铁死亡调控机制及其在卵巢癌中的研究进展

李坪芬，王渠源

卵巢癌是一种致死率较高的生殖系统恶性肿瘤，据2018年美国癌症发病及死亡结果统计，其死亡率在北美女性癌症死亡排名占据首位[1-2]。卵巢癌在组织学和分子学方面包括许多亚型，其中上皮性卵巢癌约占85%～90%[3]，最为常见的是高级别浆液性卵巢癌（high grade serous ovarian cancer，HGSOC），约占卵巢恶性肿瘤的50%。尽管近几年卵巢癌在防治方面已经取得很大进步[4-5]，但是由于其发病早期缺乏典型临床症状，确诊时75%的患者分期已达Ⅲ～Ⅳ期[6]，5年生存率约为 25%～30%[7]，早期治疗后70%～80%的患者复发，晚期阶段大多发展成为复发性及多重耐药性终末期疾病[8]。

卵巢癌的发生和发展是一个多系统参与、多步骤的细胞生化过程，受到多种细胞因子和信号通路的调控。近年来，大量基础及临床研究普遍发现肿瘤细胞内脂质活性氧簇的表达水平高于正常细胞[9-11]，因此与脂质活性氧簇相关的铁死亡（ferroptosis）受到临床的重视，并被看作是卵巢癌的潜在治疗靶点。现对近年来相关文献报道的铁死亡在卵巢癌中的作用及其研究进展进行综述，为临床治疗拓展更多思路。

1 正常组织的铁代谢

铁（Fe）是人体所必需的元素，参与人体内多种重要物质的合成代谢，尤其是在DNA合成过程中，铁元素参与构成了RNA、DNA复制依赖的4种DNA聚合酶和染色体稳定性相关的修复酶的活性中心。正常组织中铁的转运依靠转铁蛋白（transferrin，TF）和细胞膜表面的转铁蛋白受体1（transferrin receptor 1，TFR1）。1分子TF与2分子Fe3+结合，通过TFR1形成复合物，当细胞启动内吞作用时，复合物释放Fe3+，胞内的Fe3+在还原酶的作用下还原为Fe2+，经二价金属离子转运体 1（divalent metal transporter 1，DMT1）储存至铁池中，用于铁硫簇等各种生命代谢产物的合成，多余的Fe2+则由膜铁转运输出蛋白（ferroportin，FPN）氧化为Fe3+出胞，参与体内铁再循环。

体内铁的稳态平衡还依靠铁调素的负性调节，血液及组织内铁含量升高时，铁调素水平升高与FPN结合，介导TF溶酶体降解，降低铁储备量，维持机体铁稳态。

2 铁死亡概述

2012年Dixon等[12]在研究erastin杀死RAS突变的肿瘤细胞的作用机制时首次提出铁死亡的概念，并指出铁死亡是一种以脂质过氧化产物和致死活性氧簇的积累为特点的一种非典型调节性细胞死亡方式，是一种铁离子依赖性的非凋亡性细胞坏死。目前研究表明，铁死亡涉及的调控系统主要是胱氨酸-谷氨酸反向转运蛋白系统（XC-系统）和脂修复酶谷胱甘肽过氧化物酶4（GPX4）[13]。

正常情况下细胞外的胱氨酸处于还原状态，可通过XC-系统直接转运入细胞内，在胞内经过一系列还原反应，催化生成谷胱甘肽（GSH，细胞内主要的抗氧化剂），GPX4以GSH作为电子供体将有毒的脂质过氧化物还原成无毒的脂肪醇，阻止铁依赖性的脂质过氧化物转换成活性较高的脂质自由基，从而阻止脂质自由基的堆积。选择性抑制XC-系统时，胱氨酸的吸收减少，机体内GSH的合成也将随之减少，导致脂质过氧化物堆积；GPX4失活时，积聚的脂质过氧化物在铁存在的条件下（主要发挥催化作用），可转化成有毒的脂质自由基，导致细胞膜脂的多聚不饱和脂肪酸破裂，诱导铁死亡发生[14]。

3 铁死亡与肿瘤

铁死亡作为近年来发现的一种新型细胞死亡方式，在多种肿瘤疾病如乳腺癌、肝癌、胃癌、直肠癌、前列腺癌、胶质细胞瘤和胰腺癌等中都有相关报道[15]。研究表明，铁代谢机制的改变尤其是铁摄入与泵出方面的改变，在一定程度上诱导了癌症的发生及肿瘤细胞的转移[16]。多项研究表明，肝癌、乳腺癌、前列腺癌等多种肿瘤细胞表面TFR1数目增多，FPN水平降低且存在高水平的铁调素，在促进胞外铁摄入的同时，减少了细胞内铁的外排[17-19]。此外基底膜完整的肿瘤组织在增殖过程中处于缺血缺氧状态，长期的缺氧状态可以诱导肿瘤细胞表达一系列缺氧诱导因子（hypoxia inducible factor，HIF）[20]，HIF 的活化可激活转录血管内皮生长因子A及锌指蛋白等多个与肿瘤发生相关的基因，也可诱导铁红素降解促进铁的摄入[21]。总而言之，肿瘤细胞可通过调控铁代谢途径实现细胞内铁含量增高，从而使得癌组织对铁死亡的方式更加敏感。

4 铁死亡与卵巢癌

Lattuada等[22]研究认为持续的铁刺激是卵巢癌发生、发展的高危因素之一。Yamada等[23]用铁离子处理正常卵巢细胞系OSE/E7/人端粒酶逆转录酶（hTERT）基因后，基因组显示出了卵巢透明细胞癌的特征，正常卵巢上皮细胞也逐渐向癌细胞转化。尽管卵巢癌的起源仍然存在争议，越来越多的研究者认为卵巢肿瘤的前体细胞来源于输卵管伞部干细胞[24]。Basuli等[25]在卵巢癌原始细胞遗传模型中发现，与正常输卵管伞部细胞相比，卵巢恶性肿瘤对TFR1的表达呈明显上调，而FPN的含量则明显降低。此外在HGSOC癌组织发现，与正常卵巢组织相比，其表现出相似的TFR1表达增加及FPN含量减少的趋势，进一步证明了卵巢肿瘤早期阶段出现细胞内铁含量的升高。

4.1 p53基因与铁死亡 在卵巢癌发生、发展的过程中，涉及多种基因及信号转导通路的改变。其中最为常见的就是细胞内活性氧簇增多损伤相关DNA，诱导p53基因突变。空间构型突变的p53基因一定程度上诱导卵巢癌的发生和发展[26]。最近研究表明p53基因靶蛋白谷氨酰胺酶2（GLS2）的溶解过程与铁死亡相关[27]。Jennis等[28]在小鼠模型中发现，p53基因突变后GLS2表达失调，对铁死亡的敏感性降低。相关研究表明，erastin介导的铁死亡通路需要p53基因，主要是由于p53基因可结合并负向调控胱氨酸转运体SLC7A11（XC-系统的一种亚单位）转录[29]，增强细胞中精脒/精胺 N1-乙酰转移酶 1（spermidine/spermine N1-acetyltransfer 1，SSAT1）（一种p53靶基因）和GLS2的表达，导致GSH表达降低、活性氧簇积累[30]，从而引起脂质过氧化反应导致铁死亡。即突变的p53基因在某种程度上抑制了铁死亡的发生，加剧了卵巢癌细胞的生长和繁殖。也有研究认为，p53基因在上调SSAT1表达时，可间接引起花生四烯酸15脂氧合酶（15-lipoxygenase，ALOX15）含量的升高，加剧过氧化过程，促进铁死亡的发生、发展[31]。还有部分学者认为，女性回流经血中的Fe3+可激活p53基因的异常表达，诱导输卵管伞端细胞的异常增殖，从而促进卵巢癌的发生、发展[22]。

4.2 白细胞介素6（IL-6）与铁死亡 癌组织种植于腹膜及其他腹腔器官的过程往往依赖于肿瘤细胞的侵袭性。相关研究报道，卵巢肿瘤中IL-6可通过信号转导与转录激活因子3（STAT3）信号通路促进癌细胞生长、增殖及血管生成，并上调基质金属蛋白酶（MMPs）的表达诱导肿瘤侵袭，导致患者预后不良[32-33]。Basuli等[25]在使用铁螯合剂去铁胺（DFO）处理癌细胞时发现，细胞内铁离子含量降低的同时，也降低了IL-6 mRNA的表达。以上证据表明，尽管铁元素在IL-6促进癌细胞转移方面的具体机制尚未明确，但是铁的积累至少在一定程度上通过诱导IL-6表达促进卵巢癌侵袭与转移。

4.3 微小RNA（miRNAs）与铁死亡 MiRNAs是一类小的单链非编码RNA，可通过与mRNA结合，负向调控靶基因表达。相关研究报道，miR-137可通过直接靶向谷氨酰胺转运蛋白SLC1A5负性调节铁死亡过程[34]。学者发现miR-137过表达时可抑制SLC1A5的产生，导致谷氨酰胺摄取减少和丙二醛（MDA）积累；采用相关拮抗剂诱导内源性miR-137失活时，肿瘤细胞表现出了对erastin诱导的铁死亡的敏感性上调。由于SLC1A5介导的谷氨酰胺转运在肿瘤细胞代谢、增殖和铁死亡中起关键作用，通过抑制SLC1A5靶向谷氨酰胺转运被作为实体肿瘤治疗的潜在途径。同时Sangokoya等[35]通过添加外源性铁及DFO，发现miR-485-3P和miR-194靶向调节FPN的表达。卵巢癌细胞可通过大量诱导miR-485-3P的表达，降低胞内FPN，实现癌细胞内铁含量的蓄积，维持细胞的无限增殖。表明miRNAs在铁死亡中发挥了新的和不可缺少的作用。

4.4 青蒿素与铁死亡 青蒿素是一线抗疟疾药物，其和其衍生物还具有一定的抗肿瘤活性，可通过抑制MMPs系统和血管生长因子抑制肿瘤细胞的生长繁殖[36]。最近研究报道青蒿素及其衍生物作为一种新型的铁死亡诱导剂[37-38]，可通过铁死亡途径导致卵巢癌细胞死亡。青蒿琥酯是青蒿素衍生物，用其处理卵巢恶性肿瘤的小鼠模型时显示，小鼠卵巢癌细胞内脂质活性氧簇增多，脂质活性氧簇依赖性的DNA损伤和细胞死亡。然而预先使用铁死亡抑制剂ferrostatin-1处理卵巢癌细胞，再应用青蒿琥酯时发现其诱发的一系列细胞死亡效应明显降低[39]。此外，Yang等[40]发现青蒿琥酯可通过激活溶酶体促进铁蛋白的降解，从而使铁离子含量增加，产生一定的细胞毒作用。这些证据均表明尽管具体作用机制尚未明确，青蒿琥酯对卵巢癌细胞有一定程度的抗增殖及细胞毒作用，进一步提示青蒿素及其衍生物可能作为一种铁死亡诱导剂为卵巢癌的治疗开辟新思路。

5 结语与展望

铁死亡作为一种新发现的非程序性细胞死亡方式，与多种生理病理过程密切相关。目前铁死亡在肿瘤方面的研究主要集中于XC-系统和GPX4，尚处于初期阶段，是否存在其他相关的铁死亡及脂质活性氧簇代谢途径仍需要进一步研究探讨。但是铁死亡概念的提出以及肿瘤组织的铁依赖性将成为肿瘤的潜在治疗靶点是确切的。铁螯合剂的使用以及作用于TFR等细胞毒性药物可以通过剥夺癌细胞中的铁或改变癌细胞中铁离子摄入、转出等代谢方式，在一定程度上抑制癌细胞的生长，提高其对化疗药物的敏感性。随着临床上对铁死亡信号途径及诱导机制的进一步研究，金属抗肿瘤药物可能会代替铂类化疗药物成为新一代的抗癌药物，改善卵巢癌患者预后。