沈惟鈺, 吳艷, 卞濤

隨著人們對(duì)細(xì)胞死亡的不斷探究, 細(xì)胞死亡也被細(xì)分為了凋亡、鐵死亡、焦亡、溶酶體依賴(lài)性死亡, 自噬依賴(lài)性死亡等多種死亡方式[1］。其中鐵死亡是近年來(lái)發(fā)現(xiàn)的一種新的、非凋亡性的細(xì)胞死亡, 以細(xì)胞中鐵和活性氧的積蓄, 脂質(zhì)過(guò)氧化和抗脂質(zhì)過(guò)氧化的失衡為特征[2］。這種細(xì)胞死亡方式表現(xiàn)為當(dāng)細(xì)胞內(nèi)游離鐵增多時(shí), 一方面會(huì)通過(guò)芬頓反應(yīng)產(chǎn)生更多的活性氧, 將細(xì)胞膜上的多聚不飽和脂肪酸氧化成脂質(zhì)過(guò)氧化物；另一方面可將脂質(zhì)過(guò)氧化物進(jìn)一步催化為有毒的脂質(zhì)自由基, 導(dǎo)致細(xì)胞死亡[3］。Xc-/谷胱甘肽（glutathion, GSH）/谷胱甘肽過(guò)氧化物酶4（glutathione peroxidase 4, GPX4）作為經(jīng)典的抗氧化途徑在鐵死亡的過(guò)程中發(fā)揮了重要的抑制作用。在GPX4的催化下, GSH可以將脂質(zhì)過(guò)氧化物還原為脂肪醇, 從而中斷鐵死亡；而細(xì)胞內(nèi)GSH的生成依賴(lài)于胱氨酸/谷氨酸逆向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白System Xc-對(duì)胱氨酸的轉(zhuǎn)運(yùn)[4］。因此, 這三者共同構(gòu)成了鐵死亡的經(jīng)典抑制途徑Xc-/GSH/GPX4。此外, 最新的研究顯示FSP1不僅參與細(xì)胞凋亡[5-6］, 其在鐵死亡中也具有重要的抑制作用, 且獨(dú)立于上述的經(jīng)典鐵死亡抑制途徑[7］。本研究將從FSP1調(diào)控鐵死亡的機(jī)制入手, 對(duì)其與鐵死亡相關(guān)疾病, 尤其是與腫瘤的關(guān)系進(jìn)行綜述與展望。

1 FSP1的基因表達(dá)和蛋白結(jié)構(gòu)

FSP1是一種高度保守的黃素蛋白, 起初被認(rèn)為是p53的應(yīng)答基因[8］, 因?yàn)槠渑c凋亡誘導(dǎo)因子（apoptosis-inducing factor, AIF）——一種人胱天蛋白酶（caspase）-非依賴(lài)性促凋亡蛋白有一定的結(jié)構(gòu)相似性, 也被稱(chēng)為線(xiàn)粒體相關(guān)凋亡誘導(dǎo)因子（apoptosis inducing factor mitochondria-associated, AIFM2）[9］。由于最近發(fā)現(xiàn)FSP1具有抑制細(xì)胞鐵死亡的作用, 為避免混淆將其重新命名為FSP1[7］。FSP1基因定位于人染色體10q22.1, 編碼包含373個(gè)氨基酸、分子量約為40.5 kDa的蛋白質(zhì)[8］, FSP1的結(jié)構(gòu)主要包括：一個(gè)還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（NADH）氧化還原酶結(jié)構(gòu)域, 具有NAD（P）H氧化酶活性, 催化NAD（P）H依賴(lài)的細(xì)胞色素c和其他電子受體（包括分子氧）的還原；一個(gè)DNA結(jié)合域, 可以和DNA非特異性結(jié)合, 產(chǎn)生蛋白質(zhì)構(gòu)象改變, 這可能會(huì)降低FSP1的氧化還原酶活性以及導(dǎo)致細(xì)胞的凋亡；另一個(gè)是黃素腺嘌呤二核苷酸（FAD）結(jié)構(gòu)域, 可與輔因子FAD結(jié)合。FSP1主要位于細(xì)胞質(zhì)中, 可通過(guò)其N(xiāo)端與細(xì)胞膜內(nèi)的磷脂共價(jià)結(jié)合；與AIF不同的是, FSP1缺乏線(xiàn)粒體定位序列（mitochondrial localization sequence, MLS）, 與線(xiàn)粒體外膜之間存在一定的親和力, 黏附在線(xiàn)粒體外膜上并形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)[10］。

2 FSP1與鐵死亡

2.1 FSP1鐵死亡抑制功能的發(fā)現(xiàn)?；o酶A合成酶長(zhǎng)鏈家族成員（4acyl-CoA synthetase long chain family member 4, ACSL4）是鐵死亡的前基因, 其表達(dá)水平?jīng)Q定細(xì)胞對(duì)鐵死亡的敏感性；GPX4被認(rèn)為是抑制鐵死亡的重要調(diào)節(jié)因子[11］。然而, 在某些癌細(xì)胞系中, 無(wú)論ASCL4的表達(dá)水平如何, 抑制GPX4不能引發(fā)鐵死亡, 這表明對(duì)于某些細(xì)胞來(lái)說(shuō), 存在一些平行的保護(hù)途徑來(lái)對(duì)抗鐵死亡。因此, Doll等[7］構(gòu)建了耐鐵死亡細(xì)胞系的互補(bǔ)DNA（cDNA）文庫(kù), 并對(duì)14個(gè)GPX4基因敲除的存活細(xì)胞克隆進(jìn)行了Sanger測(cè)序分析, 發(fā)現(xiàn)FSP1在缺乏GPX4的細(xì)胞中能對(duì)抗鐵死亡。

2.2 FSP1抑制鐵死亡的作用機(jī)制FSP1抑制鐵死亡的功能與它具有NADH：泛醌（CoQ）10的氧化還原酶活性密切相關(guān), 它通過(guò)N-肉豆蔻?；邢蛸|(zhì)膜, 在質(zhì)膜上FSP1氧化NAD（P）H, 并將CoQ10還原為二氫泛醌（CoQH2）[7, 12］, 而CoQH2則是一種親脂性自由基捕獲抗氧化劑, 具有很強(qiáng)的抗氧化作用, 可以減少細(xì)胞內(nèi)活性氧和脂質(zhì)自由基[13］, 從而對(duì)抗鐵死亡。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)FSP1抑制鐵死亡的功能與細(xì)胞GSH水平、GPX4活性、ACSL4的表達(dá)和可氧化脂肪酸含量無(wú)關(guān), FSP1/NADH/CoQ10途徑獨(dú)立于Xc-/GSH/GPX4途徑發(fā)揮抑制鐵死亡的作用[7］；而在GPX4表達(dá)水平正常的情況下, FSP1的缺失也會(huì)導(dǎo)致磷脂過(guò)氧化的增加[12］, 提示 FSP1/NADH/CoQ10途徑與Xc-/GSH/GPX4途徑還存在協(xié)同作用。此外, FSP1也可能通過(guò)ESCRT-Ⅲ依賴(lài)的膜修復(fù)機(jī)制來(lái)抑制鐵死亡, 但具體的調(diào)節(jié)機(jī)制仍不明確[14］。

2.3 FSP1鐵死亡抑制作用的調(diào)節(jié)FSP1是通過(guò)N-肉豆蔻酰化與質(zhì)膜中的磷脂共價(jià)結(jié)合的, 因此N-肉豆蔻?；D(zhuǎn)移酶抑制劑或者蛋白發(fā)生Gly-Ala（G2A）突變（甘氨酸是唯一可以作為肉豆蔻?；D(zhuǎn)移酶底物的殘基）, 可使FSP1無(wú)法富集到細(xì)胞膜上, 喪失抑制鐵死亡的功能[15］。iFSP1是一種由Doll等[7］篩選出來(lái)的FSP1抑制劑, 可以選擇性地抑制FSP1抗鐵死亡的功能, 誘導(dǎo)過(guò)表達(dá)FSP1的GPX4 敲除細(xì)胞發(fā)生鐵死亡, 但iFSP1抑制FSP1抗鐵死亡功能的具體作用機(jī)制仍不明確。由于CoQ10是FSP1的主要底物, 抑制CoQ10的生成可以顯著降低FSP1阻止脂質(zhì)過(guò)氧化的功能, 例如鐵死亡誘導(dǎo)劑FIN56[16］和他汀類(lèi)藥物[17］可以通過(guò)抑制3-羥基-3-甲基戊二酸單酰CoA還原酶, 從而抑制生成CoQ10的甲羥戊酸途徑（MVA pathway）, 進(jìn)而降低體內(nèi)CoQ10含量, 抑制FSP1/NADH/CoQ10途徑, 增加細(xì)胞對(duì)于鐵死亡的敏感性。值得注意的是, 4-羥基-2-壬烯醛是鐵死亡的產(chǎn)物之一, 有研究顯示它可以直接結(jié)合于FSP1的氧化還原酶域, 抑制FSP1作為氧化還原酶的活性[15］。FSP1氧化還原酶活性的降低會(huì)進(jìn)一步加劇鐵死亡, 形成一個(gè)正反饋循環(huán), 引發(fā)細(xì)胞的大量死亡, 這可能是機(jī)體對(duì)于癌細(xì)胞的自我防御措施之一, 需要進(jìn)一步的研究。

3 FSP1與鐵死亡相關(guān)疾病的關(guān)系

3.1 FSP1與腫瘤的關(guān)系細(xì)胞內(nèi)活性氧多來(lái)自于自身的線(xiàn)粒體的氧化代謝過(guò)程, 腫瘤組織由于其比一般正常組織具有更強(qiáng)的代謝功能以及線(xiàn)粒體活性, 容易比正常組織產(chǎn)生更多的活性氧[18］。這使得腫瘤細(xì)胞嚴(yán)重依賴(lài)抗氧化機(jī)制, 甚至相對(duì)于正常細(xì)胞更容易受到氧化應(yīng)激和鐵死亡的影響[19］。因此, 高度增殖的腫瘤細(xì)胞需要夠降低細(xì)胞活性氧水平, 調(diào)控鐵死亡, 在腫瘤的增殖和發(fā)育中發(fā)揮重要作用。

3.1.1 FSP1與肺癌 FSP1可以用于預(yù)肺癌患者的預(yù)后及指導(dǎo)用藥。Bersuker等[12］發(fā)現(xiàn) FSP1的表達(dá)與肺癌細(xì)胞對(duì)多種GPX4抑制劑（RSL3、ML210和ML162）的耐藥性呈正相關(guān), 敏感性甚至高于system xc-和SLC7A119。此外, 敲除FSP1的肺癌細(xì)胞對(duì)鐵死亡誘導(dǎo)劑顯示出更高的敏感性, 例如在高耐藥的H460細(xì)胞系中敲除FSP1可以提高100倍對(duì)RSL3的敏感性[12］。并且在非小細(xì)胞肺癌中, FSP1的過(guò)表達(dá)可以抑制順鉑誘發(fā)的鐵死亡, 增強(qiáng)非小細(xì)胞肺癌的耐藥性[20］。因此, FSP1可以作為肺癌中鐵死亡抵抗的生物標(biāo)志物并可用于預(yù)測(cè)癌癥中誘導(dǎo)鐵死亡藥物的療效。

3.1.2 FSP1與葡萄膜黑色素瘤 有學(xué)者將7 025個(gè)葡萄膜黑色素瘤潛在的預(yù)后基因與103個(gè)鐵死亡相關(guān)基因相交, 得到了一個(gè)包含22個(gè)基因的交集, 隨后將此22個(gè)基因放入套索COX回歸模型中篩選出了7個(gè)可以用于預(yù)測(cè)葡萄膜黑色素瘤預(yù)后的鐵死亡相關(guān)基因[21］。其中, FSP1在高風(fēng)險(xiǎn)組中過(guò)表達(dá), 可以考慮作為葡萄膜黑色素瘤患者經(jīng)治療預(yù)后不佳的標(biāo)志物。

3.1.3 FSP1與消化系統(tǒng)腫瘤 FSP1還可以通過(guò)上調(diào)ESCRT-Ⅲ抑制胰腺癌及肝癌細(xì)胞中的鐵死亡, 增加肝癌細(xì)胞對(duì)索拉菲尼的耐藥性。用shRNAs敲除人胰腺癌細(xì)胞和人肝癌細(xì)胞中的FSP1基因, 會(huì)增強(qiáng)這兩種細(xì)胞對(duì)Erastin、索拉非尼和RSL3等鐵死亡誘導(dǎo)劑的敏感性, 重要的是這種變化可以在加入鐵死亡抑制劑Liproxstatin-1后緩解, 但不能被CoQ拯救[14］, 提示在這兩種消化系統(tǒng)腫瘤中存在著FSP1參與的不同于FSP1/NADH/CoQ10途徑的鐵死亡調(diào)控途徑。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)FSP1可以在質(zhì)膜上募集ESCRT-Ⅲ, 通過(guò)促進(jìn)細(xì)胞膜修復(fù)來(lái)抑制鐵死亡[14］。

3.1.4 FSP1與腫瘤微環(huán)境 CD8+T細(xì)胞是腫瘤微環(huán)境中一種重要的腫瘤拮抗免疫細(xì)胞[22］。過(guò)表達(dá)FSP1的CD8+T細(xì)胞中脂質(zhì)過(guò)氧化水平明顯降低, 但細(xì)胞發(fā)生鐵死亡的比率并未明顯下降, CD8+T細(xì)胞的抗腫瘤功能也未提高；然而該研究未進(jìn)行FSP1抑制或者敲除情況下, CD8+T細(xì)胞鐵死亡比率及抗腫瘤功能變化的探索[23］。因此, 目前并不清楚在抑制FSP1治療腫瘤的同時(shí), 是否會(huì)損傷自身的免疫系統(tǒng), 這對(duì)FSP1靶向藥物的研發(fā)提出了更高的要求。

3.2 FSP1與神經(jīng)退行性疾病帕金森病是一種中老年人常見(jiàn)的神經(jīng)退行性疾病, 細(xì)胞鐵死亡的過(guò)程與其生理病理特征高度吻合[24］。此外, 在帕金森病小鼠模型中, GPX4及FSP1表達(dá)明顯降低。使用去鐵鐵蛋白預(yù)處理后, GPX4表達(dá)仍然降低, 但FSP1表達(dá)回升, 并可顯著改善小鼠的運(yùn)動(dòng)障礙[25］。這些結(jié)果表明FSP1可以單獨(dú)作為帕金森病的治療靶點(diǎn)。

3.3 其他在急性腎損傷的小鼠模型中, FSP1的缺失被證明是導(dǎo)致腎小管上皮細(xì)胞鐵死亡的重要因素之一, 但補(bǔ)充FSP1是否對(duì)急性腎損傷具有治療作用還有待研究[26］。活性氧介導(dǎo)的細(xì)胞死亡是類(lèi)風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎病情進(jìn)展的關(guān)鍵, FSP1的降低會(huì)激活腫瘤壞死因子-α（TNF-α）/ROS反饋回路, 進(jìn)而誘發(fā)類(lèi)風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎[27］。

4 總結(jié)和展望

綜上所述, FSP1作為鐵死亡的抑制蛋白, 介導(dǎo)了平行于Xc-/GSH/GPX4途徑的FSP1/NADH/CoQ10鐵死亡抑制途徑。FSP1既可以作為部分腫瘤鐵死亡抵抗及預(yù)后的生物標(biāo)志物, 也為抗腫瘤藥物的研發(fā)提供了新的思路與方向, 尤其是針對(duì)MVA途徑的藥物, 可以同時(shí)降低FSP1的底物CoQ10與另一重要的鐵死亡抑制蛋白GPX4的產(chǎn)生, 更充分地誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞發(fā)生鐵死亡, 達(dá)到事半功倍的效果。然而, 目前對(duì)于FSP1介導(dǎo)的鐵死亡抵抗的最新研究主要集中在腫瘤領(lǐng)域, 在其他鐵死亡相關(guān)疾病如慢性阻塞性肺疾病、缺血再灌注、炎癥性疾病等臨床疾病中, 人們對(duì)于FSP1作用的研究甚少。因此, 利用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)手段, 進(jìn)一步詳細(xì)地研究FSP1的鐵死亡抑制作用, 有助于人們更客觀(guān)全面地認(rèn)知包括但不限于腫瘤在內(nèi)的鐵死亡相關(guān)疾病的發(fā)生與進(jìn)展, 制訂更完備的鐵死亡相關(guān)疾病的預(yù)防與診療方案。