铁死亡加持PD-1/PD-L1抑制剂杀伤肿瘤细胞综述

杨洋 耿依珂 于丽 （1.广西中医药大学，南宁 50200；2.广西高发传染病中西医结合转化医学重点实验室，南宁 50200； .延边大学，延吉 1002）

铁死亡这一概念最早是在2012年Cell的一篇文章中明确提出的：新发现了一种铁依赖性的、以细胞内活性氧堆积为特征的非细胞凋亡形式的细胞死亡，将其命名为Ferroptosis［1］。该研究认为具有致癌效果的RAS基因选择性致死小分子Erastin会触发一种新的被称为Ferroptosis的新型细胞死亡机制，这种机制的激活导致部分肿瘤细胞的非凋亡性破坏，进而可能对杀死肿瘤细胞产生影响。有关研究也表示，谷胱甘肽/GPX4轴在预防脂质氧化诱导的急性肾衰和相关死亡中发挥重要作用，GPX4缺乏可促进肾铁死亡途径的进行，说明全身应用铁死亡治疗会产生很大的副作用［2］。根据铁离子的堆积和脂质过氧化的特征，铁死亡被认为可能参与癌细胞的死亡，铁死亡促进细胞铁死亡会有抵抗肿瘤细胞的作用，但具体机制尚未完全清楚。因此明确铁死亡在癌症细胞发生发展及癌症患者耐药性方面的作用机制，是近年来科研人员关注的一大热点。

PD-1/PD-L1抑制剂可有效刺激机体的免疫系统，反转T细胞死亡，恢复T细胞的抗肿瘤活性，在治疗恶性肿瘤中具有巨大潜力。结合近年的临床治疗，越来越多的PD-1/PD-L1抑制剂被用于肿瘤的免疫治疗。

1 铁死亡相关机制

1.1 铁死亡的本质 铁死亡可通过两种途径触发，一种是阻碍谷胱甘肽的生物合成，另一种是阻碍谷胱甘肽过氧化物酶4 （glutathione peroxidase 4，GPX4），换句话说，铁死亡的本质就是通过分解谷胱甘肽或GPX4，实现铁依赖性脂质活性氧的积累及细胞膜多不饱和脂肪酸的消耗［3］。铁死亡的形态学特征是线粒体较正常细胞缩小、线粒体膜密度增高、线粒体嵴减少或消失、线粒体外膜破裂［4］。铁死亡的特征也在2012年的研究中被总结为以下三种：激活还原性铁、过氧化含多不饱和脂肪酸（polyunsaturated fatty acid，PUFA）的磷脂，以及丧失脂质过氧化物的修复能力［1］。

1.2 铁死亡的作用机制 铁死亡由细胞内稳态破坏诱发，这种细胞死亡过程目前尚无明确、清晰的信号通路介导。铁死亡的发生机制主要有3个关键组成：首先，由SLC3A2和SLC7A11组成的转运胱氨酸的通道蛋白System-X，主要介导胱氨酸从胞外转移到胞内，以及将谷氨酸从胞内转移到胞外，即胱氨酸、谷氨酸盐甘氨酸在酶的催化作用下形成具有还原性的谷胱酸肽；其次，具有还原性的谷胱酸肽在GPX4的作用下还原细胞内的氧自由基，清除有毒的氧自由基。若执行此步骤的过程被打断，则会形成活性氧堆积，并诱发细胞死亡。最后，铁死亡的发生过程不但受GPX4影响，还必须有铁离子参与。铁离子参与脂质的氧化，有毒性的活性氧产生并堆积，最后导致细胞铁死亡［5］。

1.3 铁死亡的相关途径及主要调节因子 程洁等［6］研究表明，近年来铁死亡的发生可能涉及细胞内铁代谢水平、脂质过氧化物含量和GPX4活性相关的3种代谢途径参与其中。

首先，通过调节铁代谢过程中的相关因子改变细胞中铁的形式，影响铁在细胞中进入、储存和排除的过程，最终调控铁死亡的发生。YANG等［7］检测肿瘤细胞中特异性分子表达水平发现，转铁蛋白受体1表达水平提高，铁蛋白重链1和铁蛋白轻链表达水平均降低，细胞中铁含量增加，继而诱发铁死亡。其次，脂质过氧化作用的增加会诱发铁死亡，这种机制由GPX4催化脂质过氧化物的还原触发；该研究还发现细胞外基质的脱离是触发铁死亡的生理诱因，可通过α6β4整联蛋白抑制ACSL4规避。α6β4与铁死亡之间的因果关系对肿瘤的生物学研究和治疗具有重要意义［8］。

最后，GPX4是肿瘤细胞铁死亡发生的必需调节剂［9］。贾忠伟等［10］研究表示GPX4在肺腺癌组织中表达水平大幅提高，且GPX4还能使肿瘤细胞保持干细胞特性，进而使细胞的侵袭转移能力增强。细胞膜脂质过氧化物的降解可被GPX4激活［11］。因此可以得出GPX4失活也是诱导细胞铁死亡的另一重要机制。郭倪君等［12］归纳了铁死亡的信号通路，主要调节因子被分为三类：正向、负向和双向。正向调节因子包括TFRC、ACSL4、ALOX15、DPP4、NCOA4、BAP1和VDAC2；负向调节因子包括SLC7A11、GPX4、Nrf2、HSPB1、HSPA5、NFS1和OTUB1；双向调节因子为p53。

2 铁死亡与肿瘤

2.1 铁死亡与肿瘤的关系 很多研究表明，铁死亡参与多肿瘤的发生发展，通过铁死亡诱导剂可以诱导肿瘤细胞发生铁死亡。LE等［13］研究表明，p53介导的代谢调节在抑制肿瘤形成过程中至关重要，p53通过抑制SLC7A11（胱氨酸/谷氨酸逆转运蛋白的关键成分）表达抑制胱氨酸的摄取，从而使细胞发生铁死亡，导致肿瘤细胞的生长被抑制。有研究认为，GPX4是铁死亡的重要调节剂，并且发现弥漫性大B细胞淋巴瘤和肾细胞癌特别容易通过铁死亡诱导剂灭活GPX4，诱导铁死亡发生，从而提供了治疗肿瘤的可能方法［9］。细胞对铁死亡敏感性的差异很大，且个体之间对铁死亡诱导剂的敏感性也存在很大差异［14］。

2.2 铁死亡与肿瘤治疗 在肿瘤治疗方面，很多研究发现抑制铁死亡途径的相关代谢过程可减轻肿瘤患者对于化学治疗药物的耐药性。当铁死亡诱导剂Erastin与其他化疗药物，如替莫唑胺、顺铂、阿糖胞苷、阿霉素、阿糖胞苷和阿霉素联用可提高化学治疗的效果［15-16］。

相关研究表明，索拉菲尼可诱导部分肿瘤细胞发生铁死亡，并且发现视网膜母细胞瘤（retinoblastoma，Rb）蛋白的状态是调节索拉非尼诱导肿瘤细胞铁死亡的敏感性参数［17］。提示确定一个可以反映细胞和个体敏感性的指标对增进与铁死亡相关疾病的理解、诊断和治疗具有重要意义。

ELING等［18］研究发现，青蒿琥酯在胰腺癌细胞中是铁死亡的特异性诱导剂。目前多种铁死亡诱导剂被用于肿瘤治疗，以铁死亡作为靶点的抗癌治疗能够帮助肿瘤患者改善对当前治疗方法的耐受情况，提高其对治疗药物的敏感性。铁死亡是具有研究价值的抗癌治疗靶点，进一步探究其在癌症中的作用机制，同时应用于临床抗癌治疗，可能为癌症患者提供一条新出路。

3 PD-1/PD-L1免疫治疗肿瘤

3.1 PD-1/PD-L1信号通路 1992年，ISHIDA等［19］通过消减杂交技术分离了一种免疫球蛋白基因超家族新成员，被命名为PD-1基因。1999年，DONG等［20］研究定义了一个与其相对应的细胞程序性死亡配体1（programmed cell death 1 ligand 1，PD-L1），也称B7同源体（B7 homolog 1，B7-H1），是B7家族的第3个成员，其共同刺激T细胞增殖和IL-10分泌，并认为PD-L1可能参与了细胞免疫反应的器官特异性负调节。SONG等［21］认为，除巨噬细胞系外，正常人类组织不表达PD-L1，相比之下，PD-L1在人类肺癌、卵巢癌、结肠癌和黑色素瘤中都很丰富。IFN-γ在肿瘤细胞系表面上调PD-L1，暴露于肿瘤相关的PD-L1后，多种机制可能导致激活T细胞死亡。PD-1/PD-L1信号通路能够下调CD8+T淋巴细胞功能，通过阻断信号通路可以恢复其功能。表明PD-1/PD-L1可能会阻止有效的抗肿瘤免疫［22］。

3.2 PD-1/PD-L1抑制剂 PD-1/PD-L1抑制剂抗肿瘤治疗是当下研究肿瘤免疫治疗的热点与难点，PD-1/PD-L1抑制剂的目的在于阻断PD-1/PD-L1通路，阻止T淋巴细胞死亡，使其继续发挥杀伤肿瘤的效应，继而消除肿瘤的免疫逃逸，增强肿瘤的免疫效应，从而实现精准的抗肿瘤治疗。PD-1/PD-L1信号通路免疫治疗分3种类型：第一种是抗PD-1或PD-L1抗体，第二种是针对PD-1/PD-L1的RNA干扰（RNAi），第三种是增加可溶性PD-1（soluble PD-1，sPD-1），临床应用较多的是抗PD-1/PD-L1抗体［23］。常见的抗PD-1抗体有纳武利尤单抗、帕博利珠单抗、西米普利单抗、特瑞普利单抗、信迪利单抗、卡瑞利珠单抗，常见的抗PD-L1抗体有阿特朱单抗、阿维鲁单抗和度伐鲁单抗［24］。这些药物已经被批准应用于临床，是肿瘤免疫治疗的研究热点。

4 结语与展望

通过上述对于铁死亡及PD-1/PD-L1抑制剂的相关综述，可以看出此二者在肿瘤治疗方面的效果非常可观。然而二者于其治疗肿瘤的具体机制、不良反应、耐药性等方面目前尚未完全明确。调控细胞铁死亡途径联合使用PD-1/PD-L1抑制剂杀伤肿瘤细胞是否可以产生协同作用，从而提高抗肿瘤的治疗效果是目前科学研究的热点、重点、难点。如何实现最佳治疗组合的配伍、治疗相关不良反应的推测和管理是下一步研究的方向。