中醫藥誘導腫瘤細胞鐵死亡的研究進展

鄧晰文，張康，趙靜靜，霍棟杰

(1.右江民族醫學院研究生學院，廣西百色 533000；2.右江民族醫學院附屬梧州醫院暨梧州市人民醫院腫瘤科，廣西梧州 543000)

隨著醫學技術的創新和發展，當前臨床上針對腫瘤多采取手術、化療、放療、靶向治療、生物免疫治療和中醫藥治療等多種方式聯合的綜合治療模式。鐵死亡是一種新型的鐵依賴性脂質過氧化物蓄積誘導的調節性細胞死亡形式，其在形態學、遺傳學和分子生物學等方面都不同于其他細胞程序性死亡方式，如凋亡、自噬和壞死等。鐵死亡與腫瘤的關系極為密切。中醫藥在腫瘤的防治過程中具有多靶點、多通路的獨特優勢，在誘導鐵死亡中有一定的療效及價值，本文總結了鐵死亡的定義、參與鐵死亡調控的重要因子以及鐵死亡與腫瘤的關系，為中醫藥用于腫瘤鐵死亡靶點治療提供了理論依據與研究思路。

1 鐵死亡的定義

細胞死亡是生命現象不可逆轉地停止和生命的結束，迄今人們已經發現許多程序性細胞死亡方式，如凋亡、壞死、自噬及焦亡等，而細胞死亡是正常發育、維持體內平衡、預防癌癥及其他過度增殖性疾病的關鍵。DIXON等[1]在2012年發現非凋亡方式的細胞死亡可能有助于某些腫瘤細胞被選擇性消除或在特定的病理狀態下被激活，erastin作為致癌RAS選擇性致死小分子，觸發了一種鐵依賴性脂質過氧化產物和活性氧累積所致的細胞調節性死亡方式，即鐵死亡。鐵死亡依賴細胞內的鐵，但不依賴其他金屬，且在細胞形態、生化及遺傳方面與細胞凋亡、壞死和自噬等死亡形式不同。

2 GPX4在調控鐵死亡中的作用

目前公認且報道最多的調控鐵死亡敏感相關基因包括：GPX4、RSL3、P53、FSP1、SLC7A11、GLS2等，其中，GPX4(glutathione peroxidase 4)作為一種抗氧化酶，同時是人類基因組17中含有硒代半胱氨酸的25種蛋白質之一，GPX4蛋白也是人體重要脂質修復酶之一，對脂質信使分子的產生發揮重要作用，通過把脂質過氧化物(lipid peroxides)轉變成無毒脂質來抵抗鐵和氧依賴性脂質過氧化[2]。正常情況下，脂肪酸氫過氧化物可以通過GPX4介導轉化成脂肪酸醇。當GPX4失活時，累積的脂肪酸氫過氧化物將在鐵介導的芬頓反應中催化為脂質過氧自由基，直接驅動因System XC-抑制而介導的鐵死亡[3]。研究發現：在鐵死亡過程中，GPX4是誘發鐵死亡的核心調節劑，鐵依賴性脂質過氧化反應起著關鍵的作用[4]，研究證明敲除GPX4基因會導致細胞發生鐵死亡。鐵死亡過程伴有活性氧(reactive oxygen species，ROS)累積和脂質過氧化水平升高，在抗氧化作用下GPX4可減少細胞內ROS的蓄積，使細胞對鐵死亡敏感性降低，GPX4的活性影響鐵死亡的發生，GPX4在調控鐵死亡中起很重要的作用[5-6]。

3 鐵死亡與腫瘤治療的關系

鐵死亡與腫瘤的發生、發展相關，觸發鐵死亡途徑能抑制癌細胞的增殖。鐵死亡對于殺死和抑制癌細胞生長起著至關重要的作用。WU等[7]發現索拉非尼抑制System XC-，從而引發鐵死亡，阻止腫瘤內新生血管的生成，抑制肝癌細胞的增殖，降低肝癌的術后復發率，提高晚期肝癌患者的生存率。維生素C作用于結直腸癌細胞，可以通過促進ROS的產生和干擾細胞的鐵代謝來誘導癌細胞鐵死亡，與西妥昔單抗聯用發揮協同抗腫瘤作用[8]。YANG等[9]在研究腎癌細胞時發現GSH-GPX4在腫瘤細胞鐵死亡中起到主要的調節作用，并發現erastin以消耗谷胱甘肽(glutathione,GSH)的方式滅活GSH-GPX4，促使腎癌細胞鐵死亡，而RSL3則是直接抑制GSH-GPX4致腎癌細胞鐵死亡。以上研究表明鐵死亡對抑制腫瘤發揮至關重要的作用，因此誘導鐵死亡具有抗癌潛力。一些化療藥物，如順鉑、阿糖胞苷/ara-C、阿霉素、替莫唑胺等，與鐵死亡誘導劑erastin聯合應用時，其抗腫瘤活性具有顯著的協同作用，預后明顯優于單純的傳統化療[10]。GUO等[11]發現，鐵死亡誘導劑erastin通過抑制System XC-的功能，導致GSH耗竭和GPX4失活，引發鐵死亡，聯合順鉑可產生顯著的協同抗腫瘤效應，抑制肺癌細胞的增殖。同時鐵死亡還具有逆轉化療耐藥、協同免疫療法等優勢，例如小分子化合物誘發的鐵死亡對腫瘤生長具有強烈的抑制作用，提高化療藥物的敏感性。維生素C在結直腸癌的治療中，可延緩癌細胞對西妥昔單抗獲得性耐藥的出現[8]。在免疫治療中被激活的CD8+T細胞通過釋放IFNγ、下調SLC7A11和SLC3A2的表達，抑制System XC-的活性，誘發腫瘤細胞鐵死亡，而鐵死亡又能協同增強T細胞介導的抗腫瘤作用[12]。細胞鐵死亡后可釋放炎性因子，募集免疫細胞，其免疫原性進一步增強免疫系統的活躍度。靶向腫瘤鐵死亡相關的代謝可能會提高癌癥免疫治療的療效。

4 中醫藥具有誘導腫瘤細胞鐵死亡的作用

癌癥已被世界衛生組織列為全球第2大死亡原因，癌癥的發病例數和死亡例數呈逐年上升趨勢[13]。近年來的深入研究顯示多種來源的中醫藥具有廣泛的抗腫瘤活性，因增效減毒、耐藥性好、延長生存時間、提高生活質量等優勢成為其抗腫瘤的獨特之處。對于中醫藥及其活性成分誘導腫瘤細胞鐵死亡的研究正如火如荼開展中，也取得了空前的進展。中醫藥及其活性成分主要通過GSH/GPX4、調節鐵相關蛋白、脂質代謝調控機制、調節特定的信號通路等途徑起到有效抑制腫瘤細胞的增殖，誘發鐵死亡的作用。在中醫藥里很多藥物通過誘導鐵死亡而達到抑制或殺死腫瘤細胞的目的，以下對不同的中醫藥誘導腫瘤細胞鐵死亡的作用進行闡述。

4.1 中醫藥誘導消化系統腫瘤鐵死亡的作用張學松等[14]研究證明蓽茇酰胺作用于胃癌細胞HGC-27,使活性氧(ROS)、丙二醛(MDA)的表達水平顯著上調,GPX4、System XC-的表達下調,與進一步促進鐵死亡有關，這是蓽茇酰胺抗腫瘤的作用機理之一。GAO等[15]研究發現中華獼猴桃(actinidiachinensisplanch,ACP)作用于胃癌細胞HGC-27主要是通過抑制GPX4和SLC7A11、增加ROS的蓄積，誘發鐵死亡。ZHANG等[16]研究發現冬凌草甲素(Oridonin，Ori)作用于食管癌TE1細胞，通過抑制γ-谷氨酰轉肽酶1(gamma-glutamyl transpeptidase 1，GGT1)的活性，或與半胱氨酸共價結合形成Ori-Cys復合物，阻礙GGT1與半胱氨酸結合形成GSH，抑制γ-谷氨酰循環，顯著降低GPX4酶活性，引發鐵死亡。β-欖香烯(β-elemene)是從中藥姜黃中提取的活性化合物，另有研究證實β-欖香烯與西妥昔單抗聯用可誘導KRAS突變的結直腸細胞鐵死亡，并通過調節上皮間質轉化 (epithelial-mesenchymal transition，EMT)抑制腫瘤轉移，其作用機制主要有誘導ROS積累、GSH消耗、脂質過氧化、上調血紅素加氧酶 1(hemeoxygenase1，HO-1)和轉鐵蛋白(transferrin,TF)，下調如GPX4、SLC7A11、谷氨酰胺酶(glutaminase)和 SLC40A1等鐵死亡的負調控因子[17]。費偉東等[18]的實驗發現，雙氫青蒿素在肝癌細胞HepG2內通過發生芬頓樣反應使癌細胞內的ROS增加, 并降低GSH和GPX4的表達而促使癌細胞鐵死亡，外源性鐵可加速雙氫青蒿素的芬頓樣反應，進而加快癌細胞裂解。LI等[19]研究發現半枝蓮(scutellariabarbata,S.barbata)作用于肝細胞癌顯著降低了脂質ROS代謝相關基因GPX4和SLC7A11中抗鐵死亡的mRNA和蛋白質表達水平，且顯著增加了鐵過氧化相關基因IREB2和CoA代謝相關基因ACSL4的mRNA表達水平，S.barbata通過促進鐵過氧化和脂質ROS代謝誘導肝細胞癌細胞的鐵死亡。

4.2 中醫藥誘導呼吸系統腫瘤鐵死亡的作用隱丹參酮(cryptotanshinone，CTS)是中藥丹參的有效成分，可改變鐵死亡相關基因的表達，如引起肺癌細胞A549的HSPB1和GPX4的mRNA表達上調，使順鉑耐藥A549/DDP細胞TFR1和IREB2的mRNA表達增高等，抑制肺癌細胞A549的增殖[20]。槐耳發酵后熱水提取物槐耳清膏能夠抑制人非小細胞肺癌NCI-H1299細胞增殖和遷移能力，增加NCI-H1299細胞內ROS的含量從而誘導細胞鐵死亡[21]。WU等[22]研究發現從丹參中提取的化合物二氫異丹參酮I(dihydroisotanshinone,DT)通過抑制GPX4的表達，降低GSH含量和GPX活性，引起MDA、ROS水平增高，觸發肺癌A549細胞和H460細胞鐵死亡。CHEN等[23]首次證明毛蕊花素通過下調GSH、GPX4、離子轉運調節類似蛋白(CHAC2)、SLC7A11和谷氨酰胺酶水平，上調ROS、MDA、HO-1和轉鐵蛋白水平，激活鈣調蛋白，引起Ca2+和Fe2+濃度升高，在肺癌細胞中誘導鐵死亡和抑制遷移來發揮其抗癌活性。生姜中6-姜酚作用于肺癌A549細胞，通過下調GPX4、泛素特異性蛋白酶14(USP14)、FTH1和ATF4的表達，上調ROS和鐵離子濃度，增強自噬依賴性鐵死亡，6-姜酚可能是一種有效治療肺癌的天然藥物[24]。

4.3 中醫藥誘導生殖系統腫瘤鐵死亡的作用GREENSHIELDS等[25]研究發現青蒿琥酯(ART)處理過的卵巢癌細胞中ROS水平增高，導致卵巢癌細胞鐵死亡，ROS依賴性細胞周期停滯發生在G2/M期，而ROS非依賴性細胞周期停滯發生在G1期，取決于卵巢癌細胞暴露于其中的ART濃度，卵巢癌細胞暴露于更高濃度的ART會導致ROS依賴性DNA損傷和細胞死亡。熊果酸作用于卵巢癌細胞OVCAR3，通過上調COX-2、FTH1表達，且增強JNK/p53信號表達降低GSH水平、超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)活性，增加MDA濃度，下調SLC7A11、GPX4表達，誘導OVCAR-3細胞鐵死亡[26]。齊墩果酸通過促進鐵和ROS、MDA的積累，上調ACSL4的表達，降低GSH的含量及GPX4的表達，促進宮頸癌Hela細胞鐵死亡[27]。

4.4 其他WANG等[28]研究發現土槿皮乙酸(pseudolaric acid B，PAB)可通過上調轉鐵蛋白受體來改善細胞內鐵，增加鐵離子的濃度，進而啟動NOX4介導的脂質過氧化；也可通過上調P53介導的System XC-途徑消耗細胞內GSH，加劇了脂質過氧化物的積累，引發膠質瘤細胞的鐵死亡。HUANG等[29]研究證實葫蘆素B可引起人鼻咽癌細胞內鐵離子積累和GSH消耗，導致脂質過氧化和GPX4表達下調，引發鐵死亡。甘草次酸通過上調NADPH和iNOS，降低GSH水平和GPX活性，促進ROS和RNS的產生，加劇脂質過氧化，致三陰性乳腺癌細胞鐵死亡[30]。新近一項研究[31]結果表明，枸杞多糖(lyciumbarbarumpolysaccharide,LBP)在乳腺癌細胞(MCF-7和MDA-MB-231)中通過誘導脂質過氧化、釋放過多的游離鐵、下調System XC-和GPX4，有效抑制乳腺癌細胞的增殖并促進鐵死亡。藤黃酸通過降低GSH、SOD、MDA 水平，上調PTGS2的表達，下調 SLC7A11、GPX4、FTH1的表達，誘導黑色素瘤細胞發生上皮-間質轉化的鐵死亡[32]。

葛根素是從中草藥葛根中提取出來的異黃酮類化合物，具有抗腫瘤作用，能明顯抑制結腸癌、肺癌、乳腺癌、宮頸癌等惡性腫瘤的生長并促使其凋亡[33]。相關研究表明葛根素主要通過阻滯細胞周期、誘導細胞凋亡、干預線粒體調控、損傷細胞線粒體及影響與腫瘤凋亡相關的信號通路等途徑發揮抑制癌細胞增殖和分化能力的抗腫瘤作用。葛根素是一種高效低毒的抗癌藥物，對多種腫瘤細胞具有抑制作用。以往對于葛根素抗腫瘤機制的研究多集中在細胞凋亡上，對鐵死亡誘導作用的研究相對較少。

5 小結

作為一種獨特的細胞死亡方式，鐵死亡仍然是科學研究的熱點，靶向腫瘤細胞死亡是惡性腫瘤的常用治療方式。然而，目前誘導鐵死亡的化合物僅在某些腫瘤中有效，不同的惡性腫瘤對鐵死亡的敏感性似乎不同。深入探究不同來源的腫瘤對鐵死亡的敏感性，將對靶向腫瘤鐵死亡的臨床應用具有指導意義。已發現的鐵死亡關鍵調節因子GPX4為腫瘤的治療和抗癌藥物的研發提供了一個重要的治療靶點。臨床常見的抗腫瘤藥物存在選擇性差、有效率較低、毒副作用大和易耐藥等缺點，嚴重限制了藥物的療效。中醫藥具有多途徑、多靶點的抗癌特性，深入挖掘中藥及其特定成分對腫瘤鐵死亡的作用，發揮中醫藥的抗腫瘤作用，可能會為基于鐵死亡的癌癥治療帶來新策略。