Erastin誘導(dǎo)細(xì)胞鐵死亡在腫瘤治療中的研究進(jìn)展

閔楚惟，谷文光

（哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院骨三科，黑龍江哈爾濱 150001）

鐵死亡是于2012年定義的一種鐵依賴(lài)性、非凋亡的細(xì)胞死亡形式。其特征是細(xì)胞中脂質(zhì)過(guò)氧化物和活性氧簇的過(guò)度累積[1]。從形態(tài)學(xué)、遺傳學(xué)、新陳代謝以及分子生物學(xué)角度來(lái)看，鐵死亡不同于細(xì)胞凋亡、壞死以及其他的死亡形式[2]。目前的研究表明，在人體內(nèi)的各種生理病理過(guò)程中均有鐵死亡的發(fā)生，如中樞神經(jīng)的退行性病變，抗病毒的免疫應(yīng)答過(guò)程，動(dòng)脈硬化，急性腎損傷，糖尿病以及缺血再灌注損傷[3]，越來(lái)越多的人認(rèn)識(shí)到某些癌癥的發(fā)生發(fā)展途徑與鐵死亡密切相關(guān)，腫瘤細(xì)胞的存活以及增殖過(guò)程極易受到鐵死亡的影響[4]。

現(xiàn)階段發(fā)現(xiàn)鐵死亡可以抑制肝癌、胰腺癌、前列腺癌、乳腺癌和其他癌癥中腫瘤細(xì)胞的增殖[5-8]。某些高度惡性的腫瘤細(xì)胞已經(jīng)被證實(shí)對(duì)于鐵死亡有天然的易感性，因此誘導(dǎo)細(xì)胞發(fā)生鐵死亡可能成為治療癌癥的新方法[9]。鐵死亡誘導(dǎo)劑可以分為兩類(lèi)：第一類(lèi)誘導(dǎo)劑通過(guò)作用于胱氨酸谷氨酸反向轉(zhuǎn)運(yùn)體（system Xc-）發(fā)揮作用，如Erastin、柳氮磺吡啶；第二類(lèi)則是直接作用于谷胱甘肽過(guò)氧化物酶4（recombinant glutathione peroxidase 4,GPX4）抑制其活性，如RSL3以及DP17[10，11]。在上述鐵死亡誘導(dǎo)劑中，Erastin與其他誘導(dǎo)劑不同之處在于后者通常僅激活單個(gè)信號(hào)通路，而Erastin對(duì)多種分子結(jié)構(gòu)均能起到作用，效果良好，迅速且持久[12]，所以基于鐵死亡的癌癥治療有望規(guī)避傳統(tǒng)凋亡途徑治療腫瘤的弊端，為癌癥治療開(kāi)辟一條新思路。本文就Erastin對(duì)于鐵死亡的作用分子位點(diǎn)與其抗腫瘤應(yīng)用前景進(jìn)行綜述。

1 鐵死亡的基本特征

鐵死亡的發(fā)生伴隨著一系列的變化，與其他的細(xì)胞死亡形式既有相似之處又有不同點(diǎn)。確認(rèn)細(xì)胞是否發(fā)生鐵死亡，主要取決于細(xì)胞是否產(chǎn)生了鐵依賴(lài)性的ROS積聚現(xiàn)象以及細(xì)胞和亞細(xì)胞層面上的形態(tài)學(xué)變化。在細(xì)胞層面上，發(fā)生鐵死亡的細(xì)胞通常呈離散狀態(tài)，且形態(tài)呈圓形。在亞細(xì)胞層面上，其線(xiàn)粒體相較于正常形態(tài)更小，線(xiàn)粒體嵴萎縮或消失，伴有線(xiàn)粒體外膜破裂和內(nèi)膜致密性增高[13]；另一方面，鐵死亡過(guò)程中細(xì)胞核的形態(tài)完整性不發(fā)生改變，沒(méi)有發(fā)生染色質(zhì)的凝集以及邊緣化現(xiàn)象[14]。

2 Erastin誘發(fā)鐵死亡的機(jī)制

2.1 Erastin能夠抑制System Xc-活性誘導(dǎo)鐵死亡

System Xc-是存在于胞膜的Na+依賴(lài)性胱氨酸-谷氨酸逆向轉(zhuǎn)運(yùn)體，是由輕鏈亞基SLC7A11和重鏈亞基SLC3A2組成的二硫鍵異二聚體。System Xc-在鐵死亡的小分子營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)中起重要作用，因此，腫瘤細(xì)胞的存活和生長(zhǎng)依賴(lài)System Xc-的轉(zhuǎn)運(yùn)活性，使得System Xc-成為抗腫瘤藥物開(kāi)發(fā)的潛在靶點(diǎn)[15]。Erastin是一類(lèi)經(jīng)典的鐵死亡誘導(dǎo)劑，通過(guò)抑制System Xc-活性，阻止細(xì)胞外的胱氨酸進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，阻斷細(xì)胞內(nèi)GSH的合成，削弱細(xì)胞的抗氧化能力，最終導(dǎo)致鐵死亡的發(fā)生[16]。有研究發(fā)現(xiàn)Erastin可引起SLC7A11 的補(bǔ)償性轉(zhuǎn)錄上調(diào)[17]，F(xiàn)an 等[18]報(bào)道通過(guò)激活Nrf2-Keap1信號(hào)通路上調(diào)SLC7A11的表達(dá)能夠提升System Xc-進(jìn)行物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)的能力，減輕Erastin所誘導(dǎo)的細(xì)胞鐵死亡。反之，通過(guò)其他途徑降低SLC7A11的表達(dá)同時(shí)抑制谷氨酸向細(xì)胞外的轉(zhuǎn)運(yùn)，同樣能夠促進(jìn)Erastin對(duì)于鐵死亡的誘導(dǎo)過(guò)程[19]。

Erastin不具備良好的水溶性，加之在體內(nèi)的代謝過(guò)程并不穩(wěn)定，不適合直接應(yīng)用于體內(nèi)進(jìn)行治療。通過(guò)對(duì)Erastin藥物本身的分子結(jié)構(gòu)加以修飾并引入其他的化學(xué)基團(tuán)后，所得到的新的化學(xué)物質(zhì)—Erastin衍生物更易溶，更穩(wěn)定，也更適合進(jìn)行給藥治療。哌嗪Erastin（PE）是一類(lèi)Erastin的衍生物，其穩(wěn)定性和溶解性均優(yōu)于Erastin，Yang等[20]報(bào)道PE能夠誘導(dǎo)HT1080細(xì)胞發(fā)生鐵死亡，其作用機(jī)制與Erastin相同，并且在體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中展現(xiàn)出良好的生物安全性。咪唑酮Erastin（IKE）也是一類(lèi)Erastin的衍生物，其溶解度是Erastin的3倍，且納摩爾效價(jià)更高。Zhang等[21]對(duì)IKE在彌漫大B淋巴瘤的異種移植模型中的藥代動(dòng)力學(xué)以及藥效學(xué)特征進(jìn)行了研究，證明IKE能夠通過(guò)抑制System Xc-發(fā)揮抗腫瘤作用，使其細(xì)胞內(nèi)GSH耗竭，發(fā)生脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)并產(chǎn)生相應(yīng)的鐵死亡生物標(biāo)志物。

2.2 Erastin活化p53誘導(dǎo)鐵死亡發(fā)生

P53是介導(dǎo)腫瘤細(xì)胞周期停滯、衰老以及凋亡的經(jīng)典腫瘤抑制因子，隨著對(duì)細(xì)胞死亡機(jī)制了解的不斷深入，研究人員發(fā)現(xiàn)p53不僅引起細(xì)胞凋亡，而且p53的活化在誘導(dǎo)某些腫瘤細(xì)胞發(fā)生鐵死亡的過(guò)程中也起到重要的作用[22]。P53的活化能夠有效降低SLC7A11在mRNA水平以及蛋白水平的表達(dá)，而敲除p53基因后能夠解除對(duì)于SLC7A11的抑制作用[23]。Zhang 等[24]發(fā)現(xiàn)通過(guò)活化 p53 來(lái)抑制SLC7A11的表達(dá)后能夠降低System Xc-的活性，最終導(dǎo)致細(xì)胞發(fā)生鐵死亡。除抑制System Xc-系統(tǒng)的活性，p53還能夠直接作用于二胺乙酰轉(zhuǎn)移酶SAT1和線(xiàn)粒體谷氨酰胺酶GLS2，調(diào)節(jié)谷氨酰胺的代謝過(guò)程[25]，間接誘導(dǎo)鐵死亡的發(fā)生。

最近研究發(fā)現(xiàn)，Erastin能夠激活p53，促進(jìn)細(xì)胞發(fā)生鐵死亡。Huang等[26]報(bào)道erastin在誘導(dǎo)鐵死亡的過(guò)程中，所產(chǎn)生的胞內(nèi)ROS能夠激活p53，導(dǎo)致p53的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物水平顯著提升，進(jìn)而使細(xì)胞內(nèi)的活性氧簇水平進(jìn)一步提高。然而，在某些情況下，p53也能夠降低細(xì)胞對(duì)于鐵死亡的敏感性。研究發(fā)現(xiàn)p53能以轉(zhuǎn)錄依賴(lài)的方式激活p21并延緩鐵死亡的發(fā)生[27]。

從目前來(lái)看，p53在鐵死亡的信號(hào)網(wǎng)絡(luò)中處于核心地位。一方面，它能夠被erastin激活，增強(qiáng)細(xì)胞對(duì)于鐵死亡的敏感性，抑制腫瘤的發(fā)生。另一方面，p53能夠保護(hù)正常細(xì)胞免受各種應(yīng)激因素的影響，當(dāng)某些代謝應(yīng)激發(fā)生時(shí)，p53能夠降低細(xì)胞對(duì)于鐵死亡的敏感性，使其保持正常的生理功能?？偟膩?lái)說(shuō)，P53在鐵死亡信號(hào)網(wǎng)絡(luò)中起到的作用非常復(fù)雜，其在癌癥治療中的具體機(jī)制還有待進(jìn)一步研究。

3 Erastin的臨床應(yīng)用前景

3.1 Erastin在化療當(dāng)中的應(yīng)用現(xiàn)狀

化療是治療惡性腫瘤的主要手段之一。長(zhǎng)期以來(lái)，大部分的抗腫瘤藥物都基于caspase依賴(lài)性的細(xì)胞凋亡機(jī)制進(jìn)行研發(fā)[28]，但是由于化療藥物持續(xù)而廣泛的應(yīng)用，腫瘤細(xì)胞已經(jīng)呈現(xiàn)出不同程度的藥物抵抗性[29]。鐵死亡作為一種新的調(diào)控細(xì)胞死亡的形式，其不同于凋亡的作用機(jī)制可以克服后者所面臨的局限性，為腫瘤的治療開(kāi)辟新的道路。

Erastin能夠以鐵依賴(lài)的形式誘導(dǎo)細(xì)胞發(fā)生非凋亡性的細(xì)胞死亡[12]，不僅如此，它還能與其他的化療藥物聯(lián)合應(yīng)用，增加某些腫瘤細(xì)胞對(duì)于化療藥物的敏感性。在已被證實(shí)的研究中，Erastin能夠增加非小細(xì)胞肺癌細(xì)胞對(duì)于順鉑的敏感性[30]。除此之外，Erastin還被認(rèn)為能夠克服多種耐藥細(xì)胞的耐藥性，有報(bào)道稱(chēng)Erastin能夠克服卵巢癌細(xì)胞對(duì)于多西他賽的耐藥性[31]，使其重新對(duì)順鉑敏感；通過(guò)Erastin誘導(dǎo)鐵死亡可以克服急性髓細(xì)胞樣白血?。╝cute myeloid leukemia,AML）細(xì)胞的耐藥性[32]。這些研究結(jié)果都為Erastin作為臨床抗腫瘤藥物的應(yīng)用前景提供了強(qiáng)有力的支持。

3.2 Erastin在納米診療系統(tǒng)中的應(yīng)用情況

近年來(lái)，在抗腫瘤領(lǐng)域中，納米技術(shù)的興起引起了人們極大的興趣。與游離藥物相比，納米平臺(tái)能夠通過(guò)主動(dòng)或被動(dòng)靶向的方式提高其溶解度、生物相容性以及瘤體部位的有效藥物濃度[21]。Li等[33]報(bào)道了一種裝載有Erastin的新型納米運(yùn)載系統(tǒng)，能夠誘發(fā)細(xì)胞的鐵死亡，除此之外還能夠有效降低腫瘤的復(fù)發(fā)率。Zhang等[21]發(fā)現(xiàn)IKE在酸性環(huán)境下的溶解度高于在中性環(huán)境的溶解度，為改善IKE在體內(nèi)的運(yùn)輸效率，研究人員將PEG-PLGA嵌合體納米顆粒作為IKE載體，用以改善該藥物的生物相容性以及生物可降解性。研究發(fā)現(xiàn)搭載進(jìn)入納米運(yùn)載系統(tǒng)后，其在體內(nèi)的抗腫瘤作用相較于游離IKE明顯增強(qiáng)，對(duì)正常組織器官的生物毒性也明顯減弱。

4 小結(jié)

盡管基于鐵死亡的腫瘤治療手段相關(guān)的研究發(fā)展迅速，但在研究過(guò)程中仍面臨一定的挑戰(zhàn)。鐵死亡作為調(diào)節(jié)生物體平衡的重要程序性死亡方式之一，某些疾病的發(fā)生發(fā)展與其也有密不可分的聯(lián)系[34]。因此，Erastin作為鐵死亡的誘導(dǎo)劑，在如何提高其特異性并且把控其使用劑量方面還需要進(jìn)行進(jìn)一步研究。盡管關(guān)于Erastin與鐵死亡的研究還處于起步階段，但有關(guān)Erastin介導(dǎo)的鐵死亡應(yīng)用于抗腫瘤治療以及相關(guān)藥物研究受到越來(lái)越多的關(guān)注，并且諸如納米材料等跨學(xué)科的合作有望推動(dòng)鐵死亡相關(guān)的研究和發(fā)展。