膀胱癌中鐵死亡的研究進(jìn)展

李生華，莫飛林，肖楚楠，翟高強(qiáng)，劉加林，黃志廣

1.廣西醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院泌尿外科，廣西 南寧 530021；

2.廣西醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院病理科，廣西 南寧 530021

據(jù)全球癌癥數(shù)據(jù)顯示，膀胱癌是全球十大常見癌癥之一，在泌尿生殖系統(tǒng)惡性腫瘤中排第二[1]。目前晚期的膀胱癌仍以藥物化療為主，但預(yù)后仍然不理想。耐藥是癌癥難以治愈的重要因素，鐵死亡的出現(xiàn)為膀胱癌的治療提供了新方向。

鐵死亡是一種與活性氧(ROS)相關(guān)的新的細(xì)胞死亡調(diào)控形式，跟鐵蓄積和脂質(zhì)過氧化的過程關(guān)系密切[2]。細(xì)胞鐵死亡的生化機(jī)制與壞死和凋亡不同，它的形態(tài)特點(diǎn)有：細(xì)胞體積縮??；線粒體膜密度增加，但外膜會破裂，線粒體嵴減少；細(xì)胞核形態(tài)則是正常的。抑制半胱氨酸的攝取或使谷胱甘肽過氧化物酶4(GPX4)失活，或者對胱氨酸/谷氨酸逆轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的化學(xué)或突變抑制可誘導(dǎo)鐵死亡，并最終導(dǎo)致積累的ROS以脂質(zhì)過氧化物的形式存在[3]。

1 鐵死亡的由來和機(jī)制

1.1 鐵死亡的由來鐵死亡的誘導(dǎo)劑比鐵死亡更早被發(fā)現(xiàn)，鐵死亡誘導(dǎo)劑能引發(fā)腫瘤細(xì)胞的非程序性細(xì)胞死亡(non-programmedcelldeath，NPCD)[4]。DIXON等[5]在2012年首次提出了Ferroptosis(鐵死亡)的概念：即致癌的選擇性RAS致死小分子Erastin誘發(fā)的一種依賴金屬鐵的非凋亡細(xì)胞死亡被稱為鐵死亡，該小分子則被稱為鐵死亡誘導(dǎo)劑。

1.2 鐵死亡的生化機(jī)制鐵死亡依賴于細(xì)胞內(nèi)的鐵元素，并且在機(jī)制、形態(tài)等方面與細(xì)胞凋亡、壞死和自噬不同。Dixon的團(tuán)隊認(rèn)為ROS的積累和鐵螯合劑抑制腫瘤細(xì)胞凋亡之間是密切相關(guān)的，當(dāng)ROS積累增加，可導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞死亡，同時，加入鐵螯合劑去鐵胺后，抑制了ROS積累和腫瘤細(xì)胞的凋亡[5]。其他研究也證明了鐵死亡能夠抑制腫瘤細(xì)胞的進(jìn)程[6]。鐵死亡的分子機(jī)制主要包括脂質(zhì)過氧化的產(chǎn)生和消除。脂質(zhì)過氧化的原料為鐵和多聚不飽和脂肪酸，他們推動鐵死亡的發(fā)生，而GPX4以還原性谷胱甘肽(glutathione，GSH)作為原料，抑制鐵死亡的發(fā)生[7]。

2 鐵死亡與腫瘤

鐵元素參與了腫瘤的發(fā)生、發(fā)展、轉(zhuǎn)移和微環(huán)境的調(diào)節(jié)等方面[8]。鐵死亡的研究進(jìn)展將有利于多種腫瘤的靶向治療。目前鐵死亡主要是用藥物誘導(dǎo)產(chǎn)生，藥物誘導(dǎo)的機(jī)制包括：(1)抑制胱氨酸/谷氨酸逆轉(zhuǎn)運(yùn)體(Xc-系統(tǒng))[9-10]；(2)抑制或消耗GPX4的表達(dá)[11]；(3)促進(jìn)高表達(dá)p53[12]。近10年來，除了Erastin外，索拉菲尼、柳氮磺胺吡啶、青蒿素、青蒿琥酯和二氫青蒿素等藥物已被發(fā)現(xiàn)可用于誘導(dǎo)鐵死亡[13]。此外，1,2-二氧戊環(huán)、西拉美新、拉帕替尼和BAY87-2243等藥物也被發(fā)現(xiàn)能夠調(diào)節(jié)GPX4從而誘導(dǎo)鐵死亡[14]。Fin56是一種鐵死亡誘導(dǎo)物，其通過GPX4蛋白降解觸發(fā)鐵死亡。SUN等[15]確定了Fin56誘導(dǎo)膀胱癌細(xì)胞的鐵死亡和自噬，其機(jī)制上依賴于自噬。此外，他們還研究了Fin56與Torin 2(一種用于激活自噬的有效mTOR抑制劑)聯(lián)合使用對細(xì)胞活力的影響，發(fā)現(xiàn)Fin56與Torin 2對膀胱癌細(xì)胞的細(xì)胞毒性有協(xié)同作用。這表明鐵死亡誘導(dǎo)物和mTOR抑制劑的聯(lián)合應(yīng)用是一種有前景的方法來改善膀胱癌的治療。這些藥物為鐵死亡治療膀胱癌提供了新的方向[16]。

3 鐵死亡在膀胱腫瘤領(lǐng)域的研究

3.1 鐵離子濃度與膀胱腫瘤細(xì)胞內(nèi)鐵離子濃度與膀胱腫瘤的進(jìn)展緊密相關(guān)。MARTIN-SANCHEZ等[17]分析1993年科學(xué)家研究細(xì)胞內(nèi)鐵離子濃度與膀胱腫瘤的增殖關(guān)系，發(fā)現(xiàn)當(dāng)轉(zhuǎn)鐵蛋白與鐵結(jié)合后，腫瘤細(xì)胞內(nèi)的游離鐵離子濃度下降，有利于膀胱癌細(xì)胞增殖，當(dāng)用金屬鎵(Ga)作用于轉(zhuǎn)鐵蛋白干擾了鐵與轉(zhuǎn)鐵蛋白的結(jié)合，細(xì)胞內(nèi)游離鐵增加，從而抑制了膀胱腫瘤細(xì)胞的增殖。MAZDAK等[18]研究微量元素在膀胱腫瘤中的作用，發(fā)現(xiàn)膀胱腫瘤患者血清鐵水平明顯低于對照組，提示血清鐵水平降低可能是膀胱腫瘤發(fā)生的重要原因。TANG等[19]提出了鐵蛋白吞噬現(xiàn)象，通過鐵蛋白釋放細(xì)胞內(nèi)游離鐵，細(xì)胞內(nèi)游離鐵的含量增加，可能起著抑制膀胱腫瘤的作用，結(jié)果提示激活鐵死亡可以在膀胱腫瘤的治療上取得理想的治療效果。這些研究表明增加細(xì)胞內(nèi)鐵離子濃度可能有助于抑制膀胱腫瘤的進(jìn)展。

3.2 順鉑與膀胱癌順鉑是一種DNA損傷劑，是晚期膀胱癌的標(biāo)準(zhǔn)化療方法。然而，由于耐藥性的發(fā)展，以順鉑為基礎(chǔ)的治療效果有限。順鉑耐藥的原因是DNA損傷修復(fù)途徑活性增強(qiáng)，如核苷酸切除修復(fù)、錯配修復(fù)和范可尼貧血[20]。膀胱癌中最常見的是膀胱尿路上皮癌(BUC)，BUC中高表達(dá)MAFG-AS1，其通過鐵死亡途徑可以調(diào)控BUC細(xì)胞對順鉑的敏感性。此外，MAFG-AS1的表達(dá)受轉(zhuǎn)錄因子MAFG的調(diào)節(jié)，而MAFG-AS1通過招募EP300乙?；复龠M(jìn)MAFG基因組位點(diǎn)上的H3K27ac來促進(jìn)MAFG的表達(dá)，從而形成MAFG-AS1/MAFG正反饋環(huán)。但進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)了MAFG-AS1在BUC中具有致癌作用，MAFG-AS1和MAFG通過上調(diào)PCBP2在BUC細(xì)胞中表達(dá)，并與之結(jié)合抑制BUC細(xì)胞的鐵死亡。PCBP2是一種多聚結(jié)合蛋白，也叫鐵伴侶，其作用是與FPN1(細(xì)胞膜轉(zhuǎn)鐵蛋白1)結(jié)合，將鐵離子泵出細(xì)胞外，維持胞內(nèi)的鐵平衡，而順鉑和Erastin聯(lián)合治療可顯著降低PCBP2蛋白表達(dá)。在該研究的病例中，MAFG-AS1和MAFG水平高的患者組比低表達(dá)MAFG-AS1和MAFG組的預(yù)后更差。因此MAFG-AS1、MAFG以及這兩者之間的結(jié)合可以作為BUC患者獨(dú)立的預(yù)后指標(biāo)和化療敏感性預(yù)測標(biāo)志物。抑制MAFG-AS1和MAFG可以促進(jìn)鐵死亡而增加BUC細(xì)胞對順鉑的敏感性，這表明了MAFG-AS1/MAFG正反饋環(huán)或許可以成為新的化療敏感性生物學(xué)標(biāo)志物和BUC的治療靶標(biāo)[21-23]。

3.3 鐵死亡相關(guān)基因與膀胱癌SLC7A11是胱氨酸-谷氨酸反轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的關(guān)鍵組成成分。SHARMA等[24]報道，SLC7A11在癌細(xì)胞中廣泛表達(dá)。研究表明SLC7A11在多種癌癥細(xì)胞中高表達(dá)[25-32]，包括肺癌、肝癌、胰腺癌、大腸癌、卵巢癌和乳腺癌等，且SLC7A11高表達(dá)患者預(yù)后比低表達(dá)患者差，這些結(jié)果提示SLC7A11能促進(jìn)癌癥的進(jìn)程[33]。既往研究表明，SLC7A11能通過攝取胱氨酸來促進(jìn)GSH合成，抑制ROS積累，從而抑制鐵死亡[34]。p53基因可抑制SLC7A11的表達(dá)讓細(xì)胞出現(xiàn)鐵死亡的概率提高[35-36]。核因子紅細(xì)胞2相關(guān)因子2(NRF2)是抗氧化反應(yīng)過程的重要轉(zhuǎn)錄因子，過表達(dá)的NRF2可上調(diào)SLC7A11表達(dá)，從而抑制鐵死亡[37]。BRCA1相關(guān)蛋白1(BAP1)可抑制癌癥的進(jìn)展，SLC7A11是BAP1的關(guān)鍵靶基因，BAP1通過減少SLC7A11啟動子上的組蛋白2A泛素化而抑制SLC7A11的表達(dá)，使細(xì)胞更易發(fā)生鐵死亡，從而抑制癌癥的進(jìn)展[33]。OTUB1是卵巢腫瘤(OTU)家族成員去泛素化酶，也是通過調(diào)節(jié)Mdm2和Mdmx的活 性 而牽 涉p53途徑的調(diào)節(jié)劑[33，38]。OTUB1可 調(diào) 節(jié)SLC7A11的穩(wěn)定性，在膀胱癌中也起到重要作用。OTUB1和SLC7A11結(jié)合會使其更加的穩(wěn)定，OTUB1低表達(dá)則會抑制癌細(xì)胞中SLC7A11的活性，這可能與抑制鐵死亡有關(guān)[38-39]。有趣的是，CD44高表達(dá)可以增加SLC7A11與OTUB1之間的結(jié)合從而促進(jìn)SLC7A11的穩(wěn)定性[39]。這些結(jié)果說明通過各種途徑抑制SLC7A11可以促進(jìn)鐵死亡，或有利于膀胱癌的治療與預(yù)后。近30年來，臨床醫(yī)生為患者提供相同且有限的治療方法，患者5年生存率基本沒有變化[40]。因此，提高這種危險疾病存活率的關(guān)鍵可能在于基因組學(xué)研究，危險因素預(yù)防和免疫治療。大多數(shù)鐵死亡相關(guān)基因在膀胱癌樣品中均表現(xiàn)出明顯的低表達(dá)。這些差異表達(dá)的基因或許可用作膀胱癌的診斷和預(yù)后的標(biāo)志物。CRYAB基因是熱激蛋白家族的成員，可作為分子伴侶保護(hù)蛋白質(zhì)免于聚集，并使細(xì)胞減少氧化應(yīng)激的損害[41]。CRYAB基因在抑制膀胱癌的發(fā)展中也發(fā)揮作用[42]。此外，PTGS2基因在許多炎癥或癌細(xì)胞中是高表達(dá)的，該基因表達(dá)的前列腺素具有多種生物學(xué)功能，比如抑制細(xì)胞凋亡、促進(jìn)細(xì)胞增殖等[43]。不過，PTGS2基因在膀胱癌細(xì)胞中卻是低表達(dá)的[44]。在TCGA數(shù)據(jù)集的腫瘤樣本中，鐵死亡相關(guān)基因中TP53的突變頻率最高?；赥CGA數(shù)據(jù)集中55個基因表達(dá)水平的兩個簇也發(fā)現(xiàn)p53分組存在顯著差異。據(jù)研究表明，p53在兩個方向上均有調(diào)節(jié)鐵死亡的作用，在低氧自由基的時候抑制鐵死亡，而在高氧化壓力下則會促進(jìn)鐵死亡[45]。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)p53可以抑制SLC7A11的表達(dá)，從而促進(jìn)癌細(xì)胞發(fā)生鐵死亡[46]。YANG等[47]首次構(gòu)建和外部驗證了一種新的結(jié)合9個鐵死亡相關(guān)差異基因的預(yù)后模型，包括ALB、BID、FADS 2、FANCD 2、INF-γ、MIOX、PLIN 4、SCD和SLC2A3。據(jù)報道，ALB(白蛋白)在膀胱癌細(xì)胞中高表達(dá)，ALB與轉(zhuǎn)鐵蛋白有協(xié)同作用，限制了鐵的轉(zhuǎn)運(yùn)，從而促進(jìn)了鐵死亡[48]。線粒體反式激活BID，將鐵死亡與線粒體損傷聯(lián)系起來，過表達(dá)的BID能抑制細(xì)胞的鐵死亡，使其預(yù)后更差[47，49]。FADS2在許多癌癥中異常表達(dá)，其表達(dá)與癌細(xì)胞生長、侵襲和鐵死亡密切相關(guān)，激活的FADS2參與Warburg效應(yīng)抑制鐵死亡。FADS2上 調(diào) 與 膀 胱 癌 預(yù) 后 不 良 有 關(guān)[47，50]。SCD與FADS2一樣參與了Warburg效應(yīng)。研究證實(shí)了SCD是一種催化卵巢癌細(xì)胞合成單不飽和脂肪酸的限速步驟的酶，SCD1既能誘導(dǎo)細(xì)胞鐵死亡，又能誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。SCD在卵巢癌組織中高表達(dá)，SCD的表達(dá)水平在膀胱癌中也很高[47，51-52]。FANCD2是一種介導(dǎo)DNA修復(fù)的蛋白質(zhì)，可以抑制鐵死亡，與癌癥的發(fā)生和進(jìn)展關(guān)系密切。高表達(dá)的FANCD 2與膀胱癌預(yù)后良好相關(guān)，這意味著FANCD 2在膀胱癌中與其他研究相一致[47，53-54]。CD8+T細(xì)胞釋放的INF-γ(γ干擾素)下調(diào)了SLC3A2和SLC7A11表達(dá)，抑制癌癥細(xì)胞對胱氨酸的攝取，從而促進(jìn)鐵死亡。表達(dá)INFγ的膀胱癌患者與其預(yù)后呈負(fù)相關(guān)[47，55]。MIOX(肌醇加氧酶)的過表達(dá)能加速鐵死亡，因此MIOX可能通過促進(jìn)膀胱癌細(xì)胞鐵死亡而發(fā)揮抗癌作用[47，56]。PLIN4(脂滴相關(guān)蛋白)是參與脂質(zhì)代謝調(diào)控的脂滴相關(guān)蛋白家族之一，與相應(yīng)的正常組織相比，PLIN 4在膀胱癌細(xì)胞中下調(diào)，高表達(dá)PLIN4的膀胱癌患者預(yù)后較好，PLIN4或許可以作為膀胱癌的預(yù)后的指標(biāo)之一[47，57]。SLC2A3在許多癌癥中上調(diào)，編碼葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的基因與預(yù)后不良有關(guān)[58]。9個鐵死亡相關(guān)基因與鐵死亡呈正相關(guān)或負(fù)相關(guān)，這些基因在膀胱癌中的特殊作用有待進(jìn)一步研究[47]。LUAN等[59]的研究確定了28個不同表達(dá)的鐵死亡相關(guān)基因(DEFAGS)，并成功地構(gòu)建了一個個性化的膀胱癌風(fēng)險分?jǐn)?shù)。其他更多鐵死亡與膀胱癌相關(guān)的基因需要進(jìn)一步深入的研究與挖掘。

3.4 納米粒子與膀胱癌納米粒子在膀胱癌的治療方面效果顯著。JASIM等[60]最新研究報告了新型靶向腫瘤的共軛聚合物納米粒子(CPNPs)攜帶鐵的化學(xué)動力學(xué)治療(CDT)，其通過鐵死亡來殺傷癌細(xì)胞。CPNPs的大小約為62 nm，以癌細(xì)胞為靶點(diǎn)，并將三價鐵離子傳遞到癌細(xì)胞內(nèi)，誘發(fā)基于鐵死亡的CDT，隨后癌細(xì)胞死亡。鐵死亡是一種活性氧機(jī)制，與CDT一樣，但它不依賴于光的外部激活，具體過程為攜帶鐵的CPNP通過內(nèi)皮素3表面部分(EDN3-CPNP)靶向內(nèi)皮素B受體(EDNRB)。結(jié)果表明，針對過表達(dá)EDNRB的癌細(xì)胞具有精準(zhǔn)的靶向性，特別是針對膀胱癌細(xì)胞，在這些情況下，發(fā)現(xiàn)在較高劑量下有效殺死細(xì)胞的比例超過80%，相反，沒有被EDN3-CPNP靶向的癌細(xì)胞幾乎沒有反應(yīng)[60]。這也為膀胱癌的治療提供了新的途徑。

4 結(jié)語

鐵死亡的出現(xiàn)具有重大意義，在膀胱癌精準(zhǔn)靶向療法和耐藥方面提供了新的思路。研究者可以研發(fā)針對某種癌癥的鐵死亡誘導(dǎo)劑，成為治療癌癥新藥的新途徑。雖然目前對鐵死亡的研究不斷深入，但是鐵死亡相關(guān)的復(fù)雜的生化機(jī)制、惡性腫瘤的鐵死亡誘導(dǎo)劑的研發(fā)等相關(guān)問題仍是攻克治療癌癥難題的重要環(huán)節(jié)之一。因此，需要通過大量研究探索鐵死亡調(diào)控信號通路的分子機(jī)制，同時也對研發(fā)治療癌癥新藥具有重要意義。也許在不久的將來基于鐵死亡治療膀胱癌的藥物將會實(shí)現(xiàn)，希望本綜述對鐵死亡與膀胱癌的研究有所幫助。