铁死亡的发生机制及其在乳腺癌治疗中作用的研究进展

郦佳弟 颜水鑫 吴伟主

[摘要] 铁死亡是近年来发现的一种新的细胞死亡类型，是一种过度脂质过氧化导致的铁依赖性调节性细胞死亡形式。乳腺癌是女性常见恶性肿瘤。多项研究表明，激活铁死亡可抑制乳腺癌的进展和远处转移，增加化疗和放疗的敏感性。铁死亡可作为抑制乳腺癌细胞增殖的新的作用靶点，在乳腺癌的临床治疗中潜力巨大。本文对铁死亡的发生机制及其在乳腺癌治疗中的研究进展进行综述，以探求新的乳腺癌治疗策略。

[关键词] 乳腺癌；铁死亡；活性氧；谷胱甘肽

[中图分类号] R737.9    [文献标识码] A     [DOI] 10.3969/j.issn.1673-9701.2024.05.028

2020年全球癌症统计数据显示，乳腺癌（breast cancer，BC）的新发病例数位居癌症首位，给女性健康带来巨大风险[1]。当前，BC的治疗方法主要包括外科手术、化疗、放疗和靶向治疗等。尽管BC的治疗已取得较大突破，但其治疗效果仍不令人满意。铁死亡是一种以铁依赖为机制、以过度脂质过氧化为特征的调节性细胞死亡。研究发现，系统XC--谷胱甘肽（glutathione，GSH）-谷胱甘肽过氧化物酶4（glutathione peroxidase 4，GPX4）在抑制铁死亡中发挥重要作用[2]。系统XC-是一种胱氨酸/谷氨酸反向转运蛋白，其可输入胱氨酸并维持细胞内的抗氧化系统平衡。系统XC-由催化亚基SLC7A11和伴侣亚基SLC3A2组成。GSH的合成需要胱氨酸的参与，系统XC-的缺乏导致胱氨酸缺乏，从而增加脂质的过氧化作用。GPX4可抑制脂质过氧化，抑制GPX4可降低GSH中和脂质过氧化的能力[3]。铁死亡参与调节神经和心血管系统紊乱及肿瘤进展，其与肺癌、胰腺癌、BC等多种类型肿瘤相关。激活铁死亡是抑制BC进展的有效方法[4]。铁死亡也被认为是放疗、化疗、靶向治疗和免疫治疗等治疗方法所致细胞死亡的重要机制。铁死亡是一种独特的细胞死亡方式，其发生与否取决于执行系统和防御缓冲系统的对抗结果[5]。研究表明，高侵袭性的三阴性乳腺癌（triple-negative breast cancer，TNBC）细胞易发生铁死亡，易受铁死亡诱导剂的影响，其易感性受多种代谢因素的影响，包括多不饱和脂肪酸（polyunsaturated fatty acid，PUFA）、GPX4-GSH防御系统减弱。本文对铁死亡的发生机制及其在BC治疗中的研究进展进行综述，以探求新的BC治疗策略。

1  铁死亡的发生机制

1.1  细胞内的铁代谢及其氧化还原反应

铁是机体重要的微量元素之一，在机体活动中发挥重要作用。线粒体中铁水平的上升会导致活性氧（reactive oxygen，ROS）过量生成。Fang等[6]研究发现，高铁饮食会导致小鼠心脏损伤和肥厚型心肌病，具有铁死亡的典型分子特征。铁蛋白由铁蛋白重链（ferritin heavy chain，FTH）和铁蛋白轻链（ferritin light chain，FTL）组成，FTH1可将亚铁离子氧化为铁离子。研究发现，敲低或抑制FTH1可促进铁死亡[7]。过量的亚铁离子可通过芬顿反应产生大量的羟自由基，打破细胞内的氧化还原反应平衡。羟自由基具有高度的不稳定性和反应性，可造成细胞内脂质和蛋白质损伤，且氧化还原反应也会造成DNA损伤。另有研究表明，羟自由基可在嗜铁细胞中攻击PUFA，引发膜脂过氧化[8]。

1.2  线粒体参与超氧化物的形成

线粒体作为细胞内重要的细胞器之一，其在维持细胞正常功能、氧化还原稳态及细胞供能中发挥关键作用，是细胞內ROS产生的主要位点。Xie等[9]研究发现，罗波斯塔双黄酮A可促进电压依赖性阴离子通道2的表达和泛素化降解，破坏线粒体的功能等，从而引发BC细胞铁死亡。氮氧化合物可清除线粒体中的ROS，抑制线粒体脂质过氧化，从而抑制铁死亡。正常细胞缺乏半胱氨酸，线粒体代谢会增强，从而促进GSH消耗、ROS生成和铁死亡。谷氨酸在相关酶的作用下进入三羧酸循环，导致线粒体膜超极化和脂质过氧化积累，最终引发铁死亡[10]。

1.3  脂质过氧化物的沉积

PUFA是膜脂的主要成分，其可被ROS攻击而触发膜脂的过氧化，导致脂质过氧化物大量沉积，从而触发铁死亡[8]。研究表明，食物中PUFA含量增加，肿瘤细胞中GPX4、SLC7A11、铁死亡抑制蛋白1（ferroptosis suppressor protein 1，FSP1）等铁死亡相关基因的表达水平发生改变，可促进肿瘤细胞中脂质的过氧化，从而导致铁死亡[11]。长链酯酰辅酶A合成酶4（acyl-CoA synthetase long chain family member 4，ACSL4）和溶血磷脂酰基转移酶3（lysophosphatidylcholine acyltransferase 3，LPCAT3）是脂质过氧化物形成的关键酶。ACSL4在TNBC中的表达与铁死亡的敏感性相关。Doll等[12]研究发现，双敲除GPX4-ACSL4的细胞表现出明显的铁死亡抵抗力，可阻止铁死亡。5-脂氧合酶与BC肿瘤分期呈正相关，可促进BC的进展，是BC潜在的血清蛋白标志物之一。Kumar等[13]研究发现，BC患者血清中的5-脂氧合酶水平是对照组的2倍。Zou等[14]研究表明，细胞色素P450氧化还原酶有助于铁死亡中的磷脂过氧化。

1.4  系统XC--GPX4-GSH

GPX4-GSH途径包括通过系统XC-途径输入胱氨酸、通过转硫途径产生半胱氨酸、通过甲羟戊酸（mevalonic acid，MVA）途徑产生硒代半胱氨酸等。Xiong等[15]研究发现，在雌激素受体阳性BC中，选择性地攻击GSH的生物合成可阻断氧化应激紊乱所致肿瘤细胞的增殖，从而克服传统治疗方法的局限性。Mehdi等[16]研究发现，BC患者血清中GSH的水平显著高于健康人群，肿瘤组织中的GSH含量显著高于非癌组织。Lee等[17]研究发现，当禁止系统XC-后，胱氨酸会被阻止进入细胞，并阻断GSH的合成，从而导致GPX4失活，造成ROS积累。Yang等[18]研究发现，管腔雄激素受体亚型TNBC中GPX4上调最为显著，提示可利用GPX4抑制剂诱导铁死亡。

1.5  FSP1-辅酶Q10-NADP（H）

FSP1是一种不依赖于GSH的铁死亡抑制剂，NADP（H）催化辅酶Q10再生，而辅酶Q10还原形式泛醇可捕获脂质过氧自由基并介导脂质过氧化过程，从而抑制铁死亡。在线粒体电子传递链中，辅酶Q10通过MVA途径生成，对线粒体功能起抑制作用。Shimada等[19]研究发现，3-羟基-3-甲基戊二酰-辅酶A还原酶可将3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A催化为MVA，促进GPX4和辅酶Q10的合成。Yao等[4]研究发现，他汀类药物可抑制3-羟基-3-甲基戊二酰-辅酶A还原酶的表达，下调MVA和GPX4，诱导肿瘤细胞铁死亡，最终降低FSP1介导的铁死亡耐药性。

1.6  Nrf2参与氧化还原稳态

核转录因子红系2相关因子2（nuclear factor- erythroid 2-related factor 2，Nrf2）是抗氧化过程的关键转录因子之一，其通过促进血红素氧合酶-1及ROS代谢相关基因的表达，拮抗铁死亡。Dodson等[20]研究发现，Nrf2在铁死亡细胞中的表达水平升高，敲低Nrf2导致细胞GSH耗竭、铁离子水平升高等，促进铁死亡，增加细胞抗肿瘤特性。Sun等[21]研究发现，p62-Keap1-Nrf2信号通路的激活可防止肿瘤细胞铁死亡。

1.7  p53介导GSH代谢

p53是BC中最常见且最易发生突变的基因之一。Shahbandi等[22]研究发现，突变型p53较野生型p53 BC患者的病死率更高且预后更差，提示诱导突变型p53向野生型p53转化是一种新的BC治疗思路。Synnott等[23]研究发现，2-羟甲基-2-甲氧基甲基-1-氮杂双环[2.2.2]辛-3-酮可增加细胞内GSH的消耗，增加ROS生成，导致铁死亡。Li等[24]研究发现，铁死亡诱导剂MMRI62可通过降解FTH1和突变体p53诱导铁死亡。突变体p53对SLC7A11的表达具有抑制作用，导致细胞无法摄取胱氨酸，引起GSH减少，更易发生铁死亡[25]。

2  铁死亡在BC治疗中的应用

2.1  化疗联合铁死亡诱导剂

铁死亡诱导剂可提高肿瘤的治疗效果，ACSL4和GPX4分别是铁死亡的正调节因子和负调节因子。Sha等[26]在199例BC患者的研究中发现，患者的ACSL4水平升高，GPX4水平降低，病理完全缓解率逐渐升高。ACSL4水平可作为BC患者病理完全缓解和无进展生存期的预测因素。Chen等[27]研究发现，致敏TNBC细胞对顺铂诱导的铁死亡极其敏感。BC患者在化疗期间，铁、维生素B12和辅酶Q10等抗氧化剂可增加患者的复发率和病死率[28]。

2.2  放疗联合铁死亡诱导剂

放疗是一种常见的肿瘤治疗方法，其利用电离辐射杀死肿瘤细胞。将GPX4或SLC7A11定向作用的铁死亡诱导剂与放疗结合可增强铁死亡的敏感性，使BC细胞系对辐射更敏感。Zhang等[29]研究发现，铁饱和乳铁蛋白可显著降低BC MDA-MB-231细胞中GPX4的表达水平。Khorsandi等[30]研究发现，低强度激光照射联合没食子酸可促进ROS的生成，促进铁死亡，从而促进肿瘤细胞的死亡。雌激素受体1-神经前体细胞表达发育下调样基因4-CD71轴可增强BC中放疗诱导铁死亡的疗效[31]。但也有研究认为，铁死亡可能与放疗杀伤正常组织有关[32]。

2.3  靶向治疗联合铁死亡诱导剂

拉帕替尼是一种表皮生长因子受体酪氨酸激酶抑制剂，其可抑制人表皮生长因子受体2等，从而抑制BC细胞的生长和扩散。西拉美辛可通过抑制酸性鞘磷脂酶，破坏肿瘤细胞溶酶体的稳定性，促进ROS生成和肿瘤细胞死亡[33]。拉帕替尼和西拉美辛联合应用可降低铁蛋白的表达，促进转铁蛋白的表达，从而诱导TNBC铁死亡。

2.4  免疫治疗联合铁死亡诱导剂

免疫治疗通过激活人体免疫系统杀死肿瘤细胞，提高患者的生存率。研究发现，二氯乙酸脂联合天然皂苷albiziabioside A可抑制GPX4，诱导细胞内ROS的生成，导致铁死亡，抑制肿瘤进展[34]。二氯乙酸脂还可改善糖酵解免疫抑制，提高肿瘤免疫治疗的效果。光动力疗法结合氧合策略广泛应用于肿瘤的临床治疗。Xu等[35]研究显示，氧增强光动力疗法可使更多的淋巴细胞浸润到肿瘤组织中，从而增加γ干扰素的分泌，促进肿瘤细胞的铁死亡。

3  小结与展望

铁死亡作为一种新兴的细胞死亡形式，与BC之间的相关性已得到证实。其在BC的发生发展及治疗方面都发挥至关重要的作用。铁死亡涉及铁代谢、氧化还原反应、脂质过氧化、质膜及线粒体。随着作用机制研究的不断进展，铁死亡可提高其疗效。但铁死亡也是一把双刃剑，其诱导剂和抑制剂对正常组织和器官的毒性作用需要更多的研究予以探索。

利益冲突：所有作者均声明不存在利益冲突。

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（收稿日期：2023–07–17）

（修回日期：2023–11–16）