中医药诱导肿瘤细胞铁死亡的研究进展

邓晰文，张康，赵静静，霍栋杰

(1.右江民族医学院研究生学院，广西百色 533000；2.右江民族医学院附属梧州医院暨梧州市人民医院肿瘤科，广西梧州 543000)

随着医学技术的创新和发展，当前临床上针对肿瘤多采取手术、化疗、放疗、靶向治疗、生物免疫治疗和中医药治疗等多种方式联合的综合治疗模式。铁死亡是一种新型的铁依赖性脂质过氧化物蓄积诱导的调节性细胞死亡形式，其在形态学、遗传学和分子生物学等方面都不同于其他细胞程序性死亡方式，如凋亡、自噬和坏死等。铁死亡与肿瘤的关系极为密切。中医药在肿瘤的防治过程中具有多靶点、多通路的独特优势，在诱导铁死亡中有一定的疗效及价值，本文总结了铁死亡的定义、参与铁死亡调控的重要因子以及铁死亡与肿瘤的关系，为中医药用于肿瘤铁死亡靶点治疗提供了理论依据与研究思路。

1 铁死亡的定义

细胞死亡是生命现象不可逆转地停止和生命的结束，迄今人们已经发现许多程序性细胞死亡方式，如凋亡、坏死、自噬及焦亡等，而细胞死亡是正常发育、维持体内平衡、预防癌症及其他过度增殖性疾病的关键。DIXON等[1]在2012年发现非凋亡方式的细胞死亡可能有助于某些肿瘤细胞被选择性消除或在特定的病理状态下被激活，erastin作为致癌RAS选择性致死小分子，触发了一种铁依赖性脂质过氧化产物和活性氧累积所致的细胞调节性死亡方式，即铁死亡。铁死亡依赖细胞内的铁，但不依赖其他金属，且在细胞形态、生化及遗传方面与细胞凋亡、坏死和自噬等死亡形式不同。

2 GPX4在调控铁死亡中的作用

目前公认且报道最多的调控铁死亡敏感相关基因包括：GPX4、RSL3、P53、FSP1、SLC7A11、GLS2等，其中，GPX4(glutathione peroxidase 4)作为一种抗氧化酶，同时是人类基因组17中含有硒代半胱氨酸的25种蛋白质之一，GPX4蛋白也是人体重要脂质修复酶之一，对脂质信使分子的产生发挥重要作用，通过把脂质过氧化物(lipid peroxides)转变成无毒脂质来抵抗铁和氧依赖性脂质过氧化[2]。正常情况下，脂肪酸氢过氧化物可以通过GPX4介导转化成脂肪酸醇。当GPX4失活时，累积的脂肪酸氢过氧化物将在铁介导的芬顿反应中催化为脂质过氧自由基，直接驱动因System XC-抑制而介导的铁死亡[3]。研究发现：在铁死亡过程中，GPX4是诱发铁死亡的核心调节剂，铁依赖性脂质过氧化反应起着关键的作用[4]，研究证明敲除GPX4基因会导致细胞发生铁死亡。铁死亡过程伴有活性氧(reactive oxygen species，ROS)累积和脂质过氧化水平升高，在抗氧化作用下GPX4可减少细胞内ROS的蓄积，使细胞对铁死亡敏感性降低，GPX4的活性影响铁死亡的发生，GPX4在调控铁死亡中起很重要的作用[5-6]。

3 铁死亡与肿瘤治疗的关系

铁死亡与肿瘤的发生、发展相关，触发铁死亡途径能抑制癌细胞的增殖。铁死亡对于杀死和抑制癌细胞生长起着至关重要的作用。WU等[7]发现索拉非尼抑制System XC-，从而引发铁死亡，阻止肿瘤内新生血管的生成，抑制肝癌细胞的增殖，降低肝癌的术后复发率，提高晚期肝癌患者的生存率。维生素C作用于结直肠癌细胞，可以通过促进ROS的产生和干扰细胞的铁代谢来诱导癌细胞铁死亡，与西妥昔单抗联用发挥协同抗肿瘤作用[8]。YANG等[9]在研究肾癌细胞时发现GSH-GPX4在肿瘤细胞铁死亡中起到主要的调节作用，并发现erastin以消耗谷胱甘肽(glutathione,GSH)的方式灭活GSH-GPX4，促使肾癌细胞铁死亡，而RSL3则是直接抑制GSH-GPX4致肾癌细胞铁死亡。以上研究表明铁死亡对抑制肿瘤发挥至关重要的作用，因此诱导铁死亡具有抗癌潜力。一些化疗药物，如顺铂、阿糖胞苷/ara-C、阿霉素、替莫唑胺等，与铁死亡诱导剂erastin联合应用时，其抗肿瘤活性具有显著的协同作用，预后明显优于单纯的传统化疗[10]。GUO等[11]发现，铁死亡诱导剂erastin通过抑制System XC-的功能，导致GSH耗竭和GPX4失活，引发铁死亡，联合顺铂可产生显著的协同抗肿瘤效应，抑制肺癌细胞的增殖。同时铁死亡还具有逆转化疗耐药、协同免疫疗法等优势，例如小分子化合物诱发的铁死亡对肿瘤生长具有强烈的抑制作用，提高化疗药物的敏感性。维生素C在结直肠癌的治疗中，可延缓癌细胞对西妥昔单抗获得性耐药的出现[8]。在免疫治疗中被激活的CD8+T细胞通过释放IFNγ、下调SLC7A11和SLC3A2的表达，抑制System XC-的活性，诱发肿瘤细胞铁死亡，而铁死亡又能协同增强T细胞介导的抗肿瘤作用[12]。细胞铁死亡后可释放炎性因子，募集免疫细胞，其免疫原性进一步增强免疫系统的活跃度。靶向肿瘤铁死亡相关的代谢可能会提高癌症免疫治疗的疗效。

4 中医药具有诱导肿瘤细胞铁死亡的作用

癌症已被世界卫生组织列为全球第2大死亡原因，癌症的发病例数和死亡例数呈逐年上升趋势[13]。近年来的深入研究显示多种来源的中医药具有广泛的抗肿瘤活性，因增效减毒、耐药性好、延长生存时间、提高生活质量等优势成为其抗肿瘤的独特之处。对于中医药及其活性成分诱导肿瘤细胞铁死亡的研究正如火如荼开展中，也取得了空前的进展。中医药及其活性成分主要通过GSH/GPX4、调节铁相关蛋白、脂质代谢调控机制、调节特定的信号通路等途径起到有效抑制肿瘤细胞的增殖，诱发铁死亡的作用。在中医药里很多药物通过诱导铁死亡而达到抑制或杀死肿瘤细胞的目的，以下对不同的中医药诱导肿瘤细胞铁死亡的作用进行阐述。

4.1 中医药诱导消化系统肿瘤铁死亡的作用张学松等[14]研究证明荜茇酰胺作用于胃癌细胞HGC-27,使活性氧(ROS)、丙二醛(MDA)的表达水平显著上调,GPX4、System XC-的表达下调,与进一步促进铁死亡有关，这是荜茇酰胺抗肿瘤的作用机理之一。GAO等[15]研究发现中华猕猴桃(actinidiachinensisplanch,ACP)作用于胃癌细胞HGC-27主要是通过抑制GPX4和SLC7A11、增加ROS的蓄积，诱发铁死亡。ZHANG等[16]研究发现冬凌草甲素(Oridonin，Ori)作用于食管癌TE1细胞，通过抑制γ-谷氨酰转肽酶1(gamma-glutamyl transpeptidase 1，GGT1)的活性，或与半胱氨酸共价结合形成Ori-Cys复合物，阻碍GGT1与半胱氨酸结合形成GSH，抑制γ-谷氨酰循环，显著降低GPX4酶活性，引发铁死亡。β-榄香烯(β-elemene)是从中药姜黄中提取的活性化合物，另有研究证实β-榄香烯与西妥昔单抗联用可诱导KRAS突变的结直肠细胞铁死亡，并通过调节上皮间质转化 (epithelial-mesenchymal transition，EMT)抑制肿瘤转移，其作用机制主要有诱导ROS积累、GSH消耗、脂质过氧化、上调血红素加氧酶 1(hemeoxygenase1，HO-1)和转铁蛋白(transferrin,TF)，下调如GPX4、SLC7A11、谷氨酰胺酶(glutaminase)和 SLC40A1等铁死亡的负调控因子[17]。费伟东等[18]的实验发现，双氢青蒿素在肝癌细胞HepG2内通过发生芬顿样反应使癌细胞内的ROS增加, 并降低GSH和GPX4的表达而促使癌细胞铁死亡，外源性铁可加速双氢青蒿素的芬顿样反应，进而加快癌细胞裂解。LI等[19]研究发现半枝莲(scutellariabarbata,S.barbata)作用于肝细胞癌显著降低了脂质ROS代谢相关基因GPX4和SLC7A11中抗铁死亡的mRNA和蛋白质表达水平，且显著增加了铁过氧化相关基因IREB2和CoA代谢相关基因ACSL4的mRNA表达水平，S.barbata通过促进铁过氧化和脂质ROS代谢诱导肝细胞癌细胞的铁死亡。

4.2 中医药诱导呼吸系统肿瘤铁死亡的作用隐丹参酮(cryptotanshinone，CTS)是中药丹参的有效成分，可改变铁死亡相关基因的表达，如引起肺癌细胞A549的HSPB1和GPX4的mRNA表达上调，使顺铂耐药A549/DDP细胞TFR1和IREB2的mRNA表达增高等，抑制肺癌细胞A549的增殖[20]。槐耳发酵后热水提取物槐耳清膏能够抑制人非小细胞肺癌NCI-H1299细胞增殖和迁移能力，增加NCI-H1299细胞内ROS的含量从而诱导细胞铁死亡[21]。WU等[22]研究发现从丹参中提取的化合物二氢异丹参酮I(dihydroisotanshinone,DT)通过抑制GPX4的表达，降低GSH含量和GPX活性，引起MDA、ROS水平增高，触发肺癌A549细胞和H460细胞铁死亡。CHEN等[23]首次证明毛蕊花素通过下调GSH、GPX4、离子转运调节类似蛋白(CHAC2)、SLC7A11和谷氨酰胺酶水平，上调ROS、MDA、HO-1和转铁蛋白水平，激活钙调蛋白，引起Ca2+和Fe2+浓度升高，在肺癌细胞中诱导铁死亡和抑制迁移来发挥其抗癌活性。生姜中6-姜酚作用于肺癌A549细胞，通过下调GPX4、泛素特异性蛋白酶14(USP14)、FTH1和ATF4的表达，上调ROS和铁离子浓度，增强自噬依赖性铁死亡，6-姜酚可能是一种有效治疗肺癌的天然药物[24]。

4.3 中医药诱导生殖系统肿瘤铁死亡的作用GREENSHIELDS等[25]研究发现青蒿琥酯(ART)处理过的卵巢癌细胞中ROS水平增高，导致卵巢癌细胞铁死亡，ROS依赖性细胞周期停滞发生在G2/M期，而ROS非依赖性细胞周期停滞发生在G1期，取决于卵巢癌细胞暴露于其中的ART浓度，卵巢癌细胞暴露于更高浓度的ART会导致ROS依赖性DNA损伤和细胞死亡。熊果酸作用于卵巢癌细胞OVCAR3，通过上调COX-2、FTH1表达，且增强JNK/p53信号表达降低GSH水平、超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)活性，增加MDA浓度，下调SLC7A11、GPX4表达，诱导OVCAR-3细胞铁死亡[26]。齐墩果酸通过促进铁和ROS、MDA的积累，上调ACSL4的表达，降低GSH的含量及GPX4的表达，促进宫颈癌Hela细胞铁死亡[27]。

4.4 其他WANG等[28]研究发现土槿皮乙酸(pseudolaric acid B，PAB)可通过上调转铁蛋白受体来改善细胞内铁，增加铁离子的浓度，进而启动NOX4介导的脂质过氧化；也可通过上调P53介导的System XC-途径消耗细胞内GSH，加剧了脂质过氧化物的积累，引发胶质瘤细胞的铁死亡。HUANG等[29]研究证实葫芦素B可引起人鼻咽癌细胞内铁离子积累和GSH消耗，导致脂质过氧化和GPX4表达下调，引发铁死亡。甘草次酸通过上调NADPH和iNOS，降低GSH水平和GPX活性，促进ROS和RNS的产生，加剧脂质过氧化，致三阴性乳腺癌细胞铁死亡[30]。新近一项研究[31]结果表明，枸杞多糖(lyciumbarbarumpolysaccharide,LBP)在乳腺癌细胞(MCF-7和MDA-MB-231)中通过诱导脂质过氧化、释放过多的游离铁、下调System XC-和GPX4，有效抑制乳腺癌细胞的增殖并促进铁死亡。藤黄酸通过降低GSH、SOD、MDA 水平，上调PTGS2的表达，下调 SLC7A11、GPX4、FTH1的表达，诱导黑色素瘤细胞发生上皮-间质转化的铁死亡[32]。

葛根素是从中草药葛根中提取出来的异黄酮类化合物，具有抗肿瘤作用，能明显抑制结肠癌、肺癌、乳腺癌、宫颈癌等恶性肿瘤的生长并促使其凋亡[33]。相关研究表明葛根素主要通过阻滞细胞周期、诱导细胞凋亡、干预线粒体调控、损伤细胞线粒体及影响与肿瘤凋亡相关的信号通路等途径发挥抑制癌细胞增殖和分化能力的抗肿瘤作用。葛根素是一种高效低毒的抗癌药物，对多种肿瘤细胞具有抑制作用。以往对于葛根素抗肿瘤机制的研究多集中在细胞凋亡上，对铁死亡诱导作用的研究相对较少。

5 小结

作为一种独特的细胞死亡方式，铁死亡仍然是科学研究的热点，靶向肿瘤细胞死亡是恶性肿瘤的常用治疗方式。然而，目前诱导铁死亡的化合物仅在某些肿瘤中有效，不同的恶性肿瘤对铁死亡的敏感性似乎不同。深入探究不同来源的肿瘤对铁死亡的敏感性，将对靶向肿瘤铁死亡的临床应用具有指导意义。已发现的铁死亡关键调节因子GPX4为肿瘤的治疗和抗癌药物的研发提供了一个重要的治疗靶点。临床常见的抗肿瘤药物存在选择性差、有效率较低、毒副作用大和易耐药等缺点，严重限制了药物的疗效。中医药具有多途径、多靶点的抗癌特性，深入挖掘中药及其特定成分对肿瘤铁死亡的作用，发挥中医药的抗肿瘤作用，可能会为基于铁死亡的癌症治疗带来新策略。