王新峰 姚宇欣 王攀

摘要：鐵死亡是一種細(xì)胞程序性死亡，在起始條件、發(fā)生機(jī)制、分子特征等方面均與其他細(xì)胞程序性死亡，如凋亡、自噬、壞死、焦亡等有明顯差別。圍繞磷脂氫過(guò)氧化物的合成與代謝，氧化損傷和抗氧化保護(hù)的平衡是鐵死亡調(diào)控機(jī)制的核心。在惡性腫瘤中，抗氧化保護(hù)相關(guān)通路上調(diào)抑制細(xì)胞鐵死亡的發(fā)生，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞在氧化應(yīng)激環(huán)境中存活，并對(duì)藥物產(chǎn)生耐受。本文總結(jié)鐵死亡主要特征和相關(guān)調(diào)控機(jī)制，并梳理鐵死亡在惡性腫瘤中的研究進(jìn)展及在腫瘤耐藥中的機(jī)制，為深入研究惡性腫瘤發(fā)生和發(fā)展提供新思路，給抗腫瘤治療提供新靶點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：鐵死亡；惡性腫瘤；鐵累積；脂質(zhì)過(guò)氧化；抗氧化機(jī)制

中圖分類號(hào)： R730.23文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號(hào)：1000-503X（2023）04-0647-08

DOI：10.3881/j.issn.1000-503X.15379

Ferroptosis：Mechanism and Role in Malignant Tumors

WANG Xinfeng，YAO Yuxin，WANG Pan

Department of Thoracic Surgery，National Cancer Center/National Clinical Research Center for

Cancer/Cancer Hospital，CAMS and PUMC，Beijing 100021，China

Corresponding author：WANG Pan Tel：010-87788863，E-mail：wangpan@cicams.ac.cn

ABSTRACT：Ferroptosis is a new type of programmed cell death different from other cell death pathways such as apoptosis，autophagy，necrosis，and pyroptosis in terms of initiation，mechanisms，and molecular characteristics.As the accumulation of phospholipid hydroperoxides is the hallmark of ferroptosis，the balance between oxidative damage and antioxidant defense is critical to the regulatory mechanism of ferroptosis.In cancer，the upregulation of antioxidant defense pathways can inhibit ferroptosis，thereby promoting cancer cells to survive the oxidative stress and develop drug resistance.This review systematically introduces the main features and regulatory mechanisms of ferroptosis.In addition，we summarize the role of ferroptosis in the progression and drug resistance of malignant tumors，providing novel implications for further research on the pathogenesis of malignant tumors and discovery of new targets for anti-cancer therapy.

Key words：ferroptosis；malignant tumor；iron accumulation；lipid peroxidation；antioxidant mechanism

Acta Acad Med Sin，2023，45（4）：647-654

惡性腫瘤已成為威脅人類健康的主要因素之一^［1-2］。2022年，Hanahan等^［3］提出，惡性腫瘤特征包括持續(xù)的增殖信號(hào)、基因組不穩(wěn)定、免疫逃逸及程序性細(xì)胞死亡（programmed cell death，PCD）抵抗等。其中，腫瘤細(xì)胞對(duì)PCD的抵抗是重要特征。研究表明，凋亡、自噬、焦亡等PCD方式的調(diào)控機(jī)制破壞保證了腫瘤細(xì)胞的存活與無(wú)限增殖^［4-8］。

隨著對(duì)PCD的關(guān)注不斷增加，越來(lái)越多涉及不同通路、不同分子的死亡方式被發(fā)現(xiàn)、命名。2012年由Dixon等^［9］命名的鐵死亡是一種鐵依賴的PCD方式，與鐵代謝異常及脂質(zhì)過(guò)氧化累積密切相關(guān)，其形態(tài)特征、作用分子及生化方面都與已知的凋亡、自噬、壞死、焦亡等其他PCD方式完全不同^［10］。目前認(rèn)為，基于脂質(zhì)的活性氧/磷脂氫過(guò)氧化物（phospholipid hydroperoxide，PLOOH）是鐵死亡發(fā)生的執(zhí)行分子，圍繞這一關(guān)鍵分子的合成與代謝，氧化損傷和抗氧化保護(hù)的平衡是鐵死亡調(diào)控機(jī)制的核心。在鐵死亡的發(fā)生中，鐵累積和脂質(zhì)過(guò)氧化通過(guò)促進(jìn)PLOOH的產(chǎn)生，引起細(xì)胞膜氧化損傷，是鐵死亡發(fā)生的兩種關(guān)鍵機(jī)制，同時(shí)，抗氧化機(jī)制則能還原PLOOH，抑制氧化損傷從而防止細(xì)胞鐵死亡的發(fā)生。在正常狀態(tài)下，兩種機(jī)制維持動(dòng)態(tài)平衡，保證機(jī)體的新陳代謝（圖1），而當(dāng)平衡失調(diào)時(shí)，鐵死亡則出現(xiàn)異常，進(jìn)而引起疾病的發(fā)展。研究發(fā)現(xiàn)，腫瘤細(xì)胞為應(yīng)對(duì)快速增殖或各種治療引起的氧化應(yīng)激損傷，進(jìn)化出強(qiáng)大的抗氧化能力，比如腫瘤細(xì)胞中Kelch樣環(huán)氧氯丙烷相關(guān)蛋白1/核因子E2相關(guān)因子2/抗氧化反應(yīng)元件信號(hào)通路的過(guò)度活化、可分解活性氧的超氧化物歧化酶和過(guò)氧化氫酶的活性升高等，促進(jìn)了腫瘤的進(jìn)展及對(duì)治療的耐受。目前，我們認(rèn)為，鐵死亡相關(guān)的抗氧化機(jī)制是對(duì)傳統(tǒng)抗氧化通路的補(bǔ)充和延伸，豐富了對(duì)于腫瘤細(xì)胞抗氧化機(jī)制的理解。

鐵死亡也已被證明與多種腫瘤的發(fā)展及耐藥相關(guān)。然而，目前對(duì)于鐵死亡的調(diào)控機(jī)制及其與惡性腫瘤的關(guān)系仍缺乏系統(tǒng)的回顧，故本文將總結(jié)鐵死亡相關(guān)的機(jī)制及其在惡性腫瘤中的作用機(jī)制，為臨床治療腫瘤提供新的靶點(diǎn)。

鐵死亡

Dixon等^［9］研究發(fā)現(xiàn)，鐵死亡特異性誘導(dǎo)劑如Erastin、RAS選擇性致死性小分子3（RAS-selective lethal small molecule 3，RSL3）等可使細(xì)胞發(fā)生程序性死亡，電鏡下表現(xiàn)出細(xì)胞膜增厚、線粒體皺縮及線粒體嵴消失；其生化特征也產(chǎn)生變化，如細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)過(guò)氧化物聚集、還原型谷胱甘肽（reduced glutathione，GSH）減少等。這一過(guò)程可被鐵螯合劑（desferrioxamine，DFO）、ferrostatin-1和liproxstatin-1等鐵死亡抑制劑逆轉(zhuǎn)，而針對(duì)凋亡、壞死等其他細(xì)胞程序性死亡的抑制劑無(wú)法抑制這種新型程序性死亡，這種鐵依賴的新型PCD方式被稱為鐵死亡^［11-12］。

圍繞PLOOH的合成與代謝，氧化損傷和抗氧化保護(hù)的平衡是鐵死亡調(diào)控機(jī)制的核心。鐵累積和脂質(zhì)過(guò)氧化是引起細(xì)胞膜氧化損傷的兩種關(guān)鍵機(jī)制，而抗氧化機(jī)制主要包括經(jīng)典的谷胱甘肽過(guò)氧化物酶4（glutathione peroxidase 4，GPX4）依賴途徑以及新型非GPX4依賴途徑。

鐵累積 由命名可知，鐵死亡的發(fā)生是依賴于鐵的，因而維持鐵穩(wěn)態(tài)相關(guān)的蛋白在鐵死亡調(diào)控中有著重要作用。這些蛋白的表達(dá)或功能異常會(huì)引起鐵吸收增加、鐵儲(chǔ)存減少及鐵流出受限，使得細(xì)胞內(nèi)的鐵累積，進(jìn)一步升高鐵相關(guān)活性氧及過(guò)氧化脂質(zhì)，從而導(dǎo)致鐵死亡發(fā)生。轉(zhuǎn)鐵蛋白和轉(zhuǎn)鐵蛋白受體結(jié)合可將胞外的鐵離子轉(zhuǎn)運(yùn)至胞內(nèi)，加劇鐵死亡的發(fā)生；反之，減少轉(zhuǎn)鐵蛋白受體1的表達(dá)、清除培養(yǎng)基中的轉(zhuǎn)鐵蛋白均會(huì)降低鐵死亡誘導(dǎo)劑Erastin的敏感性^［13-14］。鐵反應(yīng)元件結(jié)合蛋白2的表達(dá)降低可誘導(dǎo)下游鐵儲(chǔ)存相關(guān)蛋白（如鐵蛋白輕鏈、鐵蛋白重鏈多肽1、鐵硫簇組裝酶）的表達(dá)增多，通過(guò)減少胞內(nèi)鐵離子含量而抑制鐵死亡的發(fā)生；若干擾鐵反應(yīng)元件結(jié)合蛋白2負(fù)向調(diào)控因子的表達(dá)，細(xì)胞則表現(xiàn)出相反的效應(yīng)^［9］。核受體共激活因子4可選擇性結(jié)合鐵蛋白，并引導(dǎo)其進(jìn)入自噬小體，利用溶酶體的消化作用釋放出游離鐵離子，這一過(guò)程被稱為鐵自噬，所以干擾核受體共激活因子4的表達(dá)可顯著抑制鐵蛋白的降解及鐵死亡的發(fā)生^［15-17］。此外，鐵流出蛋白溶質(zhì)載體蛋白家族40成員1可將鐵離子轉(zhuǎn)運(yùn)至胞外而降低胞內(nèi)鐵含量，所以鐵流出蛋白溶質(zhì)載體蛋白家族40成員1的過(guò)表達(dá)會(huì)抑制鐵死亡，而其敲減則會(huì)促進(jìn)鐵死亡的發(fā)生^［18］。其他影響鐵代謝的蛋白如熱休克蛋白β1、CDGSH鐵硫域1等，也會(huì)促進(jìn)鐵死亡的發(fā)生^［19-20］。

細(xì)胞內(nèi)鐵離子濃度升高可通過(guò)兩種途徑促進(jìn)脂質(zhì)過(guò)氧化物的累積：一方面通過(guò)鐵依賴的Fenton反應(yīng)催化活性氧產(chǎn)生，即具有氧化還原活性的二價(jià)鐵離子（Fe²⁺）能催化過(guò)氧化氫生成羥自由基和氫氧根等活性氧分子，這些活性氧的累積將直接促進(jìn)PLOOH的生成；另一方面通過(guò)激活鐵依賴的酶，包括含鐵的脂氧合酶（lipoxygenase，LOX），細(xì)胞色素P450氧化還原酶等，LOX等鐵依賴的酶催化磷脂氫過(guò)氧化物的產(chǎn)生，從而促進(jìn)鐵死亡的發(fā)生^［10］。研究表明，鐵離子螯合劑能通過(guò)降低鐵含量而抑制鐵死亡發(fā)生，進(jìn)一步驗(yàn)證了鐵過(guò)剩對(duì)鐵死亡的重要作用^［21-22］。綜上，鐵穩(wěn)態(tài)紊亂引起的鐵累積是促進(jìn)鐵死亡發(fā)生的重要機(jī)制之一，鐵代謝調(diào)節(jié)的相關(guān)基因是調(diào)控鐵死亡的潛在靶點(diǎn)。

脂質(zhì)過(guò)氧化 不受限的脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)是促進(jìn)鐵死亡的另一重要機(jī)制。脂質(zhì)過(guò)氧化起始于脂質(zhì)雙分子層中含有多不飽和脂?；牧字╬olyunsaturated fatty acyl moieties in phospholipid，PUFA-PL），在PUFA-PL的不飽和酰基中除去1個(gè)雙烯丙基的氫原子（位于兩個(gè)碳碳雙鍵之間），而形成以碳為中心的磷脂自由基，之后與氧氣反應(yīng)產(chǎn)生磷脂過(guò)氧化氫自由基，并從另一個(gè)多不飽和脂肪酸（polyunsaturated fatty acid，PUFA）上移除1個(gè)氫，形成PLOOH。如果PLOOH不通過(guò)GPX4還原成相應(yīng)的醇，這些物質(zhì)將持續(xù)氧化PUFA-PL產(chǎn)生更多的PLOOH^［23］，這種連鎖反應(yīng)可能最終破壞細(xì)胞膜的完整性，致使細(xì)胞器和/或細(xì)胞膜破裂^［24］。由此可見，含有PUFA-PL的膜更易發(fā)生脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)^［25］。

Dixon等^［26］在2015年通過(guò)單倍體細(xì)胞株篩選發(fā)現(xiàn)在鐵死亡中起重要作用的兩種酶：合成PUFA的?；o酶A合成酶長(zhǎng)鏈4和與脂質(zhì)重塑相關(guān)的溶血卵磷脂?；D(zhuǎn)移酶3。?；o酶A合成酶長(zhǎng)鏈4的主要功能是連接花生四烯酸和腎上腺酸等長(zhǎng)鏈PUFA和輔酶A，隨后，溶血卵磷脂?；D(zhuǎn)移酶3則催化這些產(chǎn)物發(fā)生酯化反應(yīng)，形成生物膜上的PUFA-PL^［27-29］。在細(xì)胞中敲除這兩個(gè)酶基因或用抑制劑降低兩酶的活性都會(huì)減少脂質(zhì)過(guò)氧化的特異性底物—PUFA的合成，從而阻斷鐵死亡的發(fā)生；相反，當(dāng)細(xì)胞膜中PUFA-PL水平較高時(shí)，細(xì)胞更易發(fā)生脂質(zhì)過(guò)氧化物累積，從而對(duì)鐵死亡誘導(dǎo)劑更敏感^{［25，28-30］}。

含鐵的LOX可以催化PUFA-PL的脂質(zhì)過(guò)氧化，生成PLOOH，LOX的表達(dá)下調(diào)會(huì)抑制Erastin誘導(dǎo)的鐵死亡^{［25，29］}。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，不同場(chǎng)景中發(fā)揮主要作用的LOX亞型（ALOX5、ALOX12、ALOXE3、ALOX15、ALOX15B等）不同，例如：ALOX5、ALOXE3、ALOX15及ALOX15B與多種不同來(lái)源的腫瘤細(xì)胞系（BJeLR、HT-1080 和 PANC1細(xì)胞）中發(fā)生的鐵死亡有關(guān)，ALOX12則在非小細(xì)胞肺癌細(xì)胞系H1299中對(duì)p53依賴的鐵死亡至關(guān)重要^{［25，31-32］}。

以上研究均表明，花生四烯酸和腎上腺酸等PUFA是PLOOH合成的特異性底物，在鐵死亡的發(fā)生中具有重要作用，因而這些PUFA的增多會(huì)增加鐵死亡發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。目前，脂質(zhì)過(guò)氧化物最終引起細(xì)胞死亡的效應(yīng)機(jī)制仍不清楚。Tang等^［33］提出，與其他PCD相似，脂質(zhì)過(guò)氧化物或活性氧既有可能通過(guò)激活某種穿孔蛋白來(lái)改變細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)和功能，也有可能直接攻擊細(xì)胞內(nèi)的蛋白和DNA，至其失去正常生理功能，從而導(dǎo)致細(xì)胞死亡。

綜上，PLOOH是鐵死亡的執(zhí)行分子，不受限制的脂質(zhì)過(guò)氧化連鎖反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生大量PLOOH而引起膜結(jié)構(gòu)的損傷，最終導(dǎo)致鐵死亡的發(fā)生。

抗氧化機(jī)制 GPX4以GSH為底物，催化PLOOH還原成無(wú)毒的相應(yīng)的醇而阻止鐵死亡的發(fā)生，因而GPX4是鐵死亡調(diào)節(jié)過(guò)程中核心的抑制分子^［24］。直接靶向GPX4的抑制劑RSL3、ML162可以導(dǎo)致過(guò)氧化脂類的累積而誘發(fā)鐵死亡^［34-35］。在腫瘤細(xì)胞中，GPX4的表達(dá)降低可明顯誘導(dǎo)以脂質(zhì)活性氧累積為特征的死亡，證明了GPX4是腫瘤細(xì)胞生存所必需的酶^［34］。此外，在腫瘤耐藥細(xì)胞中，CRISPR介導(dǎo)的GPX4敲除或者RSL3的抑制都能誘導(dǎo)其產(chǎn)生鐵死亡為特征的細(xì)胞死亡從而逆轉(zhuǎn)耐藥^［36］。

GPX4的表達(dá)和活性與GSH和硒的含量有關(guān)。GSH由半胱氨酸、谷氨酸及甘氨酸分兩步合成^［37］，該過(guò)程受到半胱氨酸來(lái)源的限制，所以負(fù)責(zé)將胱氨酸（半胱氨酸的氧化形態(tài)）轉(zhuǎn)運(yùn)至胞內(nèi)的膜蛋白胱氨酸-谷氨酸反轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（system x-c）是抑制鐵死亡的另一關(guān)鍵分子^［9］。System x-c由跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白SLC7A11和跨膜調(diào)節(jié)蛋白SLC3A2兩個(gè)亞基構(gòu)成，可1∶1地將谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)至胞外，同時(shí)將胞外胱氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)至胞內(nèi)^［38］。在細(xì)胞中，SLC7A11的表達(dá)和活性受核轉(zhuǎn)錄因子E2相關(guān)因子2的正向調(diào)控，而受到TP53、BAP1和BECN1等關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子的逆向調(diào)節(jié)^［39-42］。多數(shù)腫瘤組織通過(guò)高表達(dá)SLC7A11抑制鐵死亡的發(fā)生，從而保證細(xì)胞的無(wú)限增殖。此外，Erastin是一種靶向system x-c的鐵死亡誘導(dǎo)劑，通過(guò)抑制半胱氨酸的攝入減少GSH的合成，促進(jìn)PLOOH的累積而誘導(dǎo)細(xì)胞發(fā)生鐵死亡^［9］。當(dāng)system x-c被抑制時(shí)，部分細(xì)胞會(huì)以轉(zhuǎn)硫通路代償半胱氨酸的不足，轉(zhuǎn)硫通路由氨酰 tRNA 合成酶家族調(diào)控，如半胱氨酸t(yī)RNA合成酶1^{［37，43］}。研究發(fā)現(xiàn)，半胱氨酸t(yī)RNA合成酶1基因的多態(tài)性位點(diǎn)（rs384490、rs729662、rs2071101和rs7394702）與胃癌發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)升高有關(guān)^［44］。

非GPX4依賴抗氧化通路也在鐵死亡的調(diào)控中發(fā)揮重要作用，如鐵死亡抑制蛋白1（ferroptosis suppressor protein 1，F(xiàn)SP1）相關(guān)通路^［45-46］。研究表明，F(xiàn)SP1具有煙酰胺腺嘌呤二核苷酸-泛醌氧化還原活性，一方面能夠催化泛醌還原成泛醇來(lái)抑制脂質(zhì)過(guò)氧化，另一方面能夠恢復(fù)維生素E的抗氧化活性而終止脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)，有效阻止由GPX4抑制或敲除引起的鐵死亡發(fā)生^［45-47］。另一項(xiàng)研究表明，三磷酸鳥苷環(huán)水解酶1（GTP cyclohydrolase 1，GCH1）通過(guò)其代謝產(chǎn)物四氫生物蝶呤和二氫生物蝶呤阻止鐵死亡^［48］。四氫生物蝶呤可能通過(guò)兩種途徑對(duì)PLOOH發(fā)揮抗氧化作用：一方面直接捕獲氧化自由基，另一方面參與泛醇再生而還原過(guò)氧化脂質(zhì)^［48］。雖然GCH1在保護(hù)組織和器官免受鐵死亡的作用仍不明確，但基因敲除研究表明，缺失GCH1基因的小鼠在妊娠中期會(huì)發(fā)生心動(dòng)過(guò)緩和胚胎死亡^［49］。此外，Mao等^［50］通過(guò)代謝組學(xué)分析，首次發(fā)現(xiàn)了位于線粒體內(nèi)膜的二氫乳清酸脫氫酶（dihydroorotate dehydrogenase，DHODH）通過(guò)再生泛醇來(lái)修復(fù)線粒體的脂質(zhì)氧化損傷，從而抑制鐵死亡通路。

綜上，system x-c/GSH/GPX4是抑制鐵死亡抗氧化通路的關(guān)鍵分子。以GSH代謝為核心的GPX4依賴通路和以泛醇再生為主的非GPX4依賴途徑都具有抗氧化作用，抗衡細(xì)胞內(nèi)發(fā)生的脂質(zhì)過(guò)氧化，從而發(fā)揮對(duì)鐵死亡的保護(hù)作用。經(jīng)典的GPX4通路在鐵死亡中的作用機(jī)制已較為明確，然而以泛醇再生為主的非GPX4依賴途徑，特別是泛醇再生相關(guān)蛋白（FSP1、GCH1和DHODH）在鐵死亡中的作用仍需深入研究。

鐵死亡與惡性腫瘤

隨著鐵死亡研究的不斷深入，越來(lái)越多證據(jù)表明惡性腫瘤的發(fā)展和耐藥均與鐵死亡有著密切聯(lián)系，因此系統(tǒng)總結(jié)鐵死亡在惡性腫瘤中的作用機(jī)制，可為惡性腫瘤治療提供新的潛在靶點(diǎn)。

鐵死亡在惡性腫瘤發(fā)展中的作用 鐵累積、脂質(zhì)過(guò)氧化、抗氧化機(jī)制三者的共同調(diào)節(jié)使腫瘤細(xì)胞避免發(fā)生鐵死亡，從而表現(xiàn)出腫瘤細(xì)胞的無(wú)限增殖和瘤塊不受控制的增大。

GPX4是催化GSH還原脂質(zhì)過(guò)氧化物反應(yīng)的關(guān)鍵酶，對(duì)腫瘤細(xì)胞的存活有著重要作用。在腎癌細(xì)胞系中，GPX4的敲減阻止了細(xì)胞中脂質(zhì)過(guò)氧化物的清除，從而誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞出現(xiàn)以脂質(zhì)活性氧富集為特征的細(xì)胞死亡；而這一過(guò)程可被DFO及抗氧化物維生素E逆轉(zhuǎn)^［34］。此外，靶向GPX4的RSL3也可使結(jié)直腸癌細(xì)胞系出現(xiàn)符合鐵死亡特征的細(xì)胞死亡，而且GPX4的過(guò)表達(dá)可減少細(xì)胞出現(xiàn)的死亡^［51］。

SLC7A11是胱氨酸-谷氨酸反向轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)system x-c的一個(gè)亞基，其表達(dá)水平在不同類型的腫瘤組織中都顯著升高，提示其與惡性腫瘤有密切聯(lián)系^{［41，52］}。在腫瘤模型細(xì)胞系HT-1080中，敲減SLC7A11的表達(dá)可增進(jìn)Erastin引起的鐵死亡，而過(guò)表達(dá)這一基因可保護(hù)細(xì)胞^［9］。在頭頸癌中，無(wú)論藥物抑制還是敲減SLC7A11均能誘導(dǎo)鐵死亡的發(fā)生^［53］。去泛素化酶BAP1通過(guò)靶向調(diào)節(jié)SLC7A11基因區(qū)域組蛋白H2A的泛素化水平抑制SLC7A11的基因表達(dá)，導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞出現(xiàn)鐵死亡樣改變^［41］。

抑癌基因p53通過(guò)調(diào)控細(xì)胞凋亡、細(xì)胞自噬及細(xì)胞周期等多個(gè)過(guò)程對(duì)腫瘤細(xì)胞的生存起重要作用，同樣也有證據(jù)表明p53可以雙向調(diào)控鐵死亡^［54］。一方面，p53可誘導(dǎo)鐵死亡，主要通過(guò)抑制SLC7A11的表達(dá)，降低半胱氨酸的攝取，從而減少GSH的生成，或促進(jìn)精脒/精胺N1-乙酰轉(zhuǎn)移酶的表達(dá)，精脒/精胺N1-乙酰轉(zhuǎn)移酶依賴于 ALOX15促進(jìn)了脂質(zhì)過(guò)氧化的發(fā)生^［55-56］。另一方面，p53可直接與二肽基肽酶4結(jié)合，抑制其與煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶1結(jié)合，從而抑制后者催化的活性氧生成，或者誘導(dǎo)細(xì)胞周期素依賴性激酶抑制因子1A的表達(dá)，增加了細(xì)胞內(nèi)GSH的從頭合成，促進(jìn)2型谷氨酰胺酶的表達(dá)，從而增加細(xì)胞內(nèi)煙酰胺腺嘌呤二核苷酸和GSH的含量，減少鐵死亡的發(fā)生^［57-59］。p53^3KR是一種乙?；笔У耐蛔?，無(wú)法有效調(diào)節(jié)細(xì)胞周期、衰老及凋亡，但能夠通過(guò)結(jié)合SLC7A11的啟動(dòng)子區(qū)域，阻遏SLC7A11基因的正常轉(zhuǎn)錄，從而誘導(dǎo)鐵死亡^［55］。

綜上，鐵死亡通路的抑制在促進(jìn)腫瘤細(xì)胞存活、增殖中發(fā)揮重要作用。其中，GPX4和SLC7A11在腫瘤生長(zhǎng)中尤為關(guān)鍵，腫瘤細(xì)胞中這兩種蛋白表達(dá)或活性升高，能夠通過(guò)下調(diào)鐵死亡促進(jìn)腫瘤增殖。在不同的生物學(xué)環(huán)境中，p53表現(xiàn)出對(duì)鐵死亡的雙向調(diào)節(jié)作用。然而在不同的腫瘤類型及腫瘤發(fā)展的不同階段，鐵死亡具體作用仍待進(jìn)一步明確。

鐵死亡在腫瘤耐藥中的機(jī)制 鐵死亡主要由鐵代謝相關(guān)的氧化應(yīng)激引起，而氧化應(yīng)激是大多數(shù)抗腫瘤藥物發(fā)揮作用的重要機(jī)制之一，故鐵死亡通路的下調(diào)在腫瘤耐藥中起關(guān)鍵作用。

許多耐藥的腫瘤細(xì)胞表現(xiàn)為較高水平的間葉狀態(tài)，可能與鐵死亡調(diào)控中的脂質(zhì)過(guò)氧化通路密切相關(guān)。在耐藥狀態(tài)下，細(xì)胞中合成PUFA的酶過(guò)度活化，使得PUFA含量升高，為鐵死亡提供了物質(zhì)基礎(chǔ)^［35］。而GPX4的高活性可以中和細(xì)胞中富集的活性氧等氧化應(yīng)激物質(zhì)，避免腫瘤細(xì)胞因過(guò)氧化脂質(zhì)的累積而發(fā)生鐵死亡。故這種狀態(tài)下的腫瘤細(xì)胞存活更加依賴于GPX4的高活性。Matthew等^［36］將不同部位腫瘤的細(xì)胞系用藥物處理一段時(shí)間后，殘余的腫瘤細(xì)胞不再對(duì)相同藥物敏感，但對(duì)GPX4抑制劑RSL3更加敏感。RSL3引起的細(xì)胞死亡可以被鐵死亡抑制劑DFO、ferrostatin-1和liproxstatin-1抑制，而不能被凋亡抑制劑（zVAD）所逆轉(zhuǎn)。這些證據(jù)表明腫瘤細(xì)胞的耐藥依賴于GPX4的活性，相應(yīng)的靶向調(diào)節(jié)劑可能成為重要的腫瘤治療藥物。

此外，其他鐵死亡通路相關(guān)基因也引起細(xì)胞的耐藥。熱休克蛋白A5（heat shock protein A5，HSPA5）可在應(yīng)激狀態(tài)下結(jié)合并穩(wěn)定GPX4，避免腫瘤細(xì)胞鐵死亡的發(fā)生，通過(guò)抑制HSPA5-GPX4通路可以逆轉(zhuǎn)胰腺癌細(xì)胞對(duì)吉西他濱的耐藥^［60］。在頭頸腫瘤中，敲減或藥物抑制SLC7A11均可增強(qiáng)順鉑耐藥的細(xì)胞系對(duì)藥物的敏感性^［53］。在肝癌中，MT-1G的活性則與索拉菲尼的敏感性密切相關(guān)^［61］。

腫瘤細(xì)胞通過(guò)調(diào)節(jié)鐵死亡相關(guān)蛋白的表達(dá)及活性以阻止鐵死亡，從而避免被藥物殺傷，產(chǎn)生耐藥。故靶向關(guān)鍵蛋白的藥物有望成為解決腫瘤耐藥問(wèn)題的關(guān)鍵。

問(wèn)題與展望

惡性腫瘤中鐵死亡的機(jī)制仍有許多亟待探索的問(wèn)題，如多不飽和脂肪酸的過(guò)氧化導(dǎo)致細(xì)胞死亡的具體機(jī)制是什么？在不同癌種、不同遺傳背景下、不同發(fā)展階段引發(fā)鐵死亡的具體脂質(zhì)類型是什么？鐵死亡的免疫原性和對(duì)炎癥反應(yīng)的促進(jìn)作用和機(jī)制是怎樣的？與腫瘤的免疫治療療效之間又有什么關(guān)聯(lián)？

在腫瘤背景下研究鐵死亡，一方面，可能找出更多調(diào)控鐵死亡的機(jī)制和分子，為鐵死亡本身的研究添磚加瓦，另一方面，可以豐富腫瘤發(fā)展及耐藥的機(jī)制，為治療或逆轉(zhuǎn)耐藥提供有效靶點(diǎn)，因此，未來(lái)惡性腫瘤中的鐵死亡研究重點(diǎn)和方向主要有：（1）在不同類型、不同遺傳背景、不同發(fā)展階段的惡性腫瘤中的鐵死亡調(diào)控機(jī)制，探索不同情況下引起鐵死亡的關(guān)鍵分子和作用機(jī)制；（2）鐵死亡在腫瘤免疫中特有的地位，重點(diǎn)研究鐵死亡對(duì)免疫治療的影響；（3）鐵死亡相關(guān)的化療、靶向治療、放射治療耐受的機(jī)制研究，特別是生物標(biāo)志物和靶向藥物等開發(fā)研究。未來(lái)還需要不斷的深入研究鐵死亡機(jī)制，通過(guò)干預(yù)鐵死亡通路，克服鐵死亡相關(guān)的各種治療耐受，推動(dòng)腫瘤個(gè)體化治療的發(fā)展，以實(shí)現(xiàn)腫瘤患者的精準(zhǔn)治療。

參 考 文 獻(xiàn)

［1］Sung H，F(xiàn)erlay J，Siegel RL，et al.Global cancer statistics 2020：GLOBOCAN estimates of incidence and mortality worldwide for 36 cancers in 185 countries［J］.CA Cancer J Clin，2021，71（3）：209-249.DOI：10.3322/caac.21660.

［2］Zheng R，Zhang S，Zeng H，et al.Cancer incidence and mortality in China，2016［J］.J Natl Cancer Cent，2022，2（1）：1-9.DOI：10.1016/j.jncc.2022.02.002.

［3］Hanahan D.Hallmarks of cancer：new dimensions［J］.Cancer Discov，2022，12（1）：31-46.DOI：10.1158/2159-8290.Cd-21-1059.

［4］Thedieck K，Holzwarth B，Prentzell MT，et al.Inhibition of mTORC1 by astrin and stress granules prevents apoptosis in cancer cells［J］.Cell，2013，154（4）：859-874.DOI：10.1016/j.cell.2013.07.031.

［5］Green DR.Cancer and apoptosis：who is built to last［J］.Cancer Cell，2017，31（1）：2-4.DOI：10.1016/j.ccell.2016.12.007.

［6］Dolai S，Liang T，Orabi AI，et al.Pancreatitis-induced depletion of syntaxin 2 promotes autophagy and increases basolateral exocytosis［J］.Gastroenterology，2018，154（6）：1805-1821.e5.DOI：10.1053/j.gastro.2018.01.025.

［7］Endo S，Nakata K，Ohuchida K，et al.Autophagy is required for activation of pancreatic stellate cells，associated with pancreatic cancer progression and promotes growth of pancreatic tumors in mice［J］.Gastroenterology，2017，152（6）：1492-1506.e24.DOI：10.1053/j.gastro.2017.01.010.

［8］Wang Y，Gao W，Shi X，et al.Chemotherapy drugs induce pyroptosis through caspase-3 cleavage of a gasdermin［J］.Nature，2017，547（7661）：99-103.DOI：10.1038/nature22393.

［9］Dixon SJ，Lemberg KM，Lamprecht MR，et al.Ferroptosis：an iron-dependent form of nonapoptotic cell death［J］.Cell，2012，149（5）：1060-1072.DOI：10.1016/j.cell.2012.03.042.

［10］Chen X，Kang R，Kroemer G，et al.Broadening horizons：the role of ferroptosis in cancer［J］.Nat Rev Clin Oncol，2021，18（5）：280-296.DOI：10.1038/s41571-020-00462-0.

［11］Zilka O，Shah R，Li B，et al.On the mechanism of cytoprotection by Ferrostatin-1 and Liproxstatin-1 and the role of lipid peroxidation in ferroptotic cell death［J］.ACS Cent Sci，2017，3（3）：232-243.DOI：10.1021/acscentsci.7b00028.

［12］Stockwell BR.Ferroptosis turns 10：emerging mechanisms，physiological functions，and therapeutic applications［J］.Cell，2022，185（14）：2401-2421.DOI：10.1016/j.cell.2022.06.003.

［13］Yang WS，Stockwell BR.Synthetic lethal screening identifies compounds activating iron-dependent，nonapoptotic cell death in oncogenic-RAS-harboring cancer cells［J］.Chem Biol，2008，15（3）：234-245.DOI：10.1016/j.chembiol.2008.02.010.

［14］Gao M，Monian P，Quadri N，et al.Glutaminolysis and transferrin regulate ferroptosis［J］.Mol Cell，2015，59（2）：298-308.DOI：10.1016/j.molcel.2015.06.011.

［15］Gao M，Monian P，Pan Q，et al.Ferroptosis is an autophagic cell death process［J］.Cell Res，2016，26（9）：1021-1032.DOI：10.1038/cr.2016.95.

［16］Hou W，Xie Y，Song X，et al.Autophagy promotes ferroptosis by degradation of ferritin［J］.Autophagy，2016，12（8）：1425-1428.DOI：10.1080/15548627.2016.1187366.

［17］Mancias JD，Wang X，Gygi SP，et al.Quantitative proteomics identifies NCOA4 as the cargo receptor mediating ferritinophagy［J］.Nature，2014，509（7498）：105-109.DOI：10.1038/nature13148.

［18］Geng N，Shi BJ，Li SL，et al.Knockdown of ferroportin accelerates erastin-induced ferroptosis in neuroblastoma cells［J］.Eur Rev Med Pharmacol Sci，2018，22（12）：3826-3836.DOI：10.26355/eurrev_201806_15267.

［19］Sun X，Ou Z，Xie M，et al.HSPB1 as a novel regulator of ferroptotic cancer cell death［J］.Oncogene，2015，34（45）：5617-5625.DOI：10.1038/onc.2015.32.

［20］Yuan H，Li X，Zhang X，et al.CISD1 inhibits ferroptosis by protection against mitochondrial lipid peroxidation［J］.Biochem Biophys Res Commun，2016，478（2）：838-844.DOI：10.1016/j.bbrc.2016.08.034.

［21］Imoto S，Kono M，Suzuki T，et al.Haemin-induced cell death in human monocytic cells is consistent with ferroptosis［J］.Transfus Apher Sci，2018，57（4）：524-531.DOI：10.1016/j.transci.2018.05.028.

［22］Do Van B，Gouel F，Jonneaux A，et al.Ferroptosis，a newly characterized form of cell death in Parkinsons disease that is regulated by PKC［J］.Neurobiol Dis，2016，94：169-178.DOI：10.1016/j.nbd.2016.05.011.

［23］Conrad M，Pratt DA.The chemical basis of ferroptosis［J］.Nat Chem Biol，2019，15（12）：1137-1147.DOI：10.1038/s41589-019-0408-1.

［24］Jiang X，Stockwell BR，Conrad M.Ferroptosis：mechanisms，biology and role in disease［J］.Nat Rev Mol Cell Biol，2021，22（4）：266-282.DOI：10.1038/s41580-020-00324-8.

［25］Yang WS，Kim KJ，Gaschler MM，et al.Peroxidation of polyunsaturated fatty acids by lipoxygenases drives ferroptosis［J］.Proc Natl Acad Sci USA，2016，113（34）：E4966-E4975.DOI：10.1073/pnas.1603244113.

［26］Dixon SJ，Winter GE，Musavi LS，et al.Human haploid cell genetics reveals roles for lipid metabolism genes in nonapoptotic cell death［J］.ACS Chem Biol，2015，10（7）：1604-1609.DOI：10.1021/acschembio.5b00245.

［27］Li Y，F(xiàn)eng D，Wang Z，et al.Ischemia-induced ACSL4 activation contributes to ferroptosis-mediated tissue injury in intestinal ischemia/reperfusion［J］.Cell Death Differ，2019，26（11）：2284-2299.DOI：10.1038/s41418-019-0299-4.

［28］Doll S，Proneth B，Tyurina YY，et al.ACSL4 dictates ferroptosis sensitivity by shaping cellular lipid composition［J］.Nat Chem Biol，2017，13（1）：91-98.DOI：10.1038/nchembio.2239.

［29］Kagan VE，Mao G，Qu F，et al.Oxidized arachidonic and adrenic PEs navigate cells to ferroptosis［J］.Nat Chem Biol，2017，13（1）：81-90.DOI：10.1038/nchembio.2238.

［30］Yuan H，Li X，Zhang X，et al.Identification of ACSL4 as a biomarker and contributor of ferroptosis［J］.Biochem Biophys Res Commun，2016，478（3）：1338-1343.DOI：10.1016/j.bbrc.2016.08.124.

［31］Wenzel SE，Tyurina YY，Zhao J，et al.PEBP1 wardens ferroptosis by enabling lipoxygenase generation of lipid death signals［J］.Cell，2017，171（3）：628-641.e26.DOI：10.1016/j.cell.2017.09.044.

［32］Chu B，Kon N，Chen D，et al.ALOX12 is required for p53-mediated tumour suppression through a distinct ferroptosis pathway［J］.Nat Cell Biol，2019，21（5）：579-591.DOI：10.1038/s41556-019-0305-6.

［33］Tang D，Chen X，Kang R，et al.Ferroptosis：molecular mechanisms and health implications［J］.Cell Res，2021，31（2）：107-125.DOI：10.1038/s41422-020-00441-1.

［34］Yang WS，Sriramaratnam R，Welsch ME，et al.Regulation of ferroptotic cancer cell death by GPX4［J］.Cell，2014，156（1-2）：317-331.DOI：10.1016/j.cell.2013.12.010.

［35］Viswanathan VS，Ryan MJ，Dhruv HD，et al.Dependency of a therapy-resistant state of cancer cells on a lipid peroxidase pathway［J］.Nature，2017，547（7664）：453-457.DOI：10.1038/nature23007.

［36］Hangauer MJ，Viswanathan VS，Ryan MJ，et al.Drug-tolerant persister cancer cells are vulnerable to GPX4 inhibition［J］.Nature，2017，551（7679）：247-250.DOI：10.1038/nature24297.

［37］Stockwell BR，F(xiàn)riedmann Angeli JP，Bayir H，et al.Ferroptosis：a regulated cell death nexus linking metabolism，redox biology，and disease［J］.Cell，2017，171（2）：273-285.DOI：10.1016/j.cell.2017.09.021.

［38］Parker JL，Deme JC，Kolokouris D，et al.Molecular basis for redox control by the human cystine/glutamate antiporter system xc［J］.Nat Commun，2021，12（1）：7147.DOI：10.1038/s41467-021-27414-1.

［39］Yu D，Liu Y，Zhou Y，et al.Triptolide suppresses IDH1-mutated malignancy via Nrf2-driven glutathione metabolism［J］.Proc Natl Acad Sci USA，2020，117（18）：9964-9972.DOI：10.1073/pnas.1913633117.

［40］Lei G，Zhang Y，Hong T，et al.Ferroptosis as a mechanism to mediate p53 function in tumor radiosensitivity［J］.Oncogene，2021，40（20）：3533-3547.DOI：10.1038/s41388-021-01790-w.

［41］Zhang Y，Shi J，Liu X，et al.BAP1 links metabolic regulation of ferroptosis to tumour suppression［J］.Nat Cell Biol，2018，20（10）：1181-1192.DOI：10.1038/s41556-018-0178-0.

［42］Chen X，Yu C，Kang R，et al.Cellular degradation systems in ferroptosis［J］.Cell Death Differ，2021，28（4）：1135-1148.DOI：10.1038/s41418-020-00728-1.

［43］Hayano M，Yang WS，Corn CK，et al.Loss of cysteinyl-tRNA synthetase （CARS） induces the transsulfuration pathway and inhibits ferroptosis induced by cystine deprivation［J］.Cell Death Differ，2016，23（2）：270-278.DOI：10.1038/cdd.2015.93.

［44］Tian T，Xiao L，Du J，et al.Polymorphisms in CARS are associated with gastric cancer risk：a two-stage case-control study in the Chinese population［J］.Gastric Cancer，2017，20（6）：940-947.DOI：10.1007/s10120-017-0717-6.

［45］Bersuker K，Hendricks JM，Li Z，et al.The CoQ oxidoreductase FSP1 acts parallel to GPX4 to inhibit ferroptosis［J］.Nature，2019，575（7784）：688-692.DOI：10.1038/s41586-019-1705-2.

［46］Doll S，F(xiàn)reitas FP，Shah R，et al.FSP1 is a glutathione-independent ferroptosis suppressor［J］.Nature，2019，575（7784）：693-698.DOI：10.1038/s41586-019-1707-0.

［47］Koppula P，Lei G，Zhang Y，et al.A targetable CoQ-FSP1 axis drives ferroptosis-and radiation-resistance in KEAP1 inactive lung cancers［J］.Nat Commun，2022，13（1）：2206.DOI：10.1038/s41467-022-29905-1.

［48］Kraft VaN，Bezjian CT，Pfeiffer S，et al.GTP Cyclohydrolase 1/tetrahydrobiopterin counteract ferroptosis through lipid remodeling［J］.ACS Cent Sci，2020，6（1）：41-53.DOI：10.1021/acscentsci.9b01063.

［49］Douglas G，Hale AB，Crabtree MJ，et al.A requirement for Gch1 and tetrahydrobiopterin in embryonic development［J］.Dev Biol，2015，399（1）：129-138.DOI：10.1016/j.ydbio.2014.12.025.

［50］Mao C，Liu X，Zhang Y，et al.DHODH-mediated ferroptosis defence is a targetable vulnerability in cancer［J］.Nature，2021，593（7860）：586-590.DOI：10.1038/s41586-021-03539-7.

［51］Sui X，Zhang R，Liu S，et al.RSL3 drives ferroptosis through GPX4 inactivation and ROS production in colorectal cancer［J］.Front Pharmacol，2018，9：1371.DOI：10.3389/fphar.2018.01371.

［52］Liu XX，Li XJ，Zhang B，et al.MicroRNA-26b is underexpressed in human breast cancer and induces cell apoptosis by targeting SLC7A11［J］.FEBS Lett，2011，585（9）：1363-1367.DOI：10.1016/j.febslet.2011.04.018.

［53］Roh JL，Kim EH，Jang HJ，et al.Induction of ferroptotic cell death for overcoming cisplatin resistance of head and neck cancer［J］.Cancer Lett，2016，381（1）：96-103.DOI：10.1016/j.canlet.2016.07.035.

［54］Kang R，Kroemer G，Tang D.The tumor suppressor protein p53 and the ferroptosis network［J］.Free Radic Biol Med，2019，133：162-168.DOI：10.1016/j.freeradbiomed.2018.05.074.

［55］Jiang L，Kon N，Li T，et al.Ferroptosis as a p53-mediated activity during tumour suppression［J］.Nature，2015，520（7545）：57-62.DOI：10.1038/nature14344.

［56］Ou Y，Wang SJ，Li D，et al.Activation of SAT1 engages polyamine metabolism with p53-mediated ferroptotic responses［J］.Proc Natl Acad Sci USA，2016，113（44）：E6806-E6812.DOI：10.1073/pnas.1607152113.

［57］Xie Y，Zhu S，Song X，et al.The tumor suppressor p53 limits ferroptosis by blocking DPP4 activity［J］.Cell Rep，2017，20（7）：1692-1704.DOI：10.1016/j.celrep.2017.07.055.

［58］Tarangelo A，Magtanong L，Bieging-Rolett KT，et al.p53 suppresses metabolic stress-induced ferroptosis in cancer cells［J］.Cell Rep，2018，22（3）：569-575.DOI：10.1016/j.celrep.2017.12.077.

［59］Hu W，Zhang C，Wu R，et al.Glutaminase 2，a novel p53 target gene regulating energy metabolism and antioxidant function［J］.Proc Natl Acad Sci USA，2010，107（16）：7455-7460.DOI：10.1073/pnas.1001006107.

［60］Zhu S，Zhang Q，Sun X，et al.HSPA5 regulates ferroptotic cell death in cancer cells［J］.Cancer Res，2017，77（8）：2064-2077.DOI：10.1158/0008-5472.Can-16-1979.

［61］Sun X，Niu X，Chen R，et al.Metallothionein-1G facilitates sorafenib resistance through inhibition of ferroptosis［J］.Hepatology，2016，64（2）：488-500.DOI：10.1002/hep.28574.

（收稿日期：2022-11-09）