黃承穎，林小麗，劉楠

卵巢癌是婦科腫瘤中最致命的惡性腫瘤，每年約有150 000名女性死于卵巢癌[1]。由于卵巢癌發(fā)生早期缺乏典型的臨床癥狀，75%的卵巢癌確診時(shí)已達(dá)晚期，超過(guò)70%的患者在治療后復(fù)發(fā)[2]。一項(xiàng)流行病學(xué)研究收集了來(lái)自61個(gè)國(guó)家的數(shù)據(jù)，卵巢癌的5年生存率在30%～50%，且多數(shù)國(guó)家近20年生存率變化不大[3]。紫杉醇聯(lián)合鉑類藥物是目前卵巢癌一線化療方案，然而隨著鉑耐藥的出現(xiàn)，改善卵巢癌的生存率陷入瓶頸。

近年來(lái)鐵死亡成為研究熱點(diǎn)，其與多種疾病有關(guān)，包括帕金森病、阿爾茨海默癥等神經(jīng)系統(tǒng)疾病，缺血再灌注損傷，腎臟損傷，血液疾病等[4]，誘導(dǎo)或抑制鐵死亡可以對(duì)疾病的發(fā)生、發(fā)展進(jìn)行有效干預(yù)[5]。在腫瘤研究領(lǐng)域，鐵死亡是誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞死亡的新的可能靶點(diǎn)。美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）已批準(zhǔn)的鐵死亡相關(guān)藥物中，索拉非尼（Sorafenib）、柳氮磺胺吡啶（Sulfasalazine）已用于腫瘤治療。最新的研究表明鐵死亡與卵巢癌有關(guān)[6]。因此，誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞發(fā)生鐵死亡是攻克卵巢癌的新策略[7]?，F(xiàn)深入討論鐵死亡的主要通路、鐵死亡誘導(dǎo)劑與鐵死亡抑制劑、鐵死亡與卵巢癌的聯(lián)系，為卵巢癌治療尋找突破點(diǎn)。

1 鐵死亡的發(fā)現(xiàn)和發(fā)展

2012年Dixon等[8]在研究RAS突變的腫瘤細(xì)胞時(shí)，首次將由艾拉斯汀（Erastin）引起的一種依賴于鐵的非凋亡性細(xì)胞死亡方式定義為鐵死亡。與凋亡、壞死相比，在形態(tài)特征上，發(fā)生鐵死亡的細(xì)胞，其細(xì)胞質(zhì)中的線粒體嵴及膜會(huì)發(fā)生破裂，但細(xì)胞膜不會(huì)破裂，因而具有完整的球形細(xì)胞的外觀。生化方面，鐵死亡以鐵、活性氧簇（reactive oxygen species，ROS）及脂質(zhì)過(guò)氧化的水平增加為特征。調(diào)控鐵死亡的關(guān)鍵有芬頓反應(yīng)、胱氨酸-谷氨酸反向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白系統(tǒng)（Xc－系統(tǒng)）、谷胱甘肽過(guò)氧化物酶 4（glutathionedependant peroxidase 4，GPX4）[9]。其中，Erastin 作用于Xc-系統(tǒng)，抑制胱氨酸運(yùn)入細(xì)胞，減少了細(xì)胞內(nèi)谷胱甘肽的水平，進(jìn)而影響GPX4的功能，最終細(xì)胞內(nèi)ROS積聚和細(xì)胞膜脂質(zhì)過(guò)氧化導(dǎo)致細(xì)胞死亡[5]。

2 鐵死亡的主要通路

2.1 鐵代謝與芬頓反應(yīng)鐵是哺乳動(dòng)物細(xì)胞維持正常所需的元素。Fe3+與轉(zhuǎn)鐵蛋白（transferrin，TF）形成結(jié)合物，通過(guò)細(xì)胞膜表面的轉(zhuǎn)鐵蛋白受體1（transferrin receptor 1，TFR1）轉(zhuǎn)運(yùn)。結(jié)合物經(jīng)過(guò)內(nèi)吞作用進(jìn)入細(xì)胞，由六跨膜前列腺上皮抗原3（six transmembrane epithelialantigen ofprostate 3，STEAP3）還原為Fe2+，然后經(jīng)過(guò)二價(jià)金屬離子轉(zhuǎn)運(yùn)體 1（divalent metal transporter 1，DMT1）從內(nèi)體（endosome）進(jìn)入胞質(zhì)。細(xì)胞內(nèi)的鐵可用于多種代謝過(guò)程，如形成鐵硫簇，運(yùn)入線粒體用于合成血紅蛋白。如果細(xì)胞內(nèi)鐵過(guò)多，則會(huì)以鐵蛋白的形式儲(chǔ)存，當(dāng)體內(nèi)需要時(shí)，鐵會(huì)從鐵蛋白復(fù)合物釋放出來(lái)；也可由膜鐵轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白 1（ferroportin 1，F(xiàn)PN1）運(yùn)出細(xì)胞[10]。體內(nèi)鐵缺乏常常導(dǎo)致貧血，然而過(guò)多的鐵可能造成鐵穩(wěn)態(tài)的失衡帶來(lái)生物毒性，這來(lái)源于其催化的芬頓反應(yīng)。芬頓反應(yīng)中，F(xiàn)e2+與過(guò)氧化氫反應(yīng)生成Fe3+和羥自由基。羥自由基是一種具有極強(qiáng)氧化能力的ROS，可以破壞蛋白、脂質(zhì)和DNA，影響細(xì)胞膜的功能，導(dǎo)致細(xì)胞死亡[11]。

2.2 脂質(zhì)過(guò)氧化在鐵死亡中，由ROS驅(qū)動(dòng)的脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)在鐵死亡通路中發(fā)揮重要作用。首先，羥自由基奪去細(xì)胞膜中多不飽和脂肪酸的氫，生成磷脂自由基，接著，磷脂自由基與氧、鄰近的脂質(zhì)反應(yīng)，生成磷脂過(guò)氧化氫（phospholipid hydroperoxide，PLOOH），F(xiàn)e2+與PL-OOH的反應(yīng)產(chǎn)物繼續(xù)與脂質(zhì)反應(yīng)，得到磷脂自由基，再次啟動(dòng)新一輪的脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)[12]。PL-OOH的降解物會(huì)破壞細(xì)胞膜，并且持續(xù)廣泛的脂質(zhì)過(guò)氧化會(huì)影響細(xì)胞膜的流動(dòng)性和結(jié)構(gòu)，增加細(xì)胞膜的滲透性，是細(xì)胞死亡的重要原因[13]。

2.3 Xc-系統(tǒng)/谷胱甘肽/GPX4軸Xc-系統(tǒng)是一種胱氨酸－谷氨酸反向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白系統(tǒng)，包括2個(gè)獨(dú)立的蛋白質(zhì)，其中一個(gè)叫做溶質(zhì)載體家族7成員11（solute carrier family 7 member 11，SLC7A11）[14]，其與Xc-系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)功能有關(guān)；另一個(gè)是SLC3A2溶質(zhì)載體家族 3成員2（solute carrier family 3 member 2，SLC3A2），其攝取一個(gè)胱氨酸分子進(jìn)入細(xì)胞，同時(shí)向細(xì)胞外輸出一個(gè)谷氨酸分子作為交換[15-16]。運(yùn)入的胱氨酸進(jìn)入細(xì)胞后轉(zhuǎn)化為半胱氨酸，用于合成谷胱甘肽。谷胱甘肽是GPX4的輔因子和底物，與GPX4的脂質(zhì)修復(fù)功能有關(guān)。GPX4將還原型谷胱甘肽轉(zhuǎn)化為氧化型谷胱甘肽，同時(shí)將PL-OOH還原為磷脂羥基化物（PL-alcohol，PL-OH）[17]。很多細(xì)胞依賴于 Xc-系統(tǒng)攝取胱氨酸，這個(gè)攝取步驟是合成半胱氨酸的限速步驟。阻止或抑制這個(gè)步驟可導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)半胱氨酸減少，抑制GPX4的脂質(zhì)修復(fù)功能，通過(guò)影響細(xì)胞的氧化還原狀態(tài)抑制鐵死亡[18]。

2.4 轉(zhuǎn)硫途徑半胱氨酸是一種非必需氨基酸，除了依靠Xc-系統(tǒng)獲取，一些哺乳動(dòng)物細(xì)胞也能通過(guò)轉(zhuǎn)硫途徑合成半胱氨酸。甲硫氨酸作為硫供體，在胱硫醚 β-合酶（cystathionine β-synthase，CBS）、胱硫醚γ-裂解酶（cystathionine gamma-lyase，CSE）的催化下通過(guò)中間體同型半胱氨酸和胱硫醚轉(zhuǎn)化為半胱氨酸，同時(shí)也產(chǎn)生氣態(tài)信號(hào)分子硫化氫[19-20]。此途徑的2個(gè)關(guān)鍵酶——CBS、CSE的活性及其蛋白表達(dá)可調(diào)控半胱氨酸的合成以及細(xì)胞質(zhì)內(nèi)谷胱甘肽的量進(jìn)而調(diào)控鐵死亡[19]。了解鐵死亡通路與轉(zhuǎn)硫途徑的聯(lián)系有利于尋找潛在的抗腫瘤靶點(diǎn)。鐵死亡的主要通路見(jiàn)圖1（見(jiàn)后插一）。

圖1 鐵死亡過(guò)程

3 鐵死亡與腫瘤治療

在腫瘤研究中最主要的挑戰(zhàn)之一就是如何有效地殺死腫瘤細(xì)胞而讓正常細(xì)胞不受損傷。使用鐵死亡誘導(dǎo)劑或抑制劑來(lái)合理誘導(dǎo)鐵死亡的發(fā)生是提高腫瘤治療有效性和針對(duì)性的一個(gè)新方向。

3.1 鐵死亡誘導(dǎo)劑Dixon等[8]發(fā)現(xiàn)了4種啟動(dòng)鐵死亡的方式，因而鐵死亡誘導(dǎo)劑可分為4類。第一類鐵死亡誘導(dǎo)劑主要是Xc-系統(tǒng)抑制劑，包括Erastin及Erastin類似物等，這些藥物是否可以用于體內(nèi)目前仍處于研究中。某些腫瘤細(xì)胞通過(guò)抑制Xc-系統(tǒng)不能誘導(dǎo)鐵死亡，這可能與不依賴于谷胱甘肽的硫氧還原蛋白抗氧化系統(tǒng)通路的提升有關(guān)[21]。針對(duì)GPX4的第2類和第3類誘導(dǎo)劑可用于。誘導(dǎo)這些腫瘤細(xì)胞發(fā)生鐵死亡。

3.2 鐵死亡抑制劑鐵死亡抑制劑中鐵死亡抑制劑1（Fer-1）可通過(guò)減緩脂質(zhì)過(guò)氧化物的積累抑制鐵死亡，這可能源于它們捕獲自由基的抗氧化劑活性，而不是作為脂氧合酶抑制劑的效力[22]。去除鐵死亡誘導(dǎo)劑不足以使鐵死亡細(xì)胞復(fù)活，還需要鐵死亡抑制劑的輔助。Tang等[23]研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)移除鐵死亡誘導(dǎo)劑后加入Fer-1，正在發(fā)生鐵死亡的細(xì)胞可以恢復(fù)。而其他鐵死亡抑制劑，如去鐵胺、抗氧化劑維生素C無(wú)法在加入鐵死亡誘導(dǎo)劑之后使細(xì)胞復(fù)活，因?yàn)樗鼈冏饔糜趩?dòng)鐵死亡的上行通路而不是執(zhí)行鐵死亡的下行通路。鐵死亡誘導(dǎo)劑和抑制劑見(jiàn)表1。

表1 鐵死亡誘導(dǎo)劑和抑制劑

4 鐵死亡在卵巢癌中的進(jìn)展

4.1 鐵水平升高多項(xiàng)研究表明，細(xì)胞內(nèi)鐵水平的升高與多種腫瘤的發(fā)生有關(guān)，包括肺癌、肝癌、卵巢癌等[24]。Basuli等[25]發(fā)現(xiàn)，與正常的卵巢組織相比，高級(jí)別漿液性卵巢癌癌組織中FPN下降，TFR1與TF增加，鐵水平升高。卵巢癌起始細(xì)胞的遺傳模型也表現(xiàn)出鐵流出泵減少，鐵運(yùn)入相關(guān)蛋白表達(dá)上調(diào)的情況。這表明在卵巢癌發(fā)生的早期，卵巢癌細(xì)胞內(nèi)鐵水平升高，在早期擾亂腫瘤細(xì)胞的鐵代謝是一個(gè)殺死腫瘤細(xì)胞的突破口。

4.2 p53基因卵巢癌的發(fā)生與p53基因突變有關(guān)。細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生的ROS損傷DNA造成p53基因的失活、K-ras的激活，誘導(dǎo)卵巢癌的發(fā)生[26]。近年來(lái)的研究顯示高級(jí)別漿液性卵巢癌可能起源于輸卵管的遠(yuǎn)端。有研究表明，單純的p53基因突變可以引起小鼠輸卵管上皮細(xì)胞發(fā)生遷移；當(dāng)p53基因突變與K-ras激活聯(lián)合發(fā)生時(shí)，小鼠輸卵管上皮細(xì)胞則轉(zhuǎn)化為腫瘤細(xì)胞[26]。這說(shuō)明減少p53基因突變有助于改善生存率。進(jìn)一步的研究表明在鐵死亡中，SLC7A11是p53的作用靶點(diǎn)，p53作用于Xc-系統(tǒng)的亞單位，抑制對(duì)胱氨酸的攝取來(lái)抑制鐵死亡[27]。

4.3 轉(zhuǎn)硫途徑大量研究證實(shí)細(xì)胞內(nèi)谷胱甘肽水平升高和相關(guān)代謝酶高表達(dá)與卵巢癌的耐藥性密切相關(guān)[28-29]。Liu等[30]建立了Erastin耐受細(xì)胞株，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞株依然可以維持谷胱甘肽的含量，提示細(xì)胞內(nèi)存在其他途徑合成胱氨酸。檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)硫途徑的關(guān)鍵酶CBS有高表達(dá)，說(shuō)明Erastin耐受細(xì)胞株通過(guò)上調(diào)的轉(zhuǎn)硫途徑為細(xì)胞提供胱氨酸。Verschoor等[31]使用Xc-系統(tǒng)抑制劑和轉(zhuǎn)硫途徑抑制劑處理2種卵巢癌細(xì)胞模型，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)谷胱甘肽水平在轉(zhuǎn)硫途徑抑制后顯著降低，說(shuō)明轉(zhuǎn)硫途徑對(duì)卵巢癌細(xì)胞合成谷胱甘肽非常重要。Chakraborty等[32]發(fā)現(xiàn)在少數(shù)卵巢癌細(xì)胞系中，轉(zhuǎn)硫途徑中的CBS表達(dá)水平升高，CBS基因沉默可抑制卵巢癌細(xì)胞發(fā)生細(xì)胞遷移和侵襲。以上研究均提示對(duì)卵巢癌細(xì)胞轉(zhuǎn)硫途徑的深入研究可能為鐵死亡誘導(dǎo)劑用于卵巢癌治療提供方向。

4.4 鉑耐藥鉑類藥物機(jī)制的基礎(chǔ)是產(chǎn)生細(xì)胞內(nèi)的ROS造成細(xì)胞損傷和死亡。許多學(xué)者報(bào)道細(xì)胞對(duì)半胱氨酸與谷胱甘肽的獲取合成對(duì)卵巢癌細(xì)胞對(duì)卡鉑的耐藥性有影響[33-35]。Santos等[35]猜想通過(guò)干擾半胱氨酸的代謝逆轉(zhuǎn)耐藥性，使用含硒白楊素作Xc-系統(tǒng)的抑制劑處理3種卵巢癌細(xì)胞系及2種良性細(xì)胞系，研究結(jié)果提示含硒白楊素可促進(jìn)減少谷胱甘肽水平并且對(duì)CBS有抑制作用。為了增加藥物對(duì)腫瘤細(xì)胞的特異性，他們?cè)O(shè)計(jì)了一種納米藥物作為改善卵巢癌治療的新策略。表明設(shè)計(jì)藥物干擾胱氨酸/半胱氨酸代謝下調(diào)細(xì)胞谷胱甘肽含量是卵巢鉑耐藥的突破點(diǎn)。

4.5 鐵死亡相關(guān)藥物索拉非尼是臨床上批準(zhǔn)的可以誘導(dǎo)鐵死亡的抗癌藥物[36]，一項(xiàng)多中心的隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)使用索拉非尼與托泊替康進(jìn)行聯(lián)合維持治療，發(fā)現(xiàn)鉑耐藥卵巢癌患者的無(wú)進(jìn)展生存期有顯著改善[37]。青蒿素是一種經(jīng)典的抗瘧藥，腫瘤細(xì)胞對(duì)青蒿素及其衍生物的細(xì)胞反應(yīng)涉及了鐵死亡、凋亡、壞死等多種細(xì)胞死亡方式[38]。青蒿酯處理卵巢癌細(xì)胞后，細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生大量的ROS，并且增殖程度降低，凋亡抑制劑或鐵死亡抑制劑都只能不完全地抑制青蒿酯對(duì)細(xì)胞的毒性作用，這說(shuō)明青蒿酯通過(guò)多種機(jī)制對(duì)卵巢癌細(xì)胞發(fā)揮抗增殖和細(xì)胞毒作用[39]。雖然鐵死亡相關(guān)藥物的機(jī)制仍待研究，但其可能成為通過(guò)鐵死亡通路改善卵巢癌治療的新路徑。

5 展望

鐵死亡成為腫瘤方面的研究熱點(diǎn)，鐵代謝、芬頓反應(yīng)、Xc-系統(tǒng)、GPX4之間的通路網(wǎng)絡(luò)已初步建立，其他重要的相關(guān)通路（包括轉(zhuǎn)硫途徑等）及鐵死亡相關(guān)藥物有待進(jìn)一步的研究。目前卵巢癌的化療方案依然以鉑類和紫杉醇藥物為主，但晚期卵巢癌患者的預(yù)后依然不樂(lè)觀。對(duì)鐵死亡通路與卵巢癌的聯(lián)系的深入探究有利于尋找一種新的化療方案。鐵死亡誘導(dǎo)劑和抑制劑有望在未來(lái)得到有效合理的應(yīng)用，從而提高卵巢癌和其他腫瘤治療的精準(zhǔn)性。