中药活性成分诱导的铁死亡在骨肉瘤中的研究进展

刘 鑫，黄艺云，杨燕妮，段辛威，郑春松，3

（1.福建中医药大学中西医结合研究院；2.福建中医药大学中西医结合学院；3.福建省中西医结合老年性疾病重点实验室，福建 福州 350122）

骨肉瘤（Osteosarcoma，OS）是临床上好发于儿童与青少年长骨干骺端的恶性骨肿瘤，其转移性患者5年生存率仅约20%，且术后复发率高达70%以上，具有致死率高、易转移等特点［1-2］。目前骨肉瘤常用的治疗手段为手术辅以化疗，但远期效果不理想，且化疗过程中存在耐药性强、毒副作用多等问题，严重危害患者身心健康和预后［3］。因此，深入研究骨肉瘤发生发展的分子机制和新的治疗方法显得尤为重要。

研究显示，铁死亡作为一种新型细胞死亡方式，与骨肉瘤的发生、发展密切相关，诱导铁死亡在抑制肿瘤发生发展与逆转药物耐药性等方面有显著效果，有望成为骨肉瘤治疗的新策略［4-5］。一些中药活性成分（如青蒿素、姜黄素等）可靶向诱导铁死亡，达到治疗骨肉瘤的目的［6-12］。因此，本文针对铁死亡在骨肉瘤中的作用及中药诱导铁死亡治疗骨肉瘤进行综述，旨在为铁死亡在骨肉瘤的深入研究与药物研发提供借鉴与参考。

1 铁死亡

2008年，YANG W S等［13］通过体外筛选抗癌小分子时，发现RSLs和erastin诱导的细胞死亡和常见细胞死亡方式（凋亡、坏死、自噬）不同，这些诱导剂并没有引发自噬小体及凋亡小体形成，且抑制剂的使用不能逆转其诱导的细胞死亡。继而，在2012年DIXON S J等［14］提出了铁死亡的概念，他们认为这种细胞死亡方式与常见的细胞死亡方式完全不同，是细胞受到铁离子紊乱的影响，导致细胞内铁的积累和氧化应激反应增强，最终引发细胞死亡。即铁死亡作为一种新型的细胞程序性死亡方式，在生物化学成分上以膜脂质过氧化为特征，在细胞形态上以双层膜变厚及线粒体体积变小为标志。

目前，探索肿瘤发生机制及寻找治疗靶点主要在诱导铁死亡的途径上［15-16］。诱导铁死亡的途径主要包括3类：⑴耗竭/降低谷胱甘肽（Glutathione，GSH）：系统Xc-（跨膜氨基酸转运体）是由溶质载体家族7成 员11（Recombinant solute carrier family 7, member 11， SLC7A11)和溶质载体家族3成员2（Recombinant solute carrier family 3, member 2， SLC3A2）组成的一种跨膜氨基酸转运体［17］，阻塞系统Xc-降低还原性GSH合成，促进活性氧（Reacyive oxygen species，ROS）积累，导致铁死亡［18］。2015年，JIANG L等［19］研究发现，p53蛋白可以抑制SLC7A11表达，影响GSH活性，诱导U2OS细胞发生铁死亡。⑵直接抑制谷胱甘肽过氧化物酶4（Glutathione peroxidase 4，GPX4）：对于调控铁死亡GPX4具有重要作用，直接抑制GPX4可诱导骨肉瘤细胞铁死亡。LIU Q等［20］发现转铁蛋白受体1（Transferrin receptor protein，TFR1）能够通过抑制核因子E2相关因子（Nuclear factor erythroid，Nrf2）/GPX4信号通路诱导骨肉瘤发生铁死亡，同时它联合顺铂和谷胱甘肽过氧化物酶4抑制剂RSL3（铁死亡激动剂）等能够降低骨肉瘤细胞对顺铂的耐药性，有望成为治疗骨肉瘤的新靶点［4］。⑶干扰铁稳态：诱导骨肉瘤细胞铁死亡与铁稳态密切相关。TFR1是铁吸收的主要蛋白，TFR1的表达增加，将会对骨肉瘤细胞的生长和耐药性产生影响。WU H等［21］发现在骨肉瘤中，TFR1表达明显增高且高表达的患者预后差，可为TFR1作为未来治疗骨肉瘤的靶点提供理论依据。

2 铁死亡在骨肉瘤中的作用

铁死亡的相关基因已应用于骨肉瘤研究中，如COL2A4、HOXB5和转录激活因子4（Recombinant activating transcription，ATF4）等能够在骨肉瘤细胞增殖、化疗耐药、转移、免疫等方面起重要作用，有望为骨肉瘤治疗提供新思路［22］。

2.1 抑制骨肉瘤细胞增殖任天豪［23］发现唑来膦酸可通过诱导铁死亡抑制骨肉瘤细胞增殖。LV H等［24］在探讨β-苯乙基异硫氰酸酯（β-Phenethyl isothiocyanate，PEITC）对骨肉瘤的影响时发现，PEITC能够改变铁代谢的过程，增加细胞内的不稳定铁含量，激活丝裂原活化蛋白激酶（Mitogen-activated protein kinase，MAPK）信号通路，诱导骨肉瘤细胞铁死亡，抑制骨肉瘤细胞增殖。以上研究均表明铁死亡可影响骨肉瘤细胞增殖。

2.2 逆转骨肉瘤细胞化疗耐药LIU Q等［20］发现，低剂量顺铂可能对顺铂耐药性骨肉瘤细胞的铁死亡有一定的作用，铁死亡诱导剂、信号转导因子和转录活因子3（Signal transducer and activator of transcription 3，STAT3）抑制剂可以使耐药细胞内的铁死亡过程被重新激活，降低细胞对顺铂的耐药性，其机制与下调Nrf2和GPX4的表达相关。这一发现为骨肉瘤提供了新的研究方向。除此之外，将骨肉瘤顺铂耐药细胞株用铁死亡诱导剂处理后发现，GPX4等铁死亡负调控因子水平显著下调，ROS等铁死亡相关因子水平显著上调，同时还增强了骨肉瘤细胞对顺铂的敏感性。因此，诱导铁死亡是逆转骨肉瘤细胞耐药性非常有前景的方法。

2.3 抑制骨肉瘤转移童也等［22］通过基因富集分析等方法探讨了与铁死亡相关基因在转移性骨肉瘤中的潜在作用机制发现，ATF4是转移性骨肉瘤中铁死亡相关基因之一。在骨肉瘤细胞中高表达的ATF4能够使其黏附力下降，并促进细胞脱落，降低骨肉瘤的转移，提示ATF4可能在骨肉瘤的发展和转移中起着重要作用［25］。CHEN M等［26］研究发现，靶向赖氨酸特异性去甲基化酶4A（Recombinant lysine specific demethylase 4A，KDM4A）在体外显著增加骨肉瘤细胞死亡，并减弱迁移能力，KDM4A缺失在体内显著抑制骨肉瘤进展和肺转移。以上研究结果表明，诱导铁死亡能够抑制骨肉瘤转移。

2.4 调节骨肉瘤免疫逃逸免疫细胞能够识别和攻击病原体、肿瘤细胞和其他异常细胞，是机体免疫系统发挥作用的一个重要环节。YAO Y等［27］发现，铁死亡主要拮抗蛋白GPX4在T细胞中的缺失会导致滤泡辅助性T细胞功能丧失和抗体反应低下。ZHENG D等［28］发 现 铁 死 亡 相 关 基 因COL2A4、HOXB5和UNC5B在骨肉瘤中高表达，并与骨肉瘤细胞免疫逃逸密切相关。SHAO H B等［29］确定了一种与铁代谢相关的lncRNA信号，该信号在预测骨肉瘤患者的生存预后及其免疫状况具有良好的性能。

2.5 其他除上述4个方面外，其他因素也会影响骨肉瘤细胞的铁死亡。转化生长因子β受体1是TGF-β信号通路的中心传播因子，它可以通过Nrf2转录因子降低促红细胞生成素的表达，减轻血液黏滞程度，诱导骨肉瘤细胞铁死亡［30］。ZHAN F等［31］发现YAP敲低结合铁死亡诱导剂可增加人骨肉瘤细胞（Human osteosarcoma，HOS）对焦磷酸α甲酯介导的光动力疗法的敏感性。

3 中药活性成分干预铁死亡治疗骨肉瘤的应用

根据《灵枢·绝气》《五十二病方》等古籍相关记载，骨肉瘤在中医学中被归属为“骨瘤”“骨疽”“石疽”“肉瘤”等范畴［32］，近年来围绕中药活性成分诱导骨肉瘤细胞铁死亡取得了一定进展。铁死亡是调节癌细胞生长的重要因素，中药活性成分可靶向调节骨肉瘤细胞铁死亡［33］，起到诱导骨肉瘤细胞凋亡、自噬、抑制增殖、逆转耐药等作用，有望为骨肉瘤的治疗提供新方向。

3.1 青蒿素类青蒿属于菊科植物黄花蒿Artemisiaannua L，是一种常见清热解毒中药，可从中提取出青蒿素（最早由中国中医科学院屠呦呦研究员发现），双氢青蒿素（Dihydroartemisinin，DHA）、蒿甲醚、青蒿琥酯等是其主要衍生物［6］。于越［7］将DHA作用于肿瘤细胞，发现其诱导铁死亡抑制肿瘤细胞增殖的机制可能与GPX4相关。JI Y等［8］发现DHA是以剂量依赖性方式抑制骨肉瘤细胞增殖，表明DHA诱导骨肉瘤铁死亡可作为一种新的治疗方法。ISANI G等［9］在犬骨肉瘤细胞中加入青蒿水醇提取物和青蒿素后发现，D-17细胞中铁代谢改变（细胞内总铁显著减少），脂质氢过氧化物呈铁依赖性积累，导致骨肉瘤细胞铁死亡；且青蒿素水醇提取物对D-17犬骨肉瘤细胞系的细胞毒活性强于青蒿素，这些发现为青蒿素和青蒿提取物具有生物活性提供了证据，是一种新型的抗骨肉瘤候选药物。

3.2 类黄酮补骨脂二氢黄酮（Bavachin）属于类黄酮，是从补骨脂中提取的生物活性化合物，被证明可以通过STAT3/P53/SLC7A11轴诱导骨肉瘤细胞铁死亡，P53（肿瘤抑制蛋白）通过触发铁死亡来抑制骨肉瘤细胞生长，能够负调节SLC7A11并在Bavachin诱导的骨肉瘤细胞铁死亡中起促进作用，即Bavachin能抑制MG-63和HOS细胞活性，同时增加Fe2+水平、ROS积累、丙二醛过表达并耗竭谷胱甘肽。此外，去铁胺（铁螯合剂）、维生素E（抗氧化剂）和铁死亡抑制剂（Liproxstatin-1和Ferrostatin-1）等可逆转Bavachin诱导的细胞死亡。Bavachin还能改变骨肉瘤细胞线粒体形态，体现在线粒体更小、膜密度更高及嵴减少［10］。以上显示Bavachin具有诱导骨肉瘤细胞铁死亡的作用。

3.3 姜黄素类姜黄素是从姜科植物姜黄Curcumalonga L.中分离出的一种二酮类的化学物质。YUAN C等［11］研究发现，姜黄素通过调控Nrf2/GPX4信号通路诱导骨肉瘤细胞铁死亡，从而抑制骨肉瘤细胞生长。LIN H等［12］研究发现，姜黄素类似物EF24能上调骨肉瘤细胞的细胞内铁离子、ROS和脂质氧化水平，这种效应可被铁死亡抑制剂逆转，而无法被细胞凋亡、细胞焦亡、细胞自噬抑制剂逆转，提示EF24诱导骨肉瘤细胞铁死亡。姜黄素及类似物EF24可能成为治疗骨肉瘤患者的潜在药物。

3.4 茶多酚类茶黄素-3，3'-没食子酸（Theaflavin-3，3′-digallate，TF3）是从漆树、五倍子、茶等植物中提取出的有效成分，是目前最有前途的纯天然多酚类化合物之一。HE T等［34］研究发现，TF3在处理MG-63和HOS细胞后线粒体出现铁死亡特征表现，呈浓度依赖性方式抑制细胞增殖、降低细胞活力并导致G0/G1细胞周期停滞；当使用铁死亡抑制剂（Fer-1）时，TF3治疗后对细胞活力的损害也有所减轻；TF3还改变了骨肉瘤中铁储存的稳态机制，导致过量不稳定铁的产生，通过减少GSH耗竭、ROS积累和芬顿反应引起氧化应激，激活ROS和MAPK信号通路，触发细胞铁死亡。因此，TF3有望成为一种安全且有潜力的骨肉瘤治疗药物。

3.5 异硫氰酸酯类PEITC是存在于十字花科蔬菜中的一种天然异硫氰酸酯化合物，对肿瘤具有化学预防的作用，对于骨肉瘤的作用也在不断被挖掘中。LV H等［24］研究发现，PEITC通过降低GSH水平和增加ROS水平诱导骨肉瘤细胞氧化应激反应，降低细胞活力，通过铁死亡抑制骨肉瘤细胞增殖。

3.6 五环三萜类中华猕猴桃中的熊果酸（Ursolic acid，UA）是一种天然的五环三萜类抗癌药物，UA可以通过多重靶点效应激活铁蛋白的自噬过程，增加细胞中的铁离子含量，诱导铁死亡，增强抗化疗耐药的作用。此外，在小鼠骨肉瘤异种移植模型中，低剂量顺铂联合UA可显著抑制肿瘤生长，且能增强顺铂对骨肉瘤细胞DNA损伤作用［35］。表明UA可降低骨肉瘤细胞对顺铂的耐药性，并产生协同作用，即UA与顺铂的联用有望成为骨肉瘤的治疗新策略。

4 小结与展望

通过对铁死亡及其在骨肉瘤治疗中的应用进行分析，发现诱导铁死亡可以通过逆转化疗药物的耐药性、抑制骨肉瘤细胞增殖和转移、降低免疫逃逸等对骨肉瘤产生作用，可为骨肉瘤提供新的干预方法和治疗策略。中药含有具有抗骨肉瘤作用的化学成分，可以通过多种途径诱导铁死亡。但目前仍有一些局限性待解决：①诱导铁死亡抗骨肉瘤的机制尚未完全清楚；②中药化合物铁死亡诱导剂在骨肉瘤临床中尚未得到验证；③中药化合物铁死亡诱导剂与其他死亡方式的诱导剂联用协同抗骨肉瘤研究未见报道；④中药化合物铁死亡诱导剂减毒增效的药理作用机制不清。因此仍需进一步探究和阐明铁死亡在骨肉瘤中的应用，深入探索中医药调控铁死亡的机制，为未来中医药防治骨肉瘤提供新的理论支撑和科学依据。