铁死亡在肾癌进展及治疗中的作用研究进展

吴王剑，王超，周逢海

1 兰州大学第一临床医学院，兰州 730000；2 甘肃省人民医院泌尿外科

肾癌是常见的泌尿系统恶性肿瘤，发病率仅次于前列腺癌与膀胱癌，占成人所有恶性肿瘤的4.01%和泌尿系统恶性肿瘤的28.48%［1-2］。有相当一部分患者被诊断时处于晚期阶段，高达17%的患者在诊断时存在远处转移［2］。虽然肾癌的平均5 年生存率高达74%，但晚期肾癌患者的预后特别差，平均5 年生存率仅为8%［3］。目前，针对晚期肾癌患者的靶向与免疫治疗取得了一定进展，但对晚期肾癌以及耐药性肾癌的治疗效果仍然不佳。铁死亡是一种铁依赖性的由脂质过氧化产物堆积而导致的可调节性细胞死亡方式，其核心是铁积累和脂质过氧化引起的细胞损伤［4］。研究发现，癌细胞比正常细胞对铁死亡更加敏感，特别是肾癌细胞［5-7］。因此，铁死亡可作为治疗晚期肾癌的新策略。本文对铁死亡在肾癌进展及治疗中的作用作一综述，为晚期肾癌患者的治疗提供新思路。

1 铁死亡相关机制在肾癌进展中的作用

1.1 铁代谢 铁是人体内含量最多的过渡金属，在人体内参与许多重要的生命活动，如细胞分裂、DNA 修复和染色质重塑等［8］。铁积累是活性氧的主要来源，是铁死亡的关键参与因素，而且越来越多的研究表明铁积累与肾癌特别是肾透明细胞癌（ccRCC）的发生发展密切相关，其中参与铁代谢的蛋白有铁蛋白轻链（FTL）、铁蛋白重链（FTH1）、铁转运蛋白（FPN）、用于铁摄取的转铁蛋白受体1（TfR1）以及铁调节蛋白1、2（IRP1/2）［4，9］。SCHNETZ 等［9］研究发现，在肾癌中尤其是ccRCC 组织中铁代谢相关基因显著上调，ccRCC 组织中FTL、FTH1、TfR1 与IRP1/2 蛋白表达均上调，而FPN 蛋白表达下调，最终表现出保铁型，即癌细胞内出现铁积累；但铁积累并未引起铁死亡，反而促进了肾癌发生发展。FTH1具有亚铁氧化酶活性，可将Fe2+转化为Fe3+，后者与FTL结合可有效降低细胞内Fe2+的毒性，避免引起细胞铁死亡［10］。核受体辅激活因子4（NCOA4）是一种参与铁蛋白自噬过程的自噬体成分［11］。MOU 等［12］通过TCGA 数据库分析发现，铁蛋白自噬相关基因NCOA4 与肾癌的恶性程度和TNM 分期密切相关。研究表明，NCOA4 是自噬相关基因自噬相关蛋白5（ATG5）和ATG7 的受体，NCOA4 与ATG5、ATG7 结合能够促进铁蛋白自噬，进而降低细胞内铁蛋白含量，升高细胞内亚铁浓度，促进癌细胞铁死亡，表明ATG5-ATG7-NCOA4 自噬通路可能是治疗肾癌的新靶点［13］。

1.2 脂质过氧化 脂质过氧化是铁死亡的主要特征之一，驱动着细胞发生铁死亡。但ccRCC 细胞中含有丰富的脂滴，却并未引起铁死亡。脂滴中的脂类成分比例不一，多不饱和脂肪酸（PUFAs）尤其是花生四烯酸与二十二碳六烯酸在铁死亡过程中具有重要作用。在ccRCC 组织中，缺氧诱导因子2α（HIF-2α）可通过脂滴相关蛋白（HILPDA）介导来选择性富集PUFAs。ccRCC 不仅比正常肾细胞对铁死亡更敏感，而且分期越高的ccRCC 细胞PUFAs 含量越高［6］。可见，HIF-2α-HILPDA 轴有望作为治疗晚期肾癌的新途径。但在有些ccRCC 细胞（786-O 系中的FR1 与FR2 细胞）中，即使PUFAs 含量升高，也并未表现出其对铁死亡的敏感性增加。

ZOU 等［14］研究发现，多不饱和醚磷脂（PUFAePLs）可促进铁死亡逃避及敏感性增加，PUFA-ePLs的合成与过氧化物酶体上的过氧化物酶体酶烷基甘油磷酸合酶（AGPS）、脂肪酰基辅酶A 还原酶1（FAR1）、甘油磷酸O-酰基转移酶（GNPAT）、内质网上的1-酰基甘油-3-磷酸O-酰基转移酶3（AGPAT3）和血浆乙醇胺去饱和酶1（PEDS1）均有关。FR1 与FR2 细胞可通过AGPS 的自发下调而降低PUFAePLs 水平，进而降低癌细胞对铁死亡的敏感性，促进癌细胞的增殖和转移。因此，通过调节AGPS 表达来调节癌细胞铁死亡的敏感性，可作为对铁死亡不敏感癌细胞的一种治疗策略。

转录因子核因子类红细胞2 相关因子2（Nrf2）是与铁死亡密切相关的溶质载体家族7 成员11（SLC7A11），也是谷胱甘肽过氧化物酶4（GPX4）的上游分子，是细胞抗氧化反应的关键调节因子，可使细胞免受脂质过氧化产物4-羟基-2-壬烯醛和丙二醛的破坏，进而抑制铁死亡的发生。研究表明，Nrf2及其通路表达与肾癌分级、分期以及对靶向药物的耐药情况和不良预后有关［15-16］。因此，Nrf2 可作为未来治疗晚期肾癌的潜在靶点。但是，目前对Nrf2抑制剂的研究尤其是其在肾癌方面少之又少。目前发现的Nrf2 抑制剂包括在肺癌研究中的丙酸氯倍他索和在头颈癌研究中的葫芦巴碱，这两种化合物均可增强肿瘤细胞对铁死亡的敏感性［17-18］。而在肾癌中应用丙酸氯倍他索或葫芦巴碱是否有相似的效果，仍需进一步研究。

1.3 System Xc--GSH-GPX4 轴 System Xc-可将细胞外胱氨酸转运到细胞内，将细胞内的谷氨酸转运至细胞外，由此进一步合成谷胱甘肽（GSH），GPX4利用GSH 中和活性氧引起的脂质过氧化，进而抑制细胞铁死亡。XU 等［19］研究发现，与正常肾组织相比，SLC7A11 在肾癌组织中高表达，并通过促进GPX4 表达来抑制铁死亡，促进肾癌细胞增殖、迁移和侵袭，表明SLC7A11 是预防肾癌进展成转移性肾癌的治疗靶点之一。GSH 作为细胞内重要的抗氧化剂，可中和脂质过氧化产物。γ 谷氨酰转移酶1（GGT1）可催化细胞外GSH 裂解，为细胞内GSH 的产生提供半胱氨酸，是GSH 补救途径的一个组成部分。BANSAL 等［20］研究发现，ccRCC 细胞系（786-O和RCC10）中GGT1 水平显著升高，且GGT1 可通过促进GSH 合成，防止肿瘤细胞脂质过氧化导致的铁死亡，从而促进肿瘤细胞的增殖和转移。研究显示，GGT1 抑制剂OU749 的不良反应小、疗效好，可作为治疗ccRCC的有潜力的新手段［21］。Kruppel样因子2（KLF2）是Kruppel 样因子家族转录因子成员之一，其特征是含有锌指的DNA 结合域。最近研究发现，KLF2 参与了各种肿瘤如肝癌、肾癌等的发生发展［22-23］。KLF2 表达下调与ccRCC 的TNM 分期有显著相关关系，并且KLF2 低表达的ccRCC 患者总生存期与无转移生存期明显缩短；该研究制备了ccRCC 肺转移小鼠模型，发现与KLF2 低表达组相比，KLF2过表达组肺转移结节更小、数量明显更少；进一步研究发现，KLF2 可通过与ccRCC 中的GPX4启动子结合，从而下调GPX4 表达，使得ccRCC 细胞免受铁死亡，进而促进肿瘤细胞转移［23］。因此，System Xc-GSH-GPX4 轴在肾癌的发生发展过程中具有重要作用，是未来利用铁死亡治疗晚期肾癌甚至是耐药性肾癌的新策略。

2 铁死亡在肾癌治疗中的作用

铁死亡是一种新兴的癌症抑制策略，如何快速筛选出对铁死亡诱导剂敏感的肾癌患者仍然是一个具有挑战性的问题。18F-TRX-PET 可用于预测肿瘤对铁靶向治疗的敏感性，但其在临床诊疗中的费用较高，限制了其在临床中的应用［24］。原位检测技术可检测肿瘤组织对铁死亡的敏感性，该技术使用高功率激光诱导细胞或组织样本局部PUFAs 酰基发生脂质过氧化，并原位显示细胞或组织对铁死亡诱导剂的敏感性［25］。因此，原位检测是一种成本较低、操作便捷的成像技术，有望对癌症患者进行铁死亡敏感性的快速分级，加快铁死亡靶向抗癌治疗的发展。

2.1 铁死亡与ccRCC 的免疫治疗 随着铁死亡的机制不断被揭示，越来越多的研究提示铁死亡与肿瘤微环境密切相关。NCOA4 是一种参与铁蛋白FTH1 和FTL 自噬过程的自噬体成分，可降解铁蛋白、释放亚铁、促进细胞铁死亡，但NCOA4 在ccRCC组织中普遍低表达。HU 等［26］通过TCGA 数据库发现，铁代谢相关蛋白FTH1和FTL在大多数实体肿瘤组织中表达升高，并与调节T 细胞（Treg）和肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）尤其是M2 巨噬细胞的浸润有关。研究发现，TAMs 中M2 巨噬细胞衍生的铁可通过FPN 输出，并分泌一种铁转运蛋白lipocalin-2（LCN-2）作为铁的载体，将铁转运至ccRCC 细胞，从而促进ccRCC 细胞增殖，这与患者的不良预后呈正相关关系［9-11］。Treg 细胞是创造免疫抑制性肿瘤微环境的主要因素，肿瘤内Treg 细胞浸润与ccRCC 较高的病理分期和患者不良预后有关［27］。因此，NCOA4 是铁死亡与免疫治疗相互联系的关键分子。研究显示，铁死亡相关基因CARS 是潜在的免疫浸润相关铁死亡调节剂，其高表达提示患者预后不佳，并与ccRCC 中的PD-L1 表达呈正相关关系，这表明CARS 是ccRCC 免疫治疗的潜在靶点［28］。上述研究说明铁死亡中铁代谢及其相关基因可能成为ccRCC免疫治疗的切入点。

2.2 铁死亡与ccRCC 的靶向治疗 靶向治疗是ccRCC的一线治疗方案，具有良好的临床效果，但是随着靶向药物的不断应用，部分患者表现出耐药性。铁死亡作为新发现的可调控的细胞死亡方式，在肾癌的发生发展中具有重要作用。以往研究多提示铁死亡与铁代谢紊乱密切相关，但新近研究显示锌在铁死亡过程中具有与铁类似的作用［29］。锌在细胞器与细胞质之间的转运是通过SLC39 家族（ZIP）或SLC30（ZNT）家族中的转运蛋白进行的，其中ZIP7 与锌共同参与了细胞铁死亡；降低ZIP7 表达后RCC4 细胞能够免受erastin 诱导的铁死亡，但补充ZnCl2可消除这种保护作用，可见ZIP7 也可作为ccRCC的潜在治疗靶点［29］。

ccRCC 肿块内有多种亚细胞系，对铁死亡的敏感性不一，如何提高各种细胞系对铁死亡的敏感性，进而提高铁死亡诱导剂的疗效仍然是有待解决的问题。研究显示，铁死亡易感性受细胞密度和融合度的影响很大，其中细胞密度通过Hippo 通路影响细胞对铁死亡的敏感性，进一步研究发现Hippo 通路存在两条相互补偿的下游分子路径，即Yes 相关蛋白（YAP）-S 期激酶相关蛋白2（SKP2）和含有WW 结构域的转录调节因子1（TAZ）-上皮膜蛋白1（EMP1）-烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶4（NOX4），在肾癌细胞中以TAZ 路径为主［30］。NOX4可产生并累积超氧化物和过氧化氢，从而促进脂质过氧化和铁死亡的发生，而上调SKP2能够促进苏氨酸酪氨酸激酶和转铁蛋白受体mRNA 表达，从而有助于铁死亡［31］。可见Hippo 通路主要通过SKP2 与NOX4 参与调节铁死亡，这为ccRCC 的治疗提供了新见解。

2.3 铁死亡与ccRCC 的纳米治疗 随着材料科学的发展，越来越多的研究发现纳米颗粒能够诱导包括肺癌、乳腺癌、肝癌等多种肿瘤细胞发生铁死亡［32］。纳米颗粒具有提高小分子铁死亡诱导剂的溶解度、靶向性增强、全身毒性较低、药物释放可控性以及联合新兴疗法的协同作用优势，可见纳米颗粒在肿瘤治疗上具有广阔的发展前景［33］。最近一项研究发现，在786-O 细胞中使用多肽修饰的含氧化铁（Fe3O4）的1H-全氟戊烷（1H-PFP）纳米制剂（GBP@Fe3O4）可触发热介导的铁死亡，在808 nm 的激光照射下，局部的中等热量（45 ℃）触发了1H-PFP 的液态—气态转变，导致Fe3O4纳米颗粒的快速释放，在肿瘤微环境中通过芬顿反应产生大量的活性氧；同时，热应激降低了GSH 的合成，抑制了肿瘤细胞的抗氧化反应，进一步加重了活性氧引起的损伤；与此同时，肿瘤细胞发生脂质代谢重编程，产生大量的脂质过氧化物，最终导致肿瘤特异性铁死亡［34］。由此可见，纳米技术在未来将是治疗ccRCC 的一种很有潜力的手段，但目前仍处于基础研究阶段，其在临床治疗中的研究较少，安全性需要进一步验证。

综上所述，参与铁死亡发生的主要机制——铁代谢、脂质过氧化以及System Xc-GSH-GPX4 轴等均与肾癌进展密切相关，并且在晚期肾癌的免疫治疗、靶向治疗以及未来极具潜力的纳米治疗中发挥重要作用，但铁死亡如何调节肾癌肿瘤微环境中的免疫细胞浸润以及如何促进M2 巨噬细胞向M1 巨噬细胞转化仍不清楚。目前铁死亡诱导剂因其在体内的溶解度低、靶向性弱、全身毒性较高等缺点，仍然停留在细胞研究与动物研究阶段；随着纳米技术的发展，将铁死亡诱导剂与纳米颗粒结合可能能够克服诱导剂的缺点，但其在临床中的研究较少，仍需深入研究。