粒，對抑制腫瘤進展具有重要影響，通過在SFT納米晶體上沉積單寧酸（tannic acid，TA）和Fe3+將亞甲藍加載到SRF中，通過光動力療法與鐵死亡有效結合從而用于治療NSCLC[50]。

4.5 放療

放療被稱為眾多腫瘤治療的基石，用于治療晚期肺癌，其中患者對放療不耐受是放療失敗的主要原因之一。電離輻射（ionizing radiation，IR）可誘導ROS和ACSL4的表達，從而導致脂質過氧化和鐵死亡增加。FIN是一種鐵死亡誘導劑，在滅活SLC7A11或GPX4后，可以增強抗輻射腫瘤細胞和異種移植腫瘤對IR的敏感性。動物實驗表明，柳氮磺胺吡啶對Kelch樣ECH相關蛋白1（Kelch-1ike ECH-associated protein l，Keap1）突變的肺癌患者具有類似的放射增敏作用[51]，表明FIN聯合IR可以提高放療效果，這可能是治療晚期放療耐藥NSCLC的一種可行方法。另一種增加NSCLC放射敏感性的方法是使用抗壞血酸，抗壞血酸通過鐵依賴機制誘導細胞死亡[52]。

5 小結與展望

鐵死亡是一種新的程序性細胞死亡形式，于2012年首次被發現。自從它被發現以來，與鐵死亡相關的機制和信號通路得到了廣泛研究，鐵死亡的過程受到鐵代謝、脂質代謝和眾多信號通路的調控，在許多病理生理過程中發揮著重要的作用。肺癌是世界上最常見的腫瘤之一，盡管近年來醫療取得了令人矚目的進展，但NSCLC仍然是腫瘤相關死亡的主要原因之一。目前對鐵死亡的機制雖有初步了解，但在將其應用于臨床治療之前，還需要對如何調節鐵死亡進行更具體的研究。隨著對鐵死亡機制研究的深入，越來越多的研究人員開始關注新興的鐵死亡誘導劑領域，其在肺癌治療領域非常有前途。利用鐵蛋白代謝相關基因可直接預測肺癌的預后。使用RNA和納米粒子技術的靶向治療也對誘導鐵死亡有效。本文綜述了鐵死亡機制的進展以及它如何影響NSCLC。隨著對鐵死亡的更深入了解，它可能成為NSCLC的一種新療法。