中藥基于鐵死亡機(jī)制防治肝癌研究進(jìn)展

郭桓博,馬瑞雪,朱正望,朱平生

(河南中醫(yī)藥大學(xué),河南 鄭州 450046)

肝癌是各種慢性肝臟疾病的終末階段,有發(fā)病率高、隱匿性高、惡性程度高等特點(diǎn)。目前對(duì)于肝癌的治療主要有手術(shù)治療和放化療,但預(yù)后均不佳,患者治療依從性差。有研究表明,肝癌后期即使經(jīng)過(guò)積極治療也容易復(fù)發(fā),5年生存率僅為12.1%[1]。肝癌的發(fā)病與HBV的持續(xù)性高感染密切相關(guān),我國(guó)乙肝患者數(shù)量龐大,是肝癌發(fā)病率居高不下的原因之一[2-3]。目前,肝癌的發(fā)病呈現(xiàn)出低齡化趨勢(shì),由于肝癌易在肝內(nèi)及肝外轉(zhuǎn)移的特點(diǎn),肝癌患者的生活質(zhì)量及預(yù)后常較差。因此,開辟中醫(yī)藥防治肝癌的思路,提高肝癌患者的治療效果,積極研究調(diào)控肝癌細(xì)胞死亡的新方式變得極為重要。

鐵死亡(Ferroptosis)是由DIXON等[4]于2012年首次提出的一種新型調(diào)控細(xì)胞死亡方式,與之前已知的細(xì)胞壞死、凋亡和自噬均有所不同。鐵死亡在肝癌的防治中有積極作用,通過(guò)激活肝癌細(xì)胞鐵死亡,提高肝癌細(xì)胞對(duì)鐵死亡的敏感性,可以導(dǎo)致肝癌細(xì)胞的壞死從而保護(hù)肝臟的正常功能[5-6];與此同時(shí),抑制正常肝細(xì)胞鐵死亡,減緩肝纖維化的進(jìn)展,對(duì)于保護(hù)肝臟功能和預(yù)防肝癌的發(fā)生均有積極意義。現(xiàn)有研究表明,鐵死亡與肝癌在細(xì)胞層次的病理改變上存在共同點(diǎn),鐵死亡極有可能成為治療肝癌的下一個(gè)有效靶點(diǎn)[7]。中醫(yī)藥以整體觀念和辨證論治為特色,其多靶點(diǎn)、多層次、多途徑的作用方式在治療肝癌上有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì),中國(guó)古代即有對(duì)肝癌相關(guān)癥狀的描述,并留下許多治療肝癌的經(jīng)驗(yàn)用方,效果顯著,且中藥聯(lián)合西藥治療,不僅可以降低患者接受化療時(shí)的不良反應(yīng),還能提高療效和患者的生存率[8-9]。研究發(fā)現(xiàn),中藥對(duì)干預(yù)鐵死亡具有確切的價(jià)值和療效,相關(guān)中藥中的活性成分,對(duì)于鐵死亡有正負(fù)相關(guān)性調(diào)節(jié)作用。

1 鐵死亡發(fā)生的機(jī)制

與細(xì)胞凋亡、細(xì)胞壞死和細(xì)胞自噬不同,鐵死亡在形態(tài)上主要表現(xiàn)為線粒體皺縮、線粒體膜密度增加等改變,其質(zhì)膜與細(xì)胞核無(wú)明顯變化[10]。鐵死亡的過(guò)程也緊密圍繞鐵代謝紊亂和氧化應(yīng)激激活兩個(gè)方面,下文將從以上兩個(gè)方面介紹鐵死亡發(fā)生的機(jī)制。

1.1 鐵代謝與其中醫(yī)內(nèi)涵 鐵元素是組成人體微量元素中最為重要的其中一種,參與了體內(nèi)各種蛋白質(zhì)和酶的合成,負(fù)責(zé)氧氣的運(yùn)輸、ATP的生成和DNA的合成等,正常情況下,血漿中幾乎所有的鐵都與轉(zhuǎn)鐵蛋白結(jié)合,從而避免體內(nèi)鐵含量過(guò)多引起組織氧化損傷,當(dāng)鐵代謝失衡,多余的鐵在體內(nèi)積累,就會(huì)導(dǎo)致鐵死亡的發(fā)生。

鐵離子(Fe3+)在鐵死亡過(guò)程中發(fā)揮至關(guān)重要的作用,Fe3+在進(jìn)入細(xì)胞后被還原為亞鐵離子(Fe2+),會(huì)被優(yōu)先形成參與生化反應(yīng)的各種鐵結(jié)合復(fù)合物,多余的Fe3+則在細(xì)胞中堆積,形成不穩(wěn)定的Fe3+池(LIP)并增強(qiáng)芬頓反應(yīng)(Fenton reaction),生成以羥基自由基為代表的活性氧(ROS)復(fù)合物,過(guò)量的ROS導(dǎo)致細(xì)胞脂膜氧化,使細(xì)胞喪失功能并死亡[11],而補(bǔ)充Fe3+可以加速erastin誘導(dǎo)的鐵死亡[4]。有研究表明,鐵螯合劑(DFO)能緩解由雙氫青蒿素(DHA)誘導(dǎo)急性髓細(xì)胞白血病(AML)細(xì)胞發(fā)生鐵蛋白重鏈(FTH)自噬降解造成的鐵死亡[12]。研究還發(fā)現(xiàn),熱休克蛋白B(HSPB)通過(guò)抑制膜蛋白轉(zhuǎn)鐵蛋白受體(TFR),阻止Fe2+進(jìn)入細(xì)胞內(nèi),從而降低細(xì)胞內(nèi)Fe2+的濃度,抑制細(xì)胞鐵死亡,這些結(jié)果從正反兩方面驗(yàn)證了鐵代謝在鐵死亡中的作用[13]。

鐵參與了細(xì)胞中的各項(xiàng)生理生化反應(yīng),由肝臟合成并分泌的鐵調(diào)素在維持鐵穩(wěn)態(tài)中起到了重要作用[14],當(dāng)因?yàn)楦鞣N因素導(dǎo)致體內(nèi)鐵的含量不能維持在一個(gè)正常的水平,肝內(nèi)鐵含量增加,可促進(jìn)肝硬化患者向肝癌發(fā)展[15],此外過(guò)量的游離鐵還可能導(dǎo)致免疫系統(tǒng)異常,使得癌化的細(xì)胞脫離免疫系統(tǒng)的監(jiān)視。另外,肝癌細(xì)胞中的FTH和鐵蛋白輕鏈(FLH)顯著高于正常肝組織,而去鐵藥物甲磺酸去鐵胺(DFO)可顯著抑制肝腫瘤的增殖能力。

中醫(yī)講究萬(wàn)物平衡,五行之間相生相克,這與人體內(nèi)鐵元素水平的穩(wěn)態(tài)息息相關(guān)。盡管中醫(yī)理論中沒(méi)有關(guān)于鐵穩(wěn)態(tài)的敘述,但中醫(yī)的“肝藏血”理論,認(rèn)為肝臟和血液的關(guān)系密不可分,而血液之所以呈現(xiàn)紅色正是因?yàn)檠?xì)胞中含有的含鐵血紅蛋白;同時(shí),中醫(yī)還認(rèn)為“肝主疏泄”,通過(guò)調(diào)節(jié)全身氣機(jī)通暢,維持五臟六腑的正常生理功能不被鐵死亡影響;現(xiàn)代醫(yī)學(xué)發(fā)現(xiàn)肝臟分泌的鐵調(diào)素在維持鐵穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮了重要的作用,從另一個(gè)角度闡釋了肝臟在調(diào)節(jié)鐵代謝平衡中的作用。肝臟與鐵這種復(fù)雜關(guān)系,表明鐵的含量對(duì)肝臟的生理功能有影響,同時(shí)也說(shuō)明鐵死亡在肝臟疾病中扮演了重要的角色。

1.2 氧化應(yīng)激與其中醫(yī)內(nèi)涵 細(xì)胞的正常生理活動(dòng)是一個(gè)氧化與抗氧化相平衡的過(guò)程。氧化反應(yīng)是給細(xì)胞提供能量的基本途徑,所有的細(xì)胞活動(dòng)都依賴于正常的氧化反應(yīng)。氧化應(yīng)激是異常的氧化反應(yīng),ROS增加導(dǎo)致氧化與抗氧化失衡,細(xì)胞脂質(zhì)過(guò)氧化,破壞生物膜,是鐵死亡的特征之一。其中線粒體作為合成ATP的場(chǎng)所,其中的氧化還原反應(yīng)最為頻繁,是ROS生成的主要部位,因此鐵死亡的細(xì)胞中線粒體改變最為明顯[16]。一方面細(xì)胞依賴于糖、蛋白質(zhì)和脂肪的氧化反應(yīng)提供能量進(jìn)行生命活動(dòng);另一方面,當(dāng)細(xì)胞的抗氧化能力失常,細(xì)胞中的氧化物堆積,對(duì)細(xì)胞產(chǎn)生氧化損傷,從而導(dǎo)致鐵死亡,因此鐵死亡的發(fā)生與氧化應(yīng)激密不可分[17]。

研究表明,谷胱甘肽過(guò)氧化物酶4(GPX4)作為清除脂質(zhì)過(guò)氧化物的一種酶,若抑制GPX4的活性,會(huì)使脂質(zhì)過(guò)氧化物堆積,膜脂質(zhì)雙分子層的穩(wěn)定性遭到破壞,進(jìn)而導(dǎo)致鐵死亡的發(fā)生[18]。而谷胱甘肽(GSH)是決定GPX4活性的重要物質(zhì),缺乏GSH會(huì)導(dǎo)致GPX4活性降低甚至直接失活,使細(xì)胞抗氧化能力下降,逐漸發(fā)生氧化損傷[19]。胱氨酸/谷氨酸反向轉(zhuǎn)運(yùn)體(System Xc-)負(fù)責(zé)等比例運(yùn)輸細(xì)胞內(nèi)外的胱氨酸和谷氨酸,用于合成GSH,當(dāng)System Xc-被抑制后,GSH的含量降低,進(jìn)而影響GPX4的活性。為保證物質(zhì)的交換,細(xì)胞脂質(zhì)膜由多不飽和脂肪酸(PUFAs)構(gòu)成[20],PUFAs中疏松的C=C雙鍵間存在極易被氧化的C-H鍵,C-H鍵中的-H被奪取將生成脂質(zhì)氫過(guò)氧化物(L-OOH),因此細(xì)胞生物膜對(duì)脂質(zhì)氧化高度敏感[21]。GPX4作為抗氧化物質(zhì),它的低活性會(huì)將細(xì)胞的生物膜暴露在被氧化的風(fēng)險(xiǎn)中。此外,脂氧合酶(LOX)、細(xì)胞色素P450氧化還原酶(POR)和環(huán)氧合酶(COX)等通過(guò)酶促反應(yīng)也可導(dǎo)致細(xì)胞脂質(zhì)膜過(guò)氧化,LOX和POR不能單獨(dú)作用于酶促反應(yīng),常需與Fe2+共同作用[22]。當(dāng)游離的PUFA被酰基輔酶A合成酶長(zhǎng)鏈家族成員4(ACSL4)催化生成PUFA-CoA,并最終在LOX和Fe2+的共同作用下生成脂質(zhì)過(guò)氧化物誘導(dǎo)鐵死亡[23]。

抗氧化與過(guò)氧化物就如同中醫(yī)理論中的正邪因素,正不壓邪則發(fā)病,正如過(guò)氧化物增多導(dǎo)致的鐵死亡。同時(shí)正邪也有其相對(duì)性,肝癌細(xì)胞對(duì)人體而言就是一種內(nèi)生的“邪”,氧化應(yīng)激導(dǎo)致的鐵死亡對(duì)肝癌細(xì)胞也是“邪”,但肝癌細(xì)胞的死亡對(duì)機(jī)體而言又是一種“正”。中醫(yī)益氣扶正的治療方法,在鐵死亡的機(jī)制上就是誘導(dǎo)肝癌細(xì)胞鐵死亡,即扶正祛邪。正氣足則精神煥發(fā),身強(qiáng)體健,中藥有可能是通過(guò)增強(qiáng)機(jī)體抗氧化的能力,同時(shí)降低肝癌細(xì)胞的抗氧化能力,從而在鐵死亡機(jī)制上對(duì)肝癌起到干預(yù)效果。

2 中藥基于鐵死亡機(jī)制防治肝癌研究現(xiàn)狀

中藥以其多活性成分、多途徑、多靶點(diǎn)等特點(diǎn)在治療肝癌、改善患者生活質(zhì)量上發(fā)揮了重大的作用。探究中藥在鐵死亡機(jī)制上與治療肝癌的關(guān)系,有利于更好地發(fā)揮中藥的效果。

2.1 中醫(yī)對(duì)肝癌的認(rèn)識(shí)以及蘊(yùn)含的鐵死亡機(jī)制 古籍中并未出現(xiàn)對(duì)“肝癌”的記載,但其癥狀見于“積聚”“黃疸”“鼓脹”“肝積”等疾病,如《靈樞·脹論》記載：“鼓脹何如?腹脹身皆大,大與腹脹等也”,“色蒼黃、腹筋起……,脅下滿而痛引下腹”,病機(jī)以虛、毒、瘀為主[24],病性為本虛標(biāo)實(shí)。病理上,過(guò)量的鐵可使正常的肝細(xì)胞發(fā)生鐵死亡,肝受損導(dǎo)致肝疏泄功能失調(diào),疏泄失調(diào)則氣血津液運(yùn)行不暢,進(jìn)而出現(xiàn)血瘀、水停、氣滯等實(shí)證表現(xiàn)。血瘀日久成聚,水停方長(zhǎng)為積。積久化熱,煉液成痰,痰瘀互結(jié),復(fù)阻疏泄,如此往來(lái),病情重矣。生理上,中醫(yī)認(rèn)為“肝藏血”,鐵蛋白在肝細(xì)胞中的含量很高,同時(shí)鐵蛋白是機(jī)體合成血細(xì)胞的重要基礎(chǔ),這與“肝藏血”理論不謀而合,同時(shí)肝臟分泌的鐵調(diào)素是調(diào)節(jié)體內(nèi)鐵穩(wěn)態(tài)的必要條件,是肝主疏泄的另一種體現(xiàn)。研究表明,酒精可以使肝細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)過(guò)度沉積,從而激發(fā)氧化應(yīng)激和肝纖維化過(guò)程,誘導(dǎo)肝細(xì)胞鐵死亡[25]。各類因素導(dǎo)致的肝細(xì)胞損傷進(jìn)而纖維化最終發(fā)展為肝癌與中醫(yī)的本虛標(biāo)實(shí)理論存在共性,因此積極探討中藥干預(yù)肝細(xì)胞鐵死亡的途徑十分重要。

2.2 中藥及復(fù)方在鐵死亡方面對(duì)肝癌的防治

2.2.1 單味中藥基于鐵死亡防治肝癌的研究：李艷純等[26]通過(guò)提取黃花蒿所含有的青蒿素,分離出其衍生物二氫青蒿素(DHA),監(jiān)測(cè)DHA處理24 h后的SMMC-7721、Huh-7肝癌細(xì)胞株,發(fā)現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)ROS和脂質(zhì)過(guò)氧化物水平均增加,胞內(nèi)GSH的含量降低;若再使用DFO、鐵死亡抑制劑(Ferrostatin-1)、ROS清除劑(NAC)處理這兩組肝癌細(xì)胞,則會(huì)使其細(xì)胞活性增強(qiáng)。說(shuō)明DHA可以誘導(dǎo)肝癌細(xì)胞發(fā)生鐵死亡抑制腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)。張楠[27]通過(guò)網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)分子對(duì)接篩選出梔子調(diào)節(jié)肝癌的關(guān)鍵靶點(diǎn)血紅素加氧酶1(HMOX1),并發(fā)現(xiàn)梔子的關(guān)鍵活性成分梔子苷可以作用于HMOX1,通過(guò)ERK/Nfr2信號(hào)通路,啟動(dòng)氧化應(yīng)激反應(yīng),進(jìn)而抑制肝癌細(xì)胞的增殖活性。LAN等[28]在研究中藥柴胡治療肝癌的作用中發(fā)現(xiàn),其含有的活性成分柴胡皂苷A(SsA),通過(guò)激活轉(zhuǎn)錄因子3(ATF3)增加肝癌細(xì)胞內(nèi)丙二醛(MDA)和Fe2+的積累,而降低GSH 的水平。葫蘆素B(Cu B)具有多種藥理活性,在腫瘤研究中頗為廣泛,研究表明,Cu B可通過(guò)抑制核因子紅系2相關(guān)因子2 (Nrf2)/血紅素加氧酶-1(HO-1)抗氧化系統(tǒng)通路降低肝癌細(xì)胞的抗氧化能力,同時(shí)引起GPX4在環(huán)己酰亞胺(CHX)存在下出現(xiàn)泛素化降解[29]。袁靖濤[30]以中藥植物澤蘭抗腫瘤有效成分EChLESs為研究對(duì)象,發(fā)現(xiàn)EChLES能延緩核受體共激活因子4(NCOA4)的降解,使得大量的Fe2+從靶向鐵蛋白中分解出來(lái),與細(xì)胞內(nèi)的過(guò)氧化物促成Fenton反應(yīng),進(jìn)一步使得GPX4失活。劉金麗等[31]通過(guò)觀察隱丹參酮對(duì)體外培養(yǎng)人肝癌HepG2細(xì)胞的作用,發(fā)現(xiàn)其可顯著誘導(dǎo)HepG2細(xì)胞降低GSH水平,積累ROS,并下調(diào)xCT和GPX4表達(dá),導(dǎo)致HepG2細(xì)胞鐵死亡。甘草的活性成分異甘草酸鎂在治療肝纖維化上效果顯著,一項(xiàng)對(duì)肝纖維化大鼠的研究中顯示,異甘草酸鎂可以通過(guò)HO-1介導(dǎo)顯著降低CollagenⅠ的表達(dá),使異常的肝細(xì)胞內(nèi)Fe2+水平增加,提示異甘草酸鎂在引導(dǎo)異常的肝細(xì)胞鐵死亡,抵抗肝纖維化的進(jìn)程[32]。

2.2.2 中藥復(fù)方基于鐵死亡防治肝癌的研究：ZAO等[33]研究了中藥復(fù)方抗纖抑癌方對(duì)肝癌模型大鼠的作用,動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明UDP-葡萄糖 6-脫氫酶(UGDH)、醛酮還原酶1B10(AKR1B10)和SLC7A11在模型大鼠的肝癌細(xì)胞中表達(dá)更加明顯,而通過(guò)使用抗纖抑癌方可以顯著的抑制這些蛋白在大鼠肝癌細(xì)胞中的表達(dá),使大鼠肝癌細(xì)胞對(duì)鐵死亡的敏感性增加,從而對(duì)治療肝癌起到積極作用。王智檳等[34]發(fā)現(xiàn)實(shí)脾消積方可通過(guò)上調(diào)腫瘤蛋白53(p53)的表達(dá),下調(diào)xCT和GPX4的表達(dá),促進(jìn)糖代謝異常從而使肝癌細(xì)胞鐵死亡。α-常春藤皂苷(α-Hederin)是從中藥復(fù)方腸胃清中分析所得的一種五環(huán)三萜類皂苷[35],相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)其在抗腫瘤領(lǐng)域前景廣闊。韓松峰等[36]通過(guò)測(cè)定發(fā)現(xiàn)隨著α-Hederin使用濃度的增加,肝癌Bel-7402細(xì)胞內(nèi)二價(jià)金屬轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白1(DMT1)的表達(dá)也隨之上升,細(xì)胞膜對(duì)Fe2+的通透性增加,大量的Fe2+被轉(zhuǎn)運(yùn)運(yùn)到細(xì)胞內(nèi),同時(shí)ROS水平升高,誘導(dǎo)肝癌細(xì)胞鐵死亡。周佳林等[37]通過(guò)網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)發(fā)掘半夏-天南星和肝癌的共同靶點(diǎn),最終篩選出5個(gè)與鐵死亡相關(guān)的靶點(diǎn),分別為AKT1、RELA、VEGFA、TP53和HIF-1α,且相關(guān)研究證明此類靶點(diǎn)與肝癌的發(fā)病和治療相關(guān),說(shuō)明半夏-天南星可以經(jīng)相關(guān)靶點(diǎn)調(diào)控鐵死亡,發(fā)揮防治肝癌的作用。楊晶[38]通過(guò)體外肝癌細(xì)胞實(shí)驗(yàn)研究固本消積方對(duì)人肝癌HepG2細(xì)胞鐵死亡的作用機(jī)制,發(fā)現(xiàn)肝癌細(xì)胞中TRPV1呈低表達(dá)狀態(tài),而固本消積方在激活TRPV1后可以抑制GPX4的表達(dá),誘導(dǎo)肝癌細(xì)胞鐵死亡。

3 小 結(jié)

肝癌是各種慢性肝病的終末階段,如何針對(duì)性地誘導(dǎo)肝癌細(xì)胞死亡同時(shí)保護(hù)正常肝細(xì)胞的活性,是臨床治療肝癌的一個(gè)方向。

鐵死亡作為一種新型的細(xì)胞死亡機(jī)制,其對(duì)肝癌的影響是雙向的。一方面,鐵死亡中Fe2+代謝的紊亂和氧化應(yīng)激可以促進(jìn)肝癌細(xì)胞死亡,對(duì)肝癌起到治療效果;另一方面,鐵死亡也可能加速正常肝細(xì)胞的死亡,導(dǎo)致肝癌患者的病情惡化。中藥在調(diào)節(jié)誘導(dǎo)肝癌細(xì)胞鐵死亡的同時(shí)會(huì)不會(huì)對(duì)正常肝細(xì)胞造成影響,尚未有學(xué)者進(jìn)一步研究,此后應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)關(guān)注。

現(xiàn)有研究表明,鐵死亡的過(guò)程與xCT、GPx4、GSH的表達(dá)和Fe2+水平密切相關(guān)。中藥及復(fù)方的活性成分以其多途徑、多靶點(diǎn)的特點(diǎn),對(duì)于治療肝癌存在獨(dú)特的優(yōu)勢(shì),不僅可以直接誘導(dǎo)肝癌細(xì)胞鐵死亡,還能抑制肝癌細(xì)胞對(duì)化療的耐藥性,增加其他藥物的療效,中藥在通過(guò)鐵死亡機(jī)制防治肝癌的研究領(lǐng)域仍處于探索階段,其前途一片光明。且現(xiàn)有研究大多局限于動(dòng)物實(shí)驗(yàn)或離體實(shí)驗(yàn),缺乏臨床實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,相關(guān)防治肝癌的靶點(diǎn)及通路的具體機(jī)制尚不明確,今后的研究應(yīng)進(jìn)一步探索中藥調(diào)節(jié)鐵死亡的具體機(jī)制,為中醫(yī)防治肝癌提供新思路。