李麗斌 許文集

福建醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院消化內(nèi)科，福建泉州 362000

胃癌是近年來發(fā)病率逐年上升的常見惡性腫瘤之一。國際癌癥研究機(jī)構(gòu)2020年最新數(shù)據(jù)顯示，胃癌占總病例的11.7%，占總病死人數(shù)的7.7%，發(fā)病率和病死率在各種惡性腫瘤中分別居第五位和第四位[1]。目前我國胃癌的主要治療手段是手術(shù)、輔助放化療、靶向和免疫治療。但多數(shù)晚期胃癌患者已喪失手術(shù)機(jī)會，預(yù)后較差，以化療為主的治療方法中位生存期一般不超過1年，而5年生存率在10%以下[2]。治療失敗常見的原因是治療的耐藥性，過去的許多研究致力于通過誘導(dǎo)癌細(xì)胞死亡來克服治療耐藥性，然而，由于癌細(xì)胞增殖的調(diào)控復(fù)雜，仍需要研究更多的治療靶點(diǎn)來提高胃癌患者的治療效果。

2012年，科學(xué)家將亞鐵離子（Fe2+）依賴性脂質(zhì)過氧化物積累誘導(dǎo)的一種新的調(diào)節(jié)細(xì)胞死亡模式命名為鐵死亡[3]。鐵死亡的形態(tài)學(xué)和生化特征不同于其他類型的細(xì)胞死亡，在生化特性上，發(fā)生鐵死亡的細(xì)胞表現(xiàn)出氧化還原水平的失衡，細(xì)胞內(nèi)活性氧（reactive oxygen species，ROS）顯著增加，還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（nicotinamide adenine dinucleotide phosphate，NADPH）顯著降低，因此脂質(zhì)抗氧化劑可以抑制鐵死亡。形態(tài)學(xué)上，透射電鏡可觀察到鐵死亡的超微形態(tài)學(xué)特征，包括細(xì)胞膜破裂和起泡、線粒體收縮、線粒體嵴減少或缺失、線粒體外膜破裂、染色質(zhì)不完全凝結(jié)，而細(xì)胞核未觀察到明顯變化[4]。越來越多研究發(fā)現(xiàn)，鐵死亡參與了惡性腫瘤、神經(jīng)系統(tǒng)疾病、急性腎損傷、缺血/再灌注等多種疾病的發(fā)生和發(fā)展過程，從而為這些疾病提供了新的治療靶標(biāo)。有研究表明，鐵死亡誘導(dǎo)劑無論是作為單一療法還是與其他化療藥物聯(lián)用，都可以誘導(dǎo)癌細(xì)胞死亡，特別是耐藥癌細(xì)胞[5]。此外，鐵死亡可以選擇性地靶向侵襲癌癥干細(xì)胞，有望提高免疫治療的效果并克服耐藥性[6]。因此，誘導(dǎo)鐵死亡，尤其是在對有耐藥性的晚期患者的治療中，可能是一種很有前景的抗腫瘤策略。本文綜述鐵死亡的關(guān)鍵分子機(jī)制及胃癌中靶向鐵死亡途徑的可能性，以期為胃癌的診斷和治療提供新的策略。

1 鐵死亡概述

鐵死亡是指在Fe2+存在下，ROS對脂膜上的多不飽和脂肪酸（polyunsaturated fatty acid，PUFA）進(jìn)行氧化，產(chǎn)生過氧化脂質(zhì)，使膜破裂而引起細(xì)胞死亡的過程。

2 鐵死亡的調(diào)控機(jī)制

鐵死亡是由鐵催化導(dǎo)致的過氧化反應(yīng)，即催化多不飽和脂肪酸的磷脂（phospholipids of Polyunsaturated fatty acid，PUFA-PLs），當(dāng)超過防御系統(tǒng)對鐵死亡的防御能力時，就會產(chǎn)生鐵死亡。驅(qū)動鐵死亡的先決條件是PUFA-PLs的合成和過氧化（即脂質(zhì)代謝）、鐵代謝和線粒體代謝[7]。

2.1 鐵代謝

鐵的積累是鐵死亡的第一步，細(xì)胞通過調(diào)節(jié)鐵的攝取、利用、儲存和輸出等過程來精確調(diào)控不穩(wěn)定鐵池的相對平衡[8]。血液中的游離鐵離子（Fe3+）會與轉(zhuǎn)鐵蛋白結(jié)合，然后通過內(nèi)吞作用被轉(zhuǎn)鐵蛋白受體在細(xì)胞膜上捕獲并進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)[9]。在細(xì)胞內(nèi)Fe3+被還原為其高活性的Fe2+形式，F(xiàn)e3+從細(xì)胞核內(nèi)體中被轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞質(zhì)中，并在一個不穩(wěn)定的鐵池儲存庫中儲存起來。鐵池中多余的Fe2+儲存在鐵蛋白中保護(hù)細(xì)胞和組織免受鐵介導(dǎo)的破壞，而剩余的Fe2+則通過細(xì)胞膜上的運(yùn)鐵蛋白分子泵出細(xì)胞[10]。

增加鐵攝取與減少鐵清除，都可以通過芬頓反應(yīng)，提高細(xì)胞對氧化破壞與鐵死亡的敏感度。細(xì)胞內(nèi)的鐵以惰性鐵的形式儲存在鐵蛋白中，當(dāng)鐵蛋白自噬降解發(fā)生時，儲存在鐵蛋白中的鐵會釋放到不穩(wěn)定的鐵池中。促進(jìn)脂質(zhì)過氧化現(xiàn)象的發(fā)生，鐵的作用有兩方面，一種是通過芬頓反應(yīng)直接氧化脂質(zhì)，涉及Fe2+或Fe3+和過氧化氫之間的反應(yīng)[3]；另一種是鐵通過作為脂氧化酶的輔助因子，間接促進(jìn)脂質(zhì)過氧化。

2.2 脂質(zhì)代謝（PUFA-PLs的合成和過氧化作用）

PUFA-PLs有兩種合成關(guān)鍵成分，分別是?；o酶A合成酶長鏈家族成員4（acyl-coenzyme A synthetase long chain family member 4，ACSL4）和溶血磷脂酰膽堿?；D(zhuǎn)移酶3（lysophosphatidylcholine acyltransferase 3，LPCAT3）[11]。游離性PUFA（如花生四烯酸和腎上腺素酸）在ACSL4的催化下與輔酶A（coenzyme A，CoA）結(jié)合生成PUFA-CoA（如花生四烯酸-CoA或腎上腺素酸-CoA）。隨后，LPCAT3會將它們重新酯化，再與PLs結(jié)合，形成PUFA-PLs。ACSL4或LPCAT3失活可使鐵死亡減弱或阻斷。

造成細(xì)胞鐵死亡的一個關(guān)鍵過程是脂質(zhì)過氧化物在細(xì)胞內(nèi)過多堆積。PUFA-PLs由于PUFAs中有雙烯丙基部分，所以易發(fā)生過氧化反應(yīng)[12]。細(xì)胞內(nèi)的脂質(zhì)過氧化分為非酶促反應(yīng)和酶促反應(yīng)兩大類。非酶促脂質(zhì)過氧化是細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)過氧化的主要形式，又稱脂質(zhì)自氧化，芬頓反應(yīng)產(chǎn)生的羥基自由基會將脂質(zhì)氧化為脂質(zhì)氫過氧化物[13]。已有研究證明細(xì)胞色素P450氧化還原酶介導(dǎo)的或花生四烯酸脂氧合酶介導(dǎo)的酶促反應(yīng)也可以促進(jìn)脂質(zhì)過氧化[14-15]。PUFA的持續(xù)氧化和消耗，使細(xì)胞膜的流體鑲嵌結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，通透性增高，最終引起細(xì)胞鐵死亡。

2.3 線粒體代謝

線粒體是ROS生成和脂肪酸代謝的重要部位，為細(xì)胞內(nèi)發(fā)生鐵死亡提供了特定的脂質(zhì)前體。線粒體富含鐵，是產(chǎn)生ROS的細(xì)胞器，被認(rèn)為是鐵死亡的重要部位[16]。線粒體中電子傳遞鏈復(fù)合物Ⅰ和Ⅲ的電子泄漏產(chǎn)生超氧化物，通過超氧化物歧化酶可以將這些超氧陰離子轉(zhuǎn)化為過氧化氫。過氧化氫和不穩(wěn)定的鐵經(jīng)芬頓反應(yīng)，生成羥基自由基，再催化PUFA-PLs過氧化[17]。

3 鐵死亡的防御通路

3.1 谷胱甘肽（glutathione，GSH）-谷胱甘肽過氧化物酶4（glutathione peroxidase 4，GPX4）軸

半胱氨酸/谷氨酸逆向轉(zhuǎn)運(yùn)體（cystine/glutamate antiporters，也稱System Xc-）-GSH-GPX4信號軸是鐵死亡最經(jīng)典的防御途徑之一。作為細(xì)胞抗氧化防御系統(tǒng)中的關(guān)鍵組分，GSH能阻止ROS的累積[17]，它的缺乏與大量的脂質(zhì)過氧化、細(xì)胞功能失調(diào)甚至細(xì)胞凋亡有關(guān)。System Xc-是由兩個亞基，溶質(zhì)載體蛋白家族7成員11（solute carrier family 7 member 11，SLC7A11）和溶質(zhì)載體蛋白家族3成員2（solute carrier family 3 member 2，SLC3A2）組成的異二聚體，可以從細(xì)胞外環(huán)境引入胱氨酸，通過消耗NADPH的還原反應(yīng)將其轉(zhuǎn)移到細(xì)胞質(zhì)中并轉(zhuǎn)化為半胱氨酸，半胱氨酸隨后被用于GSH的生物合成，并參與抗氧化防御機(jī)制，被認(rèn)為是抗氧化劑GSH的限速前體[18]。從培養(yǎng)基中移除胱氨酸或用藥物阻斷System Xc-介導(dǎo)的胱氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)，可誘發(fā)多個癌細(xì)胞系發(fā)生鐵死亡[19-20]。

GPX4是鐵死亡的核心調(diào)控蛋白，能有效抑制脂質(zhì)過氧化物的產(chǎn)生。GPX4可以將復(fù)雜的脂質(zhì)過氧化物還原為醇或?qū)⒂坞x過氧化氫轉(zhuǎn)化為水，催化GSH氧化為氧化型GSH，過氧化還原多不飽和脂肪酸，從而保護(hù)細(xì)胞內(nèi)磷脂雙分子層免受氧化損傷，抑制鐵死亡[21]。GSH是GPX4的輔助因子，其缺失也可能間接阻斷GPX4的功能[22]。目前，GPX4是許多鐵死亡誘導(dǎo)劑如伊拉斯汀和（1S，3R）-2-（2-氯乙酰基）-2，3，4，9-四氫-1-[4-（甲氧基羰基）苯基]-1H-吡啶并[3，4-b]吲哚-3-羧酸酸甲酯{（1S，3R）-2-（2-Chloroacetyl）-2，3，4，9-tetrahydro-1-[4-（methoxycarbonyl）phenyl]-1H-pyrido[3，4-b]indole-3-carboxylic acid methyl ester，RSL3}，也稱谷胱甘肽過氧化物酶4抑制劑，激活的關(guān)鍵靶點(diǎn)。伊拉斯汀抑制GPX4活性的方法是消耗GSH，而RSL3直接抑制GPX4活性[4]，造成脂質(zhì)過氧化物積累，引發(fā)鐵死亡。

3.2 鐵死亡抑制蛋白1（ferroptosis suppressor protein 1，F(xiàn)SP1）-泛醇（ubiquinol）軸

鐵死亡抑制蛋白FSP1能夠?qū)⒓?xì)胞膜上的泛醌，也稱為輔酶Q（coenzyme Q，CoQ），還原為泛醇，也稱還原型輔酶Q（reduced coenzyme Q，CoQH2），是一種NADPH依賴的氧化還原酶[23]。CoQH2除了具有線粒體電子傳輸功能外，還具有捕獲脂質(zhì)過氧自由基的能力，因此能發(fā)揮抑制過氧化脂質(zhì)的作用，抑制鐵死亡。FSP1-CoQH2-NADPH通路作為一個獨(dú)立的平行系統(tǒng)存在，與GPX4兼容，并與GSH一起抑制磷脂過氧化和鐵死亡。

3.3 二氫氫脫氫酶（dihydroorotate dehydrogenase，DHODH）-CoQH2軸

最近的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)了一種可以補(bǔ)償GPX4滅活從而解毒線粒體脂質(zhì)過氧化性的DHODH，該酶定位于線粒體防御系統(tǒng)。當(dāng)GPX4發(fā)生急性失活時，通過DHODH的CoQ顯著增加，CoQH2的生成增多，因而能中和脂質(zhì)過氧化，豁免線粒體中的鐵死亡[24]。DHODH/CoQH2軸是一種獨(dú)立于經(jīng)典GPX4信號通路且基于線粒體脂質(zhì)的鐵死亡抑制通路。

3.4 GTP環(huán)水解酶1（GTP cyclohydrolyse-1，GCH1）-四氫生物蝶呤[the 6 （R）-L-erythro-5，6，7，8-tetrahydrobiopterin，BH4]軸

BH4是一種活性輔助因子，參與氧化還原的過程。BH4具有抗氧化功效，最近的研究[25]發(fā)現(xiàn)另一個關(guān)鍵的鐵死亡調(diào)控因素是GCH1。Kraft等[25]發(fā)現(xiàn)GCH1的表達(dá)引發(fā)了強(qiáng)效抗氧化劑BH4的產(chǎn)生，從而防止脂質(zhì)過氧化，抑制鐵死亡。這表明GCH1可以作為鐵死亡的選擇性靶點(diǎn)。

4 鐵死亡與胃癌

一般來說，癌細(xì)胞比正常細(xì)胞有更活躍的鐵代謝和更高水平的ROS[26]。對常規(guī)化療藥物具有高侵襲性和耐藥性的癌細(xì)胞更容易發(fā)生鐵死亡[27]。因此，鐵死亡可能成為消滅癌細(xì)胞的新靶點(diǎn)。胃癌是常見的消化道惡性腫瘤，研究發(fā)現(xiàn)，鐵死亡對胃癌的癌變和癌變進(jìn)展具有關(guān)鍵作用。

4.1 鐵死亡相關(guān)基因蛋白與胃癌

最近研究發(fā)現(xiàn)，多個直接參與調(diào)控鐵死亡的功能蛋白參與了胃癌的發(fā)生發(fā)展。人半胱氨酸雙加氧酶1（cysteine dioxygenase 1，CDO1）是一種非血紅素鐵金屬酶，在胃癌細(xì)胞鐵死亡過程中扮演著重要角色。沉默CDO1可上調(diào)胃癌細(xì)胞中GSH和GPX4的表達(dá)，最終抑制伊拉斯汀誘導(dǎo)的鐵死亡，進(jìn)而促進(jìn)腫瘤生長[28]。越來越多的腫瘤與肥胖及其他脂肪代謝異常有關(guān)。脂滴包被蛋白2（perilipin 2，PLIN2），是一種與細(xì)胞內(nèi)脂滴代謝相關(guān)的蛋白，能促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)脂肪的分化，提供細(xì)胞生長所需的能量。PLIN2作為一種促癌基因，在促進(jìn)胃癌細(xì)胞的增殖和抑制癌細(xì)胞凋亡方面的功效是非常顯著的。目前的觀點(diǎn)認(rèn)為PLIN2通過相關(guān)基因參與了胃癌細(xì)胞鐵死亡途徑的調(diào)控，其過度表達(dá)導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)相對缺氧的環(huán)境，進(jìn)而抑制鐵死亡并促進(jìn)胃癌的進(jìn)展[29]。硬脂酰輔酶A去飽和酶1（stearoyl CoA Desaturase 1，SCD1）是一種胃癌組織中高表達(dá)的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相關(guān)酶，通過提高鐵死亡抑制因子GPX4的表達(dá)，抑制鐵死亡，促進(jìn)胃癌生長，是胃癌潛在預(yù)后標(biāo)志物[30]。以上研究表明，鐵死亡在胃癌的發(fā)生和發(fā)展中起著關(guān)鍵作用，在未來治療胃癌的過程中，靶向鐵死亡可能是一個非常值得期待的研究方向。

4.2 鐵死亡相關(guān)非編碼RNA與胃癌

除編碼基因外，臨床前研究提供的更多證據(jù)表明，鐵死亡相關(guān)的微小RNA（microRNAs，miRNA）、長鏈非編碼RNA（long non-coding RNA，lncRNAs）和環(huán)狀RNA（circular RNA，circRNAs）的異常調(diào)控與胃癌的發(fā)生、發(fā)展和預(yù)后密切關(guān)聯(lián)。miRNA是一種在腫瘤領(lǐng)域發(fā)揮重要調(diào)控能力的單鏈非編碼RNA，研究顯示，miRNA對胃癌鐵死亡起重要調(diào)節(jié)作用。胃癌轉(zhuǎn)移和耐藥的主要原因是胃癌干細(xì)胞，研究發(fā)現(xiàn)[31]，miR-375通過靶向作用于SLC7A11觸發(fā)鐵死亡，從而達(dá)到抑制胃癌干細(xì)胞的作用。左旋布比卡因一種局部麻醉劑，最近的研究[32]發(fā)現(xiàn)其具有潛在的抗癌特性，可通過miR-489-3p/SLC7A11軸誘導(dǎo)胃癌細(xì)胞發(fā)生鐵死亡，抑制胃癌細(xì)胞的增殖。Zhang等[33]認(rèn)為胃癌細(xì)胞來源的外泌體lnc-ENDOG-1∶1（lncFERO）通過抑制鐵死亡來控制胃癌干細(xì)胞的致瘤性，提示靶向外泌體lncFERO聯(lián)合化療可能是一種基于胃癌干細(xì)胞的治療策略。Circ0000190在胃癌組織和細(xì)胞系中表達(dá)下調(diào)，提示胃癌患者預(yù)后不良，過表達(dá)Circ0000190可通過誘導(dǎo)鐵死亡抑制胃癌細(xì)胞的增殖和遷移[34]。

鐵死亡相關(guān)RNA不同程度地參與胃癌細(xì)胞的表達(dá)，影響胃癌的發(fā)生發(fā)展，提示這些RNA可在胃癌診斷、治療和預(yù)后中發(fā)揮作用。

4.3 鐵死亡與胃癌治療

胃癌患者對順鉑和紫杉醇的耐藥性愈發(fā)嚴(yán)重，是臨床腫瘤治療的難點(diǎn)，導(dǎo)致預(yù)后不良。研究發(fā)現(xiàn)，腫瘤細(xì)胞可通過負(fù)向調(diào)節(jié)Fe3+，顯著增強(qiáng)氧化應(yīng)激防御能力，從而實(shí)現(xiàn)耐藥生存。通過誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞鐵死亡，有可能逆轉(zhuǎn)化療或靶向治療耐藥性[35]。目前臨床上用于腫瘤治療的鐵死亡誘導(dǎo)劑主要抑制System XC-和GPX4的活性。多項(xiàng)研究表明，鐵死亡可提高胃癌細(xì)胞對化療藥物的敏感性。Zhang等[36]的研究發(fā)現(xiàn)，癌癥相關(guān)成纖維細(xì)胞分泌的外泌體miR-522通過靶向脂氧合酶15，阻斷脂質(zhì)ROS的積累，抑制癌細(xì)胞中的鐵死亡，促進(jìn)化療耐藥性。Zhao等[37]發(fā)現(xiàn)阿帕替尼可以通過抑制轉(zhuǎn)錄因子，固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白-1a（sterol regulated element binding protein 1a，SREBP-1a）來下調(diào)GPX4的表達(dá)，誘導(dǎo)胃癌細(xì)胞鐵死亡，同時還發(fā)現(xiàn)多重耐藥胃癌細(xì)胞易受阿帕替尼誘導(dǎo)的GPX4抑制。調(diào)節(jié)ROS水平可能是另一種新的治療策略，因?yàn)镽OS可以干擾細(xì)胞氧化環(huán)境并誘導(dǎo)細(xì)胞鐵死亡[38]。由于慢性和過高的ROS水平引發(fā)耐藥性，調(diào)節(jié)鐵死亡可能是靶向耐藥腫瘤細(xì)胞的有效策略。

鐵死亡是介導(dǎo)抗腫瘤活性的主要機(jī)制，近年來一些研究發(fā)現(xiàn)，中草藥的一些成分可能通過誘導(dǎo)鐵死亡發(fā)揮抗胃癌作用。研究[39]發(fā)現(xiàn)，蓽茇酰胺通過誘導(dǎo)ROS產(chǎn)生而導(dǎo)致胃癌細(xì)胞鐵死亡，是其發(fā)揮抗腫瘤作用的機(jī)制之一。黃芩苷能夠有效抑制胃癌細(xì)胞SGC-7901的增殖，其機(jī)制可能與其調(diào)控p53/SLC7A11介導(dǎo)的細(xì)胞鐵死亡有關(guān)[40]。丹參酮ⅡA是一種從中草藥中分離出來的藥理活性成分，通過影響p53介導(dǎo)的SLC7A11的表達(dá)，誘導(dǎo)胃癌細(xì)胞鐵死亡[41]。

5 小結(jié)與展望

抗腫瘤治療中鐵死亡的應(yīng)用價值較大。本文總結(jié)了已知胃癌相關(guān)生物分子介導(dǎo)鐵死亡過程，探討了鐵死亡中某些途徑不同藥物的作用，可供今后研究鐵死亡機(jī)理和胃癌治療提供參考。需要繼續(xù)深入探究鐵死亡對腫瘤轉(zhuǎn)移、細(xì)胞自噬以及對藥物耐藥性的作用。靶向鐵死亡可能是未來治療胃癌的一種很有前途的方法，如何將靶向鐵死亡治療消化道腫瘤的理論轉(zhuǎn)變?yōu)榕R床應(yīng)用是未來的研究方向。