铁死亡在甲状腺癌发生发展及治疗中的研究进展

田宏友，任艳，程璐，马家骧，郭琎祎，宋爱琳

1 兰州大学第二医院普通外科，兰州 730030；2 兰州大学第二临床医学院

甲状腺癌（TC）是头颈部最常见的恶性肿瘤，据GLOBOCAN 2020 数据显示［1］，全球TC 的新发病例数约58.6 万。我国TC 发病率较高［2］，并且以每年20%的速度增加［3］。TC依据肿瘤的起源和分化程度不同可分为以下4 类：分化型甲状腺癌（DTC）、甲状腺低分化癌（PDTC）、甲状腺未分化癌（ATC）和甲状腺髓样癌（MTC）［3］。尽管多数DTC 经过标准治疗［手术后辅以131I 治疗和（或）TSH 抑制治疗］后预后良好，但仍有10%的患者会发生远处转移，2/3 的此类患者可发展为预后不良的碘难治性DTC，10 年生存率不到10%［4］。ATC 是预后最差的TC，中位生存期约5 个月，1 年总生存率为20%［5］。PDTC 在形态学、生物学和预后介于DTC 与ATC 间［3］。MTC 的侵袭性较DTC 强，对于术后血清降钙素倍增时间位于6～24个月与小于6个月的患者相比，10年生存率从37%降至8%［6］。基于目前TC 的临床治疗数据显示部分患者的生存率降低，故有必要进一步探索TC的新型分子机制和治疗方法。铁死亡是一种新型铁依赖性的程序性细胞死亡，核心特征是细胞内积聚过量的脂质活性氧（ROS）和独特的线粒体形态结构变化，包括体积减小、嵴减少或消失、膜密度增加。铁死亡诱导因子通过多种途径来耗竭细胞内的谷胱甘肽（GSH）、降低谷胱甘肽过氧化物酶4（GPX4）的活性和增加细胞内游离铁的含量，诱导细胞产生大量的脂质ROS，导致细胞发生铁死亡。该过程的调控途径大致分为以下3 类：GSH/GPX4 通路，主要包括抑制胱氨酸/谷氨酸反向转运体（System Xc-）和GPX4；脂质代谢途径，长链酯酰辅酶A 合成酶4 的正向调节；铁代谢途径，正向调控铁效应元件结合蛋白2 表达等。铁死亡相关的实验试剂（如Erastin）、获批药物（如索拉非尼）、电离辐射和细胞因子（如IFNγ）均可高效诱导细胞发生铁死亡并抑制多种肿瘤生长，已成为目前治疗侵袭性恶性肿瘤的研究热点［7］。近年来，铁死亡在TC 中的研究取得一系列进展，现将其在TC发生发展及治疗中的研究进展综述如下。

1 铁死亡调节因子在甲状腺癌发生发展中的作用

1.1 溶质载体家族7成员11（SLC7A11） SLC7A11是System Xc-的活性功能单位，对细胞外胱氨酸的摄取起决定性作用，摄入细胞内的胱氨酸经NADPH的作用还原为半胱氨酸，后者依次在γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶和谷胱甘肽合成酶的作用下合成GSH。GSH 是细胞内最丰富的抗氧化剂，GPX4 利用GSH将累积的膜脂质氢过氧化物还原为脂醇，从而抑制细胞的铁死亡［8］。目前关于影响SLC7A11下调并促进TC 铁死亡的证据已明确，包括E26特异性转化变异体4（ETV4）敲低和脂肪量和肥胖相关蛋白（FTO）的过表达，两者均为SLC7A11 的上游调节因子。最近一项关于ETV4 调控SLC7A11 的研究显示，ETV4在甲状腺乳头状癌（PTC）细胞和组织中高表达，在体外实验中发现ETV4 与SLC7A11 水平呈正相关，通过敲低ETV4 可直接促进SLC7A11 途径上的铁死亡，从而抑制细胞的增殖活力，后续的PTC异种移植小鼠体内实验进一步验证了该途径的真实性［9］。此外，FTO 作为调节SLC7A11 的又一重要靶点，与ETV4的不同点：首先，FTO 在PTC 组织中表达下调；其次，FTO不可直接调控SLC7A11的转录，只能调节经N6-甲基腺苷（m6A）去甲基化修饰的SLC7A11；最后，FTO 与SLC7A11 的水平呈负相关，即高表达的FTO 通过抑制SLC7A11 的m6A 修饰并下调该分子表达，从而促进PTC发生铁死亡，抑制肿瘤的生长和进展［10］。

1.2 GPX4 GPX4是一种硒酶，亦是铁死亡上游的关键还原调节剂，具有将GSH 转化为氧化型谷胱甘肽和磷脂氢过氧化物还原为相应脂醇的双重作用，从而防止脂质ROS 的累积，产生抑制铁死亡的作用［7］。泛素特异性蛋白酶10 具有致癌活性，可通过上调 SIRT6 水平来促进 GPX4 的表达，进而抑制PTC 细胞发生铁死亡［11］。在探究维生素C 如何影响ATC 的铁死亡中发现，高剂量的维生素C 通过降低ATC 细胞中GPX4 表达，具有抑制癌细胞的生长作用，而铁死亡抑制剂能显著逆转该抑制作用，表明GPX4 抑制是激活ATC 铁死亡的关键条件［12］。RAS选择性致死分子3（RSL3）是GPX4的直接抑制剂，不受GSH 的影响，当RSL3 以不可逆的方式与GPX4 的活性位点 Sec46结合后，导致GPX4 失活并引发脂质ROS 累积，促进细胞发生铁死亡［13］。SEKHAR 等［14］研究RSL3 与TC 铁死亡的关系时发现，TC 细胞经RSL3试剂处理后，其GPX4蛋白表达降低，而脂质过氧化物显著增加和ROS 水平呈浓度依赖性上升，铁死亡标志物（转铁蛋白受体1）的表达明显增加。二芳基醚衍生物16 与GPX4 的结合位点不同于RSL3，通过结合GPX4 的Thr49来抑制其活性，进而诱导ROS 产生来降低TC 细胞的GSH 水平、线粒体膜极化和呼吸能力，促进细胞的铁死亡［13］。因此，抑制GPX4的活性是铁死亡发生的核心标志。

1.3 核因子E2 相关因子2（Nrf2） Nrf2 是是铁死亡的负向调节因子，具有促进癌症进展的作用，Nrf2激活可促进铁的储存，减少细胞铁的摄取并限制ROS 的产生，抑制细胞的铁死亡现象。甲基莲心碱是铁死亡的激活剂，一项关于甲基莲心碱抑制TC进展的研究指出，Nrf2 在TC 细胞中高表达，可显著提高Nrf2 蛋白表达和降低细胞的凋亡率，具有明显促肿瘤作用，但TC 细胞经甲基莲心碱处理后发现，Nrf2 蛋白表达显著下降，而ROS 和Fe2+水平明显增加，呈现出明显的铁死亡现象［15］。ALKBH5 已被报道可影响诸多肿瘤进展，ALKBH5 经m6A 修饰后可下调T 淋巴瘤侵袭转移诱导因子1 的mRNA 表达和降低Nrf2 蛋白水平，进而促进TC 细胞的铁死亡，抑制肿瘤生长［16］。

1.4 血红素加氧酶-1（HO-1） HO-1作为Nrf2抗氧化反应的下游靶基因，其活性增强可促进铁蛋白（或血红素）的降解并释放铁，后者通过芬顿反应产生大量脂质ROS，从而诱导细胞的铁死亡并减少肿瘤的发生 。姜黄素具有潜在的抗癌效果，一项探究其抑制甲状腺滤泡状癌（FTC）细胞的铁死亡机制表明，HO-1在FTC 组织和细胞中表达上调，在经不同浓度姜黄素处理的FTC 细胞中发现，高浓度的姜黄素可促进HO-1 蛋白表达，后者可下调GPX4 来增加细胞内铁和脂质ROS，促进FTC细胞的铁死亡［17］；毛蕊异黄酮（CA）与姜黄素的药理作用不同，CA 通过降低HO-1蛋白表达来促进FTC 细胞的铁死亡，从而抑制肿瘤进展，但HO-1激动剂可部分逆转CA的功效［18］；表明HO-1在FTC细胞的铁死亡中具有双重角色，可能源于ROS 的生产量和线粒体氧化损伤程度存在差异。

2 铁死亡相关非编码RNA（NcRNA）在甲状腺癌发生发展中的作用

NcRNAs 是一类可以转录但不能被翻译成蛋白质的RNA，可通过作用于关键调控因子或上游靶点来影响肿瘤细胞的铁死亡，目前在TC中的研究主要包括环状RNA和长链非编码RNA （lncRNA）。

2.1 环状RNA 环状RNA 是一类具有环状结构的新型转录物，其调控异常与肿瘤进展显著相关。环状RNA Circ_0067934 是TC 细胞中上调的癌基因环状RNA，自身可充当miR-545-3p（一种靶向下调SLC7A11 的miRNA）的海绵，与miR-545-3p 竞争性结合来抑制TC 的铁死亡；此外，抑制Circ_0067934可增加TC 细胞对体内Erastin 的敏感性［19］。另一项关于环状RNA 的研究指出，circKIF4A 能直接海绵miR-1231，并通过上调抗氧化蛋白GPX4 表达，促进PTC 进展。然而，敲除circKIF4A 可降低GSH/GSSG值和抑制肿瘤生长［20］。因此，环状RNA 可通过调节铁死亡作为治疗TC的潜在靶点。

2.2 LncRNA LncRNAs 是一类长度超过200 个核苷酸的NcRNAs，通过表观遗传、转录和翻译来调节基因表达。在PTC 组织和细胞中，LncRNA CERS6-AS1、LIM 和SH3 蛋白1（LASP1）均高表达，而 miR-497-5p 表达降低，深入机制研究发现， LASP1 由CERS6-AS1 通过海绵miR-497-5p 调节，上调LASP1或沉默miR-497-5p 可削弱CERS6-AS1 对PTC 细胞的增殖作用［21］。因此，下调CERS6-AS1 可通过调节miR-497-5p/LASP1 轴促进铁死亡，此揭示了LncRNA在TC中的新发病机制和治疗靶点。

3 铁死亡在甲状腺癌肿瘤微环境（TME）发生发展中的作用

TME 由肿瘤中的非癌细胞及其产生的分子和细胞外基质构成，其作为肿瘤细胞赖以生存的内部环境，影响肿瘤的发生、进展和治疗反应。基于癌症基因组图谱（TCGA）、高通量基因表达数据库（GEO）和FerrDb网站的数据，研究TC铁死亡相关基因的免疫通路表明，铁死亡与肿瘤TME 之间存在密切联系。由于各基因对TC的致癌风险不一，因此总风险评分应根据LASSO 回归算法处理，即总风险评分=∑e 各基因的表达水平×相应的回归系数，由此可将患者按中位风险评分（总风险评分的中值作为分界点）分为高风险组和低风险组。目前研究显示，高、低风险组患者TME 的免疫细胞组分差异较大，M0巨噬细胞、B细胞、T辅助细胞、肿瘤浸润淋巴细胞等见于高风险组，巨噬细胞M1 存在于低风险组，而树突状细胞、NK细胞、调节性T细胞、肥大细胞、CD4+T细胞等可见于两者［22-26］。由于TME细胞组分的浸润程度不一，导致免疫细胞评分和免疫功能评分存在一定差异。一项回顾性研究发现，PTC 的促瘤免疫细胞数量和百分比增加，高风险组的Ⅰ型干扰素反应、抗原呈递细胞共刺激和主要组织相容复合体Ⅰ类等免疫途径激活较低风险高，其免疫细胞评分和免疫功能评分较高，可通过增加肿瘤细胞的免疫抗性并最终导致免疫逃逸，促进PTC 的进展和降低患者无进展生存期［22］。但另外几项研究与其相反，低风险组免疫细胞和免疫功能评分高，可抑制患者TC的进展和具有良好的总体生存期［23-26］。该现象发生的原因可能是某些主要免疫细胞在TC 中的浸润及作用仍然不清楚和TME 各组分间的复杂相互作用，需进一步深入探究以寻求免疫新疗法。

4 铁死亡在甲状腺癌治疗中的作用

GPX4在TC的发生发展和恶性行为中起重要作用，RSL3 已被证明可有效对抗TC 细胞的恶性潜能［14］。深入探究RSL3 治疗PTC 不同突变细胞系的疗效发现，RSL3 抑制BRAF-TERT 共突变型细胞最有效，RAS 突变细胞次之，BRAF 突变细胞系最差。表明不同PTC 突变亚型细胞系对GPX4 抑制剂的敏感性存在差异，此为临床治疗PTC 不同的基因突变亚型提供了新依据［27］。RSL3 和Erastin 均可诱导FTC与ATC细胞的铁死亡，但ATC细胞能下调CD71表达而对该途径产生抵抗性，阐明CD71可视为ATC治疗的新靶点［28］。人巯基白蛋白作为一种新发现的铁死亡诱导剂，可促进DTC 细胞内胱氨酸/半胱氨酸的耗竭，具有良好的抗癌作用［29］。索拉菲尼是一种靶向酪氨酸激酶抑制剂的新型抗肿瘤药物，研究显示，索拉菲尼可提高TC 细胞ROS 和ACSL4 蛋白表达水平，抑制SLC7A11 和GPX4 表达，进而诱导TC 细胞发生铁死亡［30］；另一项研究亦发现，TC 细胞线粒体内嵴萎缩的特征性形态学变化［25］。安罗替尼不仅通过剂量依赖性方式增强ATC 细胞的铁死亡，当联合自噬抑制剂CQ 的抗癌效果更显著，且肿瘤标志物Ki-67 的表达更低，表明联合疗法效果更优［31］。上述治疗方式虽处于基础研究阶段，但可为临床转化治疗提供新思路。

5 铁死亡在甲状腺癌预后评估中的作用

截至目前，基于三个数据库（TCGA、GEO、FerrDb）研究关于TC 患者铁死亡相关基因的表达谱显示，铁死亡调节基因可有效预测患者的预后和总生存期。低风险组基因DPP4、GPX4、TYRO3、TIMP1、GSS、ISCU 等表达与更好的预后和总生存期相关，相比之下，高风险组基因TFRC、PGD、HMGCR、SQLE、TF、MIOX 等表达与预后不良有关［23-26，32］。因此，这些基因的表达可作为预测TC 患者预后的生物标志物。

综上所述，铁死亡调节靶点是SLC7A11 和GPX4，其他调节因子Nfr2和HO-1亦具有重要作用；其中下调GPX4 是抑制甲状腺癌PI3K-AKT-mTOR信号通路的重要分子，且NCOA4介导的铁蛋白自噬是新发现的抗癌信号通路［33］。这些分子在调节TC铁死亡信号通路中发挥重要作用，且可被不同的治疗方法所针对。此外，最近的生物信息学分析显示，铁死亡调节基因具有预测TC 总生存期的良好效能且患者的预后与免疫反应密切相关，但目前关于TC铁死亡与免疫系统的研究尚存在争议，建议今后的研究应继续探讨TC 中铁死亡机制与免疫应答的关系。