孫偉，孫立新，郎慶賦，裴鐵民

哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院肛腸外科，哈爾濱150001

消化系統(tǒng)腫瘤發(fā)病率逐年上漲，其病死率在我國癌癥中居于首位，其主要的治療手段包括手術(shù)切除、新輔助放化療、靶向治療、免疫治療等。不同于壞死、凋亡和自噬等類型的細胞程序性死亡（RCD），鐵死亡是2012 年由Stockwell 正式命名的一種非凋亡性的RCD 形式，其特征是鐵過載、活性氧（ROS）積累和脂質(zhì)過氧化［1-2］。研究發(fā)現(xiàn)，鐵死亡細胞內(nèi)的線粒體出現(xiàn)體積減小、嵴減少或消失，細胞膜密度增加和細胞外膜斷裂，染色質(zhì)缺乏凝結(jié)等現(xiàn)象，而細胞結(jié)構(gòu)是完整的［3］。近年來研究顯示，鐵死亡廣泛參與了多種疾病的發(fā)生，逐漸發(fā)展成為腫瘤治療的潛在方向。本文對鐵死亡的發(fā)生機制及其與消化系統(tǒng)惡性腫瘤中的關(guān)系作一綜述，為消化系統(tǒng)惡性腫瘤的治療提供新的參考方向。

1 鐵死亡的發(fā)生機制

1.1 鐵代謝異常 鐵是人體內(nèi)極其重要的微量元素，其細胞內(nèi)外含量會影響癌細胞中鐵死亡的敏感性。細胞內(nèi)不穩(wěn)定鐵離子（Fe2+）水平是脂質(zhì)過氧化和誘導(dǎo)鐵死亡的關(guān)鍵因素，轉(zhuǎn)鐵蛋白介導(dǎo)的鐵攝取或鐵自噬可提高Fe2+水平，而轉(zhuǎn)鐵蛋白受體（TFR）表達下調(diào)可抑制鐵死亡的發(fā)生。Fe2+與H2O2的Fenton反應(yīng)所產(chǎn)生的羥基自由基是一種具有高度流動水溶性的ROS，可與多不飽和脂肪酸（PUFA）發(fā)生氧化反應(yīng)，脂質(zhì)過氧物的大量堆積可使細胞膜發(fā)生裂解。研究發(fā)現(xiàn)，鐵調(diào)素可負性調(diào)節(jié)腫瘤患者體內(nèi)的TFR，其水平顯著升高時可明顯抑制Fe2+外排。鐵調(diào)素與膜鐵轉(zhuǎn)運蛋白（FPN）結(jié)合，能夠調(diào)節(jié)細胞內(nèi)FPN 含量，關(guān)閉鐵離子通道，進而間接調(diào)節(jié)鐵代謝；但由于FPN對鐵調(diào)素具有抗性，會導(dǎo)致細胞鐵超載，而外源性鐵離子能促進誘導(dǎo)劑erastin 的鐵死亡進程［4］。核受體共激活因子4（NCOA4）是鐵蛋白轉(zhuǎn)運受體的靶點，該化合物通過破壞NCOA4-FTH1 蛋白—蛋白相互作用，減少細胞內(nèi)可生物利用的亞鐵含量，從而阻斷鐵中毒的發(fā)生。鐵自噬可通ATG5/ATG7/NOCA4途徑降解鐵蛋白，引起細胞內(nèi)游離鐵濃度升高，進而促進鐵死亡［5］。RAS-RAF-MEK 信號通路可調(diào)控TFR 以及鐵蛋白，來增加細胞內(nèi)Fe2+含量，從而影響腫瘤細胞內(nèi)鐵死亡的敏感性，而Ras 突變基因過表達會增加細胞對鐵死亡的抗性［6］。鐵蛋白作為核轉(zhuǎn)錄因子Nrf2 的下游調(diào)控基因，也會受到p62/Keap1/Nrf2 信號通路的調(diào)控［7］。最新研究發(fā)現(xiàn)，順鉑和PRLX93936 聯(lián)合治療會導(dǎo)致ROS、脂質(zhì)過氧化和鐵表達上調(diào)，從而引發(fā)鐵中毒［8］。上述研究表明，細胞內(nèi)游離鐵受到多種因素的影響，靶向治療鐵依賴的腫瘤細胞可成為潛在的研究方向。

1.2 脂質(zhì)代謝異常 在正常細胞中，脂質(zhì)的氧化與還原處于動態(tài)平衡狀態(tài)。但隨著細胞癌變或者外源因素的介入，平衡就會被打破。目前普遍認為，多不飽和脂肪酸（PUFA）發(fā)生脂質(zhì)過氧化導(dǎo)致大量的ROS堆積，產(chǎn)生氧化應(yīng)激和毒性作用。研究發(fā)現(xiàn)，脂質(zhì)代謝應(yīng)激可促進PUFA 與膜磷脂（PLs）結(jié)合，使腫瘤細胞對鐵死亡更加敏感［9］。含有花生四烯酸或其衍生物腎上腺酸的磷脂酰乙醇胺（PEs）是誘導(dǎo)細胞發(fā)生鐵死亡的重要物質(zhì)。乙酰輔酶A合成酶長鏈家庭成員4（ACSL4）與溶血磷脂酰膽堿酰基轉(zhuǎn)移酶3（LPCAT3）是合成膜磷脂的關(guān)鍵酶，ACSL4、LPCAT3與PUFA 共同作用可以將花生四烯酸或腎上腺酸酯化為PEs，最后在脂氧合酶作用下生成脂質(zhì)氫過氧化物，其分解產(chǎn)物可造成蛋白質(zhì)的破壞，使質(zhì)膜萎縮變薄、曲率增加，進一步誘導(dǎo)鐵死亡［10］。筆者認為，通過調(diào)控脂質(zhì)過氧化物酶通路如促進脂氧合酶（LOXs）、NADPH 氧化酶（NOXs）以及線粒體電子傳輸鏈表達，可增加細胞對鐵死亡的敏感性，對于腫瘤治療具有重要的臨床意義。

1.3 氨基酸代謝異常 胱氨酸/谷氨酸反向轉(zhuǎn)運體（System Xc-）是一種跨膜蛋白復(fù)合物，含有亞基SLC3A2和SLC7A11，可調(diào)控細胞外胱氨酸與細胞內(nèi)谷氨酸交換，促進細胞內(nèi)谷胱甘肽（GSH）合成，并維持其穩(wěn)定性，從而減少細胞氧化損傷，抑制鐵死亡的發(fā)生［11］。小分子物質(zhì) erastin 可作用于 System Xc-，抑制細胞對胱氨酸的攝取，減少GSH 合成，并促進ROS 蓄積。另外，經(jīng)轉(zhuǎn)硫途徑也可將蛋氨酸合成半胱氨酸，但通過該途徑的細胞對System Xc-抑制劑誘導(dǎo)的鐵死亡敏感性下降，通過干擾RNA（siRNA）也可以通過抑制半胱氨酸-tRNA 合成酶來加強轉(zhuǎn)硫途徑［12］。谷胱甘肽過氧化物酶 4（GPX4）是脂質(zhì)過氧化和鐵死亡的關(guān)鍵抑制因子，GPX4 缺乏時細胞內(nèi)大量ROS 與膜脂PUFA 發(fā)生Fenton 反應(yīng)，會損傷細胞質(zhì)膜結(jié)構(gòu)，觸發(fā)鐵死亡。硒代半胱氨酸是組成GPX4 活性中心的氨基酸之一，可通過轉(zhuǎn)運體—硒代半胱氨酸t(yī)RNA 嵌入GPX4 中，保護細胞免受氧化應(yīng)激引起的細胞死亡。研究發(fā)現(xiàn)，硒可通過轉(zhuǎn)錄因子TFAP2c 和Sp1 的協(xié)同作用，促進GPX4 及相關(guān)基因表達，從而保護神經(jīng)元。而RSL3 可以直接抑制GPX4 功能，但并不會改變 GSH 水平［13］。此外，siRNA 可以使 GPX4 mRNA 表達水平降低 20 倍，嚴重引起細胞ROS 積累和鐵死亡［12］。最新研究發(fā)現(xiàn)，鐵死亡雖然是一種氧化細胞死亡機制，但在缺氧的條件下也可以被誘發(fā)，并且其敏感性顯著下降［14］。因此，通過抑制GSH 的生物合成或阻斷細胞從外環(huán)境攝入胱氨酸可能成為調(diào)控鐵死亡的潛在靶點。

增殖的癌細胞對能量的需求不斷增加，其更傾向于加快糖酵解和谷氨酰胺消耗［10］。高濃度谷氨酰胺存在于人體組織和血漿中，其降解產(chǎn)物可成為三羧酸（TCA）循環(huán)的燃料。谷氨酰胺缺乏會引起細胞內(nèi)的胱氨酸缺乏，GSH 合成減少，抑制ROS 積累。GAO 等［15］研究發(fā)現(xiàn)，只有在谷氨酰胺分解產(chǎn)物α-酮戊二酸（αKG）存在的情況下才能誘導(dǎo)鐵死亡，并指出谷氨酰胺酶GLS1和GLS2可催化谷氨酰胺轉(zhuǎn)化為谷氨酸，但僅有GLS2是發(fā)生鐵死亡所必需的。GLS2作為p53的靶向基因，其水平上調(diào)會促進p53依賴性鐵死亡的發(fā)生。細胞內(nèi)高濃度谷氨酸可抑制System Xc-，減少胱氨酸攝取，在細胞內(nèi)大量聚集的GSH 和ROS可誘發(fā)鐵死亡。MASSIE等［16］研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)小鼠System Xc-敲除時，高濃度的谷氨酸不能引起神經(jīng)毒性損傷，這種現(xiàn)象提示System Xc-可作為潛在的作用靶點。筆者認為，應(yīng)著重探究糖酵解氧化代謝與鐵死亡之間的聯(lián)系，為腫瘤的治療提供新靶點。

1.4 其他代謝途徑異常 輔酶Q10（CoQ10）是一種內(nèi)源性鐵死亡抑制劑，在細胞膜中具有抗氧化作用，可降低細胞膜的氧化損傷。除了鐵代謝、脂質(zhì)代謝、氨基酸代謝異常外，NADPH/FSP1/CoQ 通路則是脂質(zhì)過氧化及鐵死亡的另一個關(guān)鍵的抑制機制［17］。而NADPH 是細胞內(nèi)降解PUFA 所必需的還原劑，其水平可反映鐵死亡敏感性。DOLL 等［17］和BERSUKER等［18］發(fā)現(xiàn)，鐵死亡抑制蛋白1（FSP1）具有NADPH 依賴的輔酶Q氧化還原酶的作用，可依賴NADPH催化CoQ10再生，從而提高自由基捕獲能力來保護細胞，并對GPX4 缺失引起的鐵死亡也具有保護作用。熱休克蛋白家族（HSF）的HSF1/HSPB1 信號通路可以負性調(diào)節(jié)腫瘤細胞內(nèi)ROS 和鐵含量，誘導(dǎo)鐵死亡的發(fā)生，而磷酸化的HSFB1可以逆轉(zhuǎn)該過程［19］。

此外，ATG5/ATG7/NCOA4、p62/Keap1/Nrf2、MUC1-C/xCT、p53/SAT1/ALOX15、MiR/15a、GCN2/eIF2α-ATFF4 代謝途徑均可有效調(diào)控細胞內(nèi)鐵離子和ROS 的生成，具有調(diào)控鐵死亡發(fā)生的作用。TTC35、CS、ATP5G3和RPL8基因也會參與人類腫瘤細胞的多種代謝過程，繼而參與調(diào)控鐵死亡的發(fā)生［2］。目前對于鐵死亡的標(biāo)志性機制仍然未知，需要進一步探索和發(fā)現(xiàn)。

2 鐵死亡與消化系統(tǒng)腫瘤的關(guān)系

2.1 鐵死亡與肝癌 肝細胞癌（HCC）是全球癌癥病死率位居第四的腫瘤。長期以來，人們普遍認為引起肝臟疾病的主要原因之一是肝臟鐵超載，鐵死亡可能在HCC的發(fā)生中發(fā)揮重要作用。YUAN等［20］研究發(fā)現(xiàn)，肝癌細胞中CDGSH 鐵硫結(jié)構(gòu)域蛋白1（CISD1）作為一種線粒體鐵輸出蛋白，可減少線粒體內(nèi)Fe2+積累，降低脂質(zhì)過氧化，阻斷鐵死亡。而吡格列酮可促進CISD1 的鐵硫簇穩(wěn)態(tài)，抑制鐵死亡的發(fā)生。目前，腫瘤細胞的耐藥性已然成為腫瘤治療的挑戰(zhàn)。索拉菲尼是一種被批準用于治療HCC 的蛋白激酶抑制劑，可通過誘導(dǎo)氧化應(yīng)激和鐵死亡等方式引起細胞死亡，但這種方式可以被Ferrostatin-1或去鐵胺完全阻斷。氟哌啶醇可顯著增加細胞中Fe2+和GSH 含量，提高ROS 水平，增強索拉非尼對肝癌細胞的毒性作用［21］。p62/Keap1/Nrf2通路激活可上調(diào)鐵蛋白重鏈1（FTH1）表達，增加細胞內(nèi)Fe2+水平，增強肝癌細胞對鐵死亡的耐受［7］。石榴乳狀液可介導(dǎo)Nrf2 上調(diào)，可能與大鼠肝臟組織中mRNA 表達升高有關(guān)。筆者認為，通過調(diào)節(jié)p62/Keap1/Nrf2信號通路來減輕氧化損傷，對于肝癌的治療具有重大潛力。

SLC7A11 在肝癌細胞中高表達，可抑制細胞內(nèi)ROS 水平，而下調(diào)SLC7A11 來誘導(dǎo)鐵死亡可能是抑制突變小鼠腫瘤發(fā)展的機制之一［22］。最新研究顯示，隱丹參酮可顯著抑制HepG2 細胞活力，增加ROS 積累，降低 GSH 水平，下調(diào) System Xc-和 GPX4表達，引起細胞形態(tài)改變和細胞鐵死亡。而Ferrostatin-1、鐵螯合劑（DFO）和ROS 清除劑N-乙酰半胱氨酸（NAC）可以緩解隱丹參酮引起的HepG2 細胞活力下降［23］。下調(diào)肝癌細胞中ACSL4 表達可顯著抑制erastin 誘導(dǎo)的肝癌細胞HepG2 的鐵死亡，這可能與ACSL4 介導(dǎo)5-羥過氧化二十碳四烯酸，從而引起脂肪毒性作用有關(guān)。有研究敲除肝癌細胞中視網(wǎng)膜母細胞瘤蛋白（RB）基因，結(jié)果可明顯觀察到腫瘤細胞對索拉菲尼誘導(dǎo)的鐵死亡更加敏感，肝癌細胞鐵死亡的發(fā)生顯著增強［24］。而通過抑制銅藍蛋白（CP）可顯著增加細胞內(nèi)Fe2+和ROS 積累，進而促進erastin 和RSL3 誘導(dǎo)的HCC 鐵死亡。金屬硫蛋白1G對細胞鐵死亡呈負性調(diào)控作用，其在肝癌細胞中低表達，可增加腫瘤細胞對索拉非尼的耐藥性，導(dǎo)致肝癌患者預(yù)后不良。

2.2 鐵死亡與結(jié)直腸癌 結(jié)直腸癌是消化系統(tǒng)最常見的惡性腫瘤之一，病死率居第三位，且呈逐年上升趨勢。L-ROS 過量累積可導(dǎo)致鐵死亡的發(fā)生，但其對癌癥病程的影響卻不盡相同。研究發(fā)現(xiàn)，GPX4可將脂質(zhì)過氧化氫轉(zhuǎn)化為脂質(zhì)醇，從而限制L-ROS過量累積，阻止鐵死亡發(fā)生［13］。而順鉑、RSL3、多西他賽等多種物質(zhì)均可抑制結(jié)直腸癌細胞中GPX4 表達，誘導(dǎo)結(jié)直腸癌細胞發(fā)生鐵死亡。研究發(fā)現(xiàn)，Kras基因作為鐵死亡的上游調(diào)控基因，可促進ACSL4 在人結(jié)直腸癌細胞中高表達，誘導(dǎo)細胞發(fā)生鐵死亡，從而抑制癌癥進展，但這種效應(yīng)在Kras 野生型中并不明顯［6］。Honokiol（HNK）是一種雙酚化合物，可以通過降低GPX4 活性來誘發(fā)結(jié)直腸癌細胞發(fā)生鐵死亡，但不會影響 System Xc-［25］。樺木樹皮甲醇提取物會使結(jié)直腸癌細胞內(nèi)血紅素氧合酶1 水平升高、脂質(zhì)ROS 過量累積，導(dǎo)致細胞活性下降甚至死亡［26］。與其他腫瘤細胞不同，在結(jié)直腸癌細胞中p53 主要通過非轉(zhuǎn)錄機制誘導(dǎo)細胞發(fā)生鐵死亡，p53可介導(dǎo)抑制分子SCL7A11C表達，并且p53基因缺失可提高體內(nèi)erastin 的抗癌活性［27］。因此，筆者認為p53 可能是結(jié)直腸癌治療方案的中一個重要潛在靶點。miRNAs 可以通過靶向HSPB1，增加結(jié)腸癌細胞對5-氟尿嘧啶的化療敏感性［12］。經(jīng)erastin 誘導(dǎo)后，HSF1 在結(jié)直腸癌細胞中的表達升高，并參與抑制鐵死亡的發(fā)生。

2.3 鐵死亡與胰腺癌 胰腺癌是消化系統(tǒng)惡性程度最高的腫瘤，患者生存率極低、預(yù)后極差。胰腺癌的發(fā)病機制可能是廣泛突變的Kras 基因重新編碼胰腺癌（PDAC）細胞，表現(xiàn)為對細胞凋亡具有高度抗性。研究表明，Kras 突變的PDAC 細胞可被Art特異性誘導(dǎo)，產(chǎn)生大量PUFA，引發(fā)鐵死亡；HSPA5 聯(lián)合吉西他濱可激活HSPA5/GPX4 途徑，使PDAC 細胞對吉西他濱產(chǎn)生耐藥性，從而影響胰腺癌患者的預(yù)后，而下調(diào)HSPA5或GPX4基因表達可逆轉(zhuǎn)PDAC細胞的耐藥性［19］。天然化合物韋德洛拉酮（Wed）具有強烈的抗炎和抗氧化活性，可廣泛抑制Caspase-1/11 活化，降低白細胞介素 1β 和 gasdermin D 的 N 端結(jié)構(gòu)域水平，抑制氧化應(yīng)激和脂質(zhì)過氧化，上調(diào)GPX4表達，從而介導(dǎo)鐵死亡的發(fā)生。Wed也可促進GPX4 的轉(zhuǎn)錄活性，提高細胞對硒的敏感性［28］。天然產(chǎn)物蓽苃酰胺、Cotylenin A 和柳氮磺胺吡啶聯(lián)合可通過鐵死亡有效抑制胰腺癌細胞增殖［29］。而黃芩素則可通過激活Nrf2 通路，阻止erastin 誘導(dǎo)Nrf2 降解，從而抑制氧化損傷。研究發(fā)現(xiàn)，ER 蛋白STING1通過增加MFN1/2 依賴的線粒體融合，導(dǎo)致ROS 產(chǎn)生和脂質(zhì)過氧化，促進人胰腺癌細胞的鐵死亡。STING1 基因缺失可降低胰腺癌細胞對鐵死亡的敏感性，在胰腺癌細胞中miR-15a 可直接靶向胰腺癌相關(guān)的多個基因，提示其可能成為胰腺癌治療的新靶點［30］。目前，對于調(diào)控胰腺癌細胞鐵死亡的聯(lián)合用藥已成為未來研究的熱點。

2.4 鐵死亡與胃癌、食管癌 胃癌、食管癌也是常見的消化道腫瘤。天然化合物濟源冬凌草素A（JDA）的衍生物a2 可降低GPX4 表達，同時過表達GPX4 可拮抗a2 的抗細胞增殖活性，從而抑制胃癌細胞增殖［31］。NIU 等［32］發(fā)現(xiàn)，大黃甲素 8-O-β-吡喃葡萄糖苷（PG）可上調(diào)細胞內(nèi)ROS、Fe2+水平及丙二醛生成，從而誘導(dǎo)胃癌細胞發(fā)生鐵死亡。在胃癌細胞中，miR-103a-3p 可以靶向作用于GLS2，抑制谷氨酰胺分解，顯著抑制胃癌細胞增殖，改善胃癌患者的預(yù)后［33］。研究發(fā)現(xiàn)，腺病毒介導(dǎo)表達的p53 可作用于GLS2 基因的潛在結(jié)合位點，通過轉(zhuǎn)錄方式上調(diào)GLS2 表達，進而促進鐵死亡。在食管癌細胞中，SLC7A11 可通過p53/ROS 通路參與細胞的鐵死亡，且其表達與腫瘤增殖指數(shù)Ki-67 呈正相關(guān)關(guān)系。細胞內(nèi)TOP2A、CENPF、ASPM 上調(diào)表達會增加食管癌細胞對RSL3 誘導(dǎo)鐵死亡的敏感性，顯著降低GPX4蛋白表達，但SLC7A11 表達則無明顯變化。DNAJB6a 過表達可伴隨GPX4 和磷酸化AKT（p-AKT）蛋白表達顯著降低，并通過影響鐵死亡而發(fā)揮抑癌作用。因此，5-ALA 可能是一種很有前途的治療食管鱗癌的新藥物。

綜上所述，鐵死亡的發(fā)生與鐵代謝、脂質(zhì)代謝、氨基酸代謝異常等有關(guān)；p53、CoQ10、FSP1、HSP 和GPX4 等可通過對細胞鐵死亡的影響，參與肝癌、結(jié)直腸癌、胰腺癌、胃癌、食管癌等消化系統(tǒng)腫瘤的發(fā)生與發(fā)展，為消化系統(tǒng)腫瘤的治療提供更多可能的靶點。目前，仍有一些領(lǐng)域需要我們繼續(xù)探索。首先，針對鐵死亡與消化道腫瘤的治療方面，應(yīng)著重探索對參與鐵死亡重要靶點有效的抑制劑、激活劑以及聯(lián)合藥物的應(yīng)用；其次，需進一步研究和闡明鐵死亡的發(fā)生機制，繼續(xù)探究鐵死亡與消化道腫瘤及其他系統(tǒng)腫瘤發(fā)生發(fā)展的關(guān)系；再次，開展廣泛的多學(xué)科合作，制定有效的鐵死亡檢測方法，兼顧前沿科學(xué)技術(shù)發(fā)展、先進醫(yī)療技術(shù)，尋找新的特異性腫瘤標(biāo)記物，為臨床診斷提供有效的判定標(biāo)準；最后，鑒于鐵死亡是一種新的細胞死亡方式，應(yīng)積極探究與其他細胞死亡方式之間的區(qū)別及聯(lián)系，進一步探究各種細胞死亡方式間的相互調(diào)控作用，為深入理解調(diào)節(jié)性細胞死亡在癌癥等疾病中的作用提供依據(jù)。