鐵死亡與乳腺癌患者化療耐藥的關系研究進展

于瀟杰 程立浩 張浩 張浩杰 楊振林

1濱州醫學院附屬醫院乳腺外科，濱州 256603

乳腺癌是女性最常見的惡性腫瘤，其發病率已經躍居女性惡性腫瘤首位，并且呈逐年升高的趨勢，嚴重影響女性健康［1］。目前，針對乳腺癌的臨床治療手段包括手術切除、靶向治療、放療、化療、內分泌治療等。因為部分患者存在惡性程度高、化療耐藥及高復發率等問題，所以存在藥物療效不佳、預后不良等問題［2］。臨床上乳腺癌多藥耐藥現象是困擾治療的主要障礙［3］。一種新型的非凋亡性細胞死亡形式——鐵死亡與腫瘤的發生發展及耐藥的關系引起了人們的廣泛關注。鐵死亡是一種新型的非凋亡性的調節性細胞死亡形式，其特征是細胞內鐵依賴和脂質活性氧積累，在細胞發生發展、代謝、死亡等方面發揮著重要作用［4］。因此，以鐵死亡為基礎的乳腺癌治療具有可行性［5］。盡管鐵死亡在乳腺癌中的作用機制尚未完全明了，但通過激活鐵死亡可抑制乳腺癌細胞增殖及轉移，提高化療藥物的療效，逆轉乳腺癌化療耐藥，可作為乳腺癌患者治療的新途徑。本文對乳腺癌的化療耐藥、鐵死亡的作用機制以及利用鐵死亡治療乳腺癌患者的研究進展進行綜述。

乳腺癌化療耐藥

化療是以化療藥物的形式殺滅癌細胞并抑制其擴散，對臨床惡性腫瘤的治療有著不可替代的作用。但是，化療藥物的應用導致癌細胞對藥物的敏感性下降，化療效果隨之減弱乃至消失，進而產生耐藥性。耐藥是導致化療失敗的重要原因。因此，明確乳腺癌的化療耐藥機制對于腫瘤的診療有重要意義。

乳腺癌化療耐藥的主要原因是化療藥物經藥物外排蛋白（外排泵）作用，從腫瘤細胞中排出增加，細胞內藥物累積減少，從而導致乳腺癌細胞產生多藥耐藥性（multidrug resistance，MDR）［6］。 乳 腺 癌 耐 藥 蛋 白（breast cancer resistance protein， BCRP）、多重耐藥相關蛋白-1（multidrug resistance associated protein-1，MRP-1）、P- 糖 蛋 白（P-glycoprotein，P-gp）均為經典的乳腺癌藥物外排蛋白。此外，乳腺癌干細胞因素也是乳腺癌化療耐藥的重要原因。乳腺癌干細胞（breast cancer stem cell，BCSC）是乳腺癌細胞的一個亞群，其在乳腺癌發生發展、轉移及化療耐藥等方面均發揮著不可忽視的作用，且BCSC 具有較為明顯的抗放、化療能力［7］。因此，靶向BCSC 似乎成為治療和預防乳腺癌轉移的一種有前途的策略。

鐵死亡概述

1.鐵死亡概念及特征

鐵死亡是由Dixon 提出的區別于細胞壞死、凋亡、焦亡的一種鐵依賴性的非凋亡性調節性細胞死亡形式［8］。其主要表現為鐵死亡時細胞膜斷裂和出泡，線粒體萎縮、線粒體嵴減少甚至消失、膜密度增加，細胞核形態正常，但染色質凝集缺乏；電鏡下可觀察到胞內線粒體變小、雙層膜密度增高。同時，細胞內鐵離子大量聚集，過量的鐵離子通過Fenton 反應產生致命的活性氧（reactive oxygen species，ROS），而還原型谷胱甘肽（reduced glutathione，GSH）耗竭、谷胱甘肽過氧化物酶4（glutathione peroxidase-4，GPX4）被抑制，致使細胞內脂質ROS 累積，發生脂質過氧化，進而觸發鐵死亡［9］。鐵死亡的實質是GSH 的耗竭，GPX4 活性下降，脂質氧化物不能通過GPX4催化的谷胱甘肽還原酶反應代謝，Fe2+氧化產生脂質活性氧，進而促使鐵死亡的發生。

2.鐵死亡發生機制

鐵死亡的機制十分復雜，主要是細胞外三價鐵（Fe3+）與轉鐵蛋白結合后在細胞膜內吞作用下進入細胞中，隨后，Fe3+被還原為Fe2+，以不穩定鐵池的形式儲存在細胞內。細胞膜上的多不飽和脂肪酸（polyunsaturated fatty acids，PUFA）在酰基輔酶A 合成酶長鏈家族成員4（acylcoenzyme A synthetase long chain family member 4，ACSL4）和溶血磷脂酰膽堿?；D移酶 3（lysophosphatidyl - choline acyltransferase 3，LPCAT3）的作用下形成含PUFA 鏈磷脂（polyunsaturated fatty acid containing phospholipid，PUFAPL）［8］。隨后，PUFAPL 在Fe2+介導的Fenton 反應作用下形成脂質過氧化物（phospholipid with per-oxidized polyunsaturated fatty acyl tail，PUFAPLOOH），同時會產生過量的ROS。過量的PUFAPLOOH 和ROS 會破壞細胞膜，從而引起鐵死亡的發生［10］。其中，激活鐵轉運蛋白為鐵死亡極為關鍵的步驟，其機制為激活鐵轉運蛋白，升高不穩定鐵池，增加Fenton反應的底物之一的Fe2+，進而引起鐵死亡。

3、鐵在鐵死亡中的作用

鐵作為鐵死亡的作用底物，參與Fenton 反應的發生，產生ROS導致細胞發生損傷，引起程序性細胞死亡［11］。因此，增加細胞內鐵可誘導鐵死亡的發生，降低細胞內鐵可逆轉鐵死亡。

鐵死亡與乳腺癌的相關性

1.鐵死亡與腫瘤

鐵死亡在多種腫瘤細胞的生長、增殖、死亡中發揮著重要的作用。鐵死亡與多種疾病有關，而且多種實體腫瘤中均有鐵死亡激活現象［12-13］。研究顯示，在胰腺癌、結直腸癌、肺腺癌等腫瘤中，表現為鐵利用率升高和鐵過載，以維持細胞內高鐵狀態，利于腫瘤生長代謝［14］。因此，研究鐵死亡相關機制在腫瘤細胞中的作用，對于腫瘤的診療可發揮重要的作用。

目前，化療藥物大多以誘導腫瘤細胞凋亡的方式來抑制腫瘤細胞的生長乃至轉移；當腫瘤細胞出現化療藥物排出增多、轉入減少等凋亡逃逸作用時便會抑制對腫瘤的殺傷作用，進而產生耐藥性。因此，抑制腫瘤細胞的化療耐藥成為臨床上亟待解決的問題。作為一種新型的非凋亡性程序性細胞死亡形式，鐵死亡以其獨有的作用方式調節腫瘤的發生發展；因此，鐵死亡激活劑在腫瘤的治療中有著較大的發展前景［15］。

2.鐵死亡與乳腺癌

目前，臨床上乳腺癌可分為Luminal A 型、Luminal B型、HER-2過表達型和三陰性型（TNBC）。根據美國國立綜合 癌 癥 網 絡（National Comprehensive Cancer Network，NCCN）指南，ER 陽性乳腺癌應用內分泌療法，HER-2 陽性乳腺癌應用抗HER-2 靶向療法；但是，尚未發現針對TNBC的靶向療法。由于缺乏有效的抗HER-2 靶向治療和內分泌治療，因此療效不佳、復發率高、預后差等是TNBC患者的主要問題。研究發現，相比于其他亞型乳腺癌，TNBC 對鐵死亡更為敏感［16］。由此可見，觸發乳腺癌細胞尤其是TNBC發生鐵死亡可能是針對乳腺癌的有效治療策略。

目前，眾多鐵死亡關鍵因子在乳腺癌細胞中被證實與觸發乳腺癌鐵死亡機制有密切的相關性。GPX4 的抑制是鐵死亡的顯著特征；RSL3［（1S，3R）-RSL3］和柳氮磺胺吡啶作為GPX4 抑制劑可以使乳腺癌細胞中GPX4 的過氧化物酶活性失活，從而激活鐵死亡的發生［17-18］。耐藥性乳腺癌細胞具有GPX4 依賴性，更容易受到GPX4 的影響而誘導其鐵死亡。此結果提示，GPX4 的抑制是觸發乳腺癌鐵死亡，逆轉其耐藥性的特殊措施。GPX4 正常功能的保持有賴于GSH 的存在，胱氨酸作為底物可合成GSH，從而抑制鐵死亡；胱氨酸饑餓作用可抑制GSH 的合成，通過GCN2/eIF2α/ATF4/CHAC1 軸誘導TNBC 鐵死亡［19-21］。此過程可以通過ferrostatin-1（鐵死亡抑制劑）、壞死磺酰胺（MLKL 抑制劑）、去鐵胺（鐵螯合劑）、壞死性凋亡抑制劑-1（Nec-1，RIP 1 抑制劑）和敲低受體相互作用蛋白（RIP 1）來抑制。相比于其他亞型乳腺癌，TNBC對于柳氮磺胺吡啶和胱氨酸饑餓更加敏感。Yu 等［17］研究表明，在乳腺癌細胞尤其是ER 陰性表達的乳腺癌細胞中柳氮磺胺吡啶通過抑制GPX4的表達，上調轉鐵蛋白受體和二價金屬轉運蛋白1 的表達，增加細胞內不穩定鐵池，誘導細胞鐵死亡的發生。Zhu 等［22］發現，經輻照活化的偶氮苯考布他汀A4（Azo-CA4）負載的納米載體以及將Fe3+還原為Fe2+均可以增加細胞內鐵含量，進而誘導TNBC 細胞鐵死亡的發生。Antoniak 等［23］研究證明，含有Fe3O4的納米膠囊誘導乳腺癌細胞鐵死亡；其中值得注意的是，MDA-MB-231（TNBC）細胞比MCF7（ER 陽性）細胞對Fe3O4納米膠囊更敏感。因此，鐵死亡與乳腺癌有密切的聯系，調節鐵死亡關鍵因子可以起到激活鐵死亡的有效作用，同時可作為抑制乳腺癌進展的新途徑。

3.鐵死亡具有抗乳腺癌作用

激活鐵死亡可直接起到抗腫瘤的作用。Ma 等［24］的研究證明，拉帕替尼和西拉美辛聯合應用于乳腺癌可以使鐵轉運蛋白的表達降低，減少細胞內鐵轉移到細胞外，同時增加轉鐵蛋白對細胞外鐵的輸入，提高細胞內鐵水平，從而增加其細胞內鐵催化的鐵依賴性活性氧的生成，誘導乳腺癌細胞發生鐵死亡并產生抗腫瘤效果。Xu 等研究發現，基于金屬有機框架設計的鐵遞送系統可以有效將細胞外鐵輸入，增加細胞內鐵含量，由此觸發鐵死亡，以此達到殺傷乳腺癌細胞的目的［25］。Du 等［26］在研究舒肝寧注射液時發現，其通過誘導細胞氧化應激并以血紅素氧合酶1 依賴性方式促進細胞內不穩定鐵池積累，以此誘導TNBC細胞發生鐵死亡，并且抑制腫瘤的生長。由此表明，激活鐵死亡對乳腺癌具有抗腫瘤的作用。

4.鐵死亡增加化療敏感性

化療作為臨床上治療乳腺癌的主要手段之一，其化療藥物耐受是治療失敗的主要原因，嚴重影響患者的預后和生存。激活鐵死亡可以抑制腫瘤細胞生長、轉移，甚至誘導其發生死亡，尤其是耐藥情況下可增加腫瘤化療耐藥細胞藥物敏感性。Yang 等［27］研究發現，Erastin 聯合多西紫杉醇治療去勢抵抗性前列腺癌時，顯著增強了多西紫杉醇的生長抑制效果，提高了其抗腫瘤療效。TNBC對經典化療藥表皮生長因子酪氨酸激酶抑制劑吉非替尼具有耐藥性；吉非替尼可誘導TNBC 的GPX4 表達，使其含量增加；經鐵死亡激活劑（Erastin）處理后其GPX4的表達明顯降低，提高吉非替尼對TNBC 的抑制腫瘤增殖的作用［28］。Li 等［29］的研究表明，鐵死亡激活劑可以抵抗TNBC 對順鉑的抗性，從而抑制腫瘤細胞增殖及轉移。Nieto 等［30］研究發現，與多比柔星聯合使用的聚多巴胺納米顆粒通過負載Fe3+，升高細胞內不穩定鐵池水平誘導鐵死亡，可以增加與化療藥物的協同作用。由此可見，激活鐵死亡可以作為提高化療藥物療效，抑制腫瘤增殖，逆轉其耐藥，改善患者預后生存的新途徑［31］。

小 結

乳腺癌作為女性最常見的惡性腫瘤，盡管目前其治療方法已經取得了巨大的進步，但由于乳腺癌的耐藥性和高復發率等問題，仍需進一步探索其治療方法。鐵死亡作為一種新型的細胞死亡形式，目前在乳腺癌中的研究越來越廣泛。激活鐵死亡可以有效清除腫瘤細胞，并且增加腫瘤細胞對化療藥物的敏感性。因此，針對誘導乳腺癌細胞鐵死亡的治療方法有巨大潛力。目前，乳腺癌鐵死亡相關研究結論主要集中于體外細胞試驗，尚缺乏體內試驗的支持，難以在整體水平對乳腺癌的生長、增殖、侵襲轉移進行評估，并且鐵死亡不僅在乳腺癌細胞中發生，在正常細胞中也會發生，誘導鐵死亡對正常細胞的影響無法避免，鐵死亡藥物針對乳腺癌細胞的精確靶向問題亟待解決。今后的研究需更加注重綜合臨床試驗，尋找應用鐵死亡治療乳腺癌的最佳措施。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突

作者貢獻聲明于瀟杰：采集數據，起草文章，統計分析；程立浩：采集數據，對文章的知識性內容作批評性審閱；張浩、張浩杰：對文章的知識性內容作批評性審閱；楊振林：對文章的知識性內容作批評性審閱，獲取研究經費，指導