铁死亡在肿瘤浸润淋巴细胞中的作用研究进展

王榕林 马珮翔 花 蕾 杨 成 郭永东 李俊强 苏海川

空军军医大学唐都医院肿瘤科，陕西西安 710038

铁死亡作为一种新型细胞死亡方式，其诱因主要包括细胞内异常的铁代谢、脂质代谢及谷胱甘肽代谢过程[1]。不同于凋亡自噬及坏死，铁死亡细胞线粒体体积变小，线粒体嵴减少及线粒体膜密度增高。肿瘤浸润淋巴细胞（tumor-infiltrating lymphocyte，TIL）是肿瘤免疫微环境的重要组成部分，其主要包括细胞毒性T 细胞（cytotoxic T lymphocyte，CTL），树突状（dendritic，DC）细胞，自然杀伤（natural killer，NK）细胞，调节性T（T regulatory，Treg）细胞，髓源性抑制细胞（myeloid derived suppressor cell，MDSC），以及肿瘤相关巨噬（tumor-associated macrophage，TAM）细胞等细胞类型。既往研究发现，铁死亡参与调控TIL 的增殖、激活及耗竭等生命进程，进而调节肿瘤免疫微环境，影响免疫检查点抑制剂的疗效，最终参与肿瘤发生和进展[2]。为了进一步理解铁死亡对TIL 的调控作用，现对铁死亡发生机制及其在TIL 中的调节作用进行综述，期待能加深对肿瘤发病机制的理解，同时为增敏肿瘤免疫治疗提供新策略。

1 铁死亡及其发生机制

2003 年，一种新的化合物Erastin 被发现可以杀死Ras 基因突变的肿瘤细胞。2008 年，一种类似Erastin的化合物RSL3 可以诱导细胞发生铁代谢及氧化应激相关的死亡方式。2012 年，Valashedi 等[3]首次将这种铁依赖的细胞死亡方式命名为铁死亡。铁死亡的发生机制为胞内过载的铁离子通过芬顿反应生成过量羟基自由基。这些自由基通过过氧化细胞膜上的不饱和脂肪酸，引起细胞膜破裂，导致细胞死亡。同时，细胞自身通过利用谷胱甘肽还原脂质过氧化物来抵抗铁死亡。当胞内的谷氨酸-胱氨酸转运系统及氧化还原功能发生紊乱时，细胞容易发生铁死亡[4]。

1.1 铁离子代谢影响铁死亡

食物中的铁离子在近端小肠被吸收入血[5]。铁离子在血中与转铁蛋白（transferrin，TF）结合。通过与细胞膜表面的转铁蛋白受体（transferrin receptor，TFR）结合形成TF-TFR 复合物，铁离子被转运入组织细胞内[6]。铁离子可与胞内的铁蛋白（ferritin，FER）结合形成储存铁[7]。游离的铁离子也可在铁转运蛋白（ferroportin，FPN）的协助下运输到细胞外。病理状态下胞内游离Fe2+与过氧化氢反应生成大量羟基自由基。这些羟基自由基过氧化细胞膜磷脂双分子层上的不饱和脂肪酸，降低细胞膜流动性，引起细胞膜破裂，诱发细胞发生铁死亡[8]。

1.2 脂质代谢调控铁死亡

细胞膜上含有丰富的多聚不饱和脂肪酸（polyunsaturated fatty acids，PUFAs），其在维持细胞膜流动性及细胞基本功能中发挥重要作用。因为PUFAs 上存在双烯丙基，所以其很容易被氧化[9]。在脂氧化酶家族（lipoxygenases，LOXs），细胞色素P450 氧化还原酶（cytochrome P450 oxidoreductase，POR）及羟基自由基作用下，PUFAs 容易被过氧化，进而诱导细胞发生铁死亡[10]。

1.3 谷胱甘肽代谢干预铁死亡

细胞膜上的Xc-系统主要负责将胞外的胱氨酸和胞内谷氨酸以1∶1 的比例分别转运至胞内及胞外。进入胞内的胱氨酸经过酶促反应最终生成谷胱甘肽[11-12]。在谷胱甘肽过氧化物酶4（glutathione peroxidase 4，GPX4）的作用下，谷胱甘肽还原胞内的脂质过氧化物，减少细胞发生铁死亡[13-14]。

2 肿瘤免疫微环境中的主要免疫细胞

肿瘤免疫微环境不仅包括肿瘤细胞，还包括免疫细胞、肿瘤相关成纤维细胞（cancer-associated fibroblasts，CAFs）、信号分子和细胞外基质（extracellular matrix，ECM）。其中，免疫细胞主要包括CTL 细胞、DC 细胞、NK 细胞、Treg 细胞、MDSC 细胞，以及TAM 细胞。其中，NK 细胞主要在肿瘤早期杀伤肿瘤细胞，是机体预防和杀伤肿瘤的第一道防线。通过其表面的活化受体或抑制性受体识别肿瘤细胞表面非特异性抗原，直接杀伤肿瘤细胞[15]。其次，CD8+T 细胞在抗原呈递细胞协助下激活分化为CTL 细胞。CTL 细胞通过分泌穿孔素、颗粒酶等细胞因子，杀伤肿瘤细胞。CTL细胞是杀伤肿瘤的主力免疫细胞。除了抗肿瘤免疫细胞外，机体同样存在抑制性免疫细胞。Treg 细胞是目前研究最为深入的抑制性免疫细胞之一。通过分泌白细胞介素（interleukin，IL）-10、IL-4 等负性细胞因子，或者通过CTLA4 及转化生长因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）等靶标直接与目标免疫细胞结合，抑制目标免疫细胞的增殖与功能，促进肿瘤免疫逃逸[16]。类似于Treg，MDSC 同样发挥免疫抑制作用。通过分泌精氨酸酶，活性氧和一氧化氮合成酶抑制CTL 及NK 的功能[17]。TAMs 可以分为M1 型（经典型巨噬细胞）和M2 型（替代性活化巨噬细胞）。其中，M1 型在初生肿瘤中水平较高，具有抗肿瘤作用。随着肿瘤进展，M1 型在肿瘤微环境中逐渐向M2 型转化。研究证实M2 型TAMs 促进肿瘤血管生成，发挥促肿瘤进展作用[18]。

3 铁死亡对免疫细胞功能及表型的影响

3.1 铁死亡在CTL 中的免疫调节作用

一项研究发现，免疫检查点抑制剂激活并诱导CD8+T 细胞分泌γ 干扰素。γ 干扰素负向调控肿瘤细胞表面Xc-系统组成蛋白SLC3A2 和SLC7A11 的表达，减少胱氨酸的胞内运输和胞内谷胱甘肽的生成，加剧胞内脂质过氧化水平，促进肿瘤细胞发生铁死亡。人为降低肿瘤细胞胱氨酸和半胱氨酸水平，可以协同增强T 细胞的抗肿瘤作用[19]。另一项研究提示，铁死亡诱导剂可以增强放疗的抗肿瘤效果[20]。过表达GPX4 或FSP1 可以增强CD8+T 细胞对铁死亡的抵抗性，进而发挥其抗肿瘤免疫作用[21]。相反，在T 细胞中敲除GPX4，则会加剧T 细胞内的脂质氧化过程，抑制T 细胞的增殖能力与免疫功能。这些研究证实铁死亡参与调控CTL 的活性与功能，且CTL 影响肿瘤细胞的铁死亡水平。然而，在肿瘤微环境中，肿瘤细胞和CTL 对铁死亡的敏感性强弱问题存在争论。有的研究认为铁死亡诱导剂可以诱导肿瘤细胞发生铁死亡，但对CTL 的影响较小，即铁死亡诱导剂具有增敏肿瘤免疫治疗的效果[22]。然而，也有研究发现，GPX4 抑制剂在体外模型中可以选择性诱导CTL 发生铁死亡，进而促进肿瘤细胞生存[23]。该问题有待进一步的研究与探索。

3.2 铁死亡在TAM 中的免疫调节作用

TAM 主要分为抗肿瘤的M1 型巨噬细胞和促肿瘤的M2 型巨噬细胞。既往研究证实，M1 型和M2 型对铁死亡的敏感性不同。相较于M2 型，M1 型巨噬细胞表达更高的诱导性一氧化氮合成酶，并生成更多的NO 自由基。NO 自由基通过与脂质自由基反应，减少胞内脂质过氧化并抑制细胞发生铁死亡[24]。胰腺癌中，M2 型巨噬细胞比例明显高于M1 型巨噬细胞。研究发现肿瘤细胞以外泌体形式向胞外分泌KRASG12D 蛋白。KRASG12D 蛋白能被巨噬细胞吞噬，并在胞内通过STAT3 介导的方式促进脂肪酸过氧化，诱导巨噬细胞向M2 型分化，促进肿瘤发生免疫逃逸[25]。鉴于M1 的抗肿瘤功能及比例，越来越多的研究者开始研究如何将M2 型巨噬细胞转化为M1型巨噬细胞。研究发现，通过联用铁元素有机纳米骨架颗粒和铁死亡诱导剂，或零价铁纳米颗粒（zero-valent-iron nanoparticle，ZVI-NP），可以诱导M2 型巨噬细胞向M1 型巨噬细胞转化[26]。

3.3 铁死亡在Treg 中的免疫调节作用

Treg 是一类控制体内自身免疫反应性的T 细胞亚群，其主要由胸腺来源的天然Treg 和外周性诱导的Treg 组成。Treg 在维持机体免疫耐受中发挥重要功能。然而在肿瘤微环境中，Treg 通过分泌IL-10、TGF-β 等细胞因子，抑制机体免疫反应，促进肿瘤免疫逃逸[27]。研究发现，GPX4 对维持Treg 免疫抑制功能至关重要。敲除Treg 中的GPX4 虽然不影响Treg细胞的生存，但会增加细胞内的脂质氧化与铁死亡水平，抑制Treg 的免疫调节功能。敲除GPX4 的Treg 细胞通过分泌IL-1β 增强TH17 细胞反应，促进机体抗肿瘤免疫功能[28]。

3.4 铁死亡在MDSC 中的研究

MDSC 来源于骨髓祖细胞和未成熟髓细胞，它是单核巨噬细胞、树突状细胞和粒细胞的前体。在肿瘤患者体内，肿瘤来源的炎症因子激活MDSC，进而发挥免疫抑制作用，促进肿瘤发生免疫逃逸。既往研究提示，N-酰基鞘氨醇氨基水解酶（N-acylsphingosine amidohydrolase，ASAH2）在MDSC 细胞中高表达。通过负向调控p53 蛋白水平，ASAH2 抑制HMOX1 蛋白表达，最终减少活性氧生成，抑制MDSC 发生铁死亡[29]。同时，MDSC 掠夺性吸收细胞间质的胱氨酸，抑制抗原呈递细胞向间质分泌半胱氨酸。这些原因导致T 细胞难以从细胞间质获取足够的半胱氨酸，T 细胞功能被显著抑制[30]。

3.5 铁死亡在DC 中的研究

DC 摄取处理肿瘤相关抗原，并以MHC-肿瘤抗原复合物形式呈递抗原，激活并促进T 淋巴细胞杀伤肿瘤。同时DC 也可以通过促进NK 细胞增殖，增强机体抗肿瘤免疫反应。既往研究提示，肿瘤组织浸润的DC 含有更多的脂质，因此更容易发生铁死亡，从而抑制其抗原呈递功能[31]。另外，GPX4 抑制剂RSL3 处理可以诱导DC 功能失调，而PPARG 敲除可以逆转DC功能失调，维持其抗肿瘤作用[32]。在另一项研究中，Sestrin2 被证实可以抑制LPS 诱导的DC 铁死亡，进而促进DC 的生存和功能[33]。

3.6 铁死亡在NK 细胞中的作用

NK 细胞作为固有免疫细胞，通过穿孔素/颗粒酶途径，Fas 与FasL、TNF-α 与TNFR-1 作用途径及抗体依赖的细胞介导的细胞毒性作用，在抗肿瘤免疫中发挥重要作用。研究发现，肿瘤浸润的NK 细胞中含有更高水平的铁死亡及脂质氧化相关蛋白。相应地，肿瘤浸润的NK 细胞氧化应激水平明显升高，葡萄糖代谢能力显著降低，NK 细胞发生功能紊乱。而在NK 细胞中激活NRF2 蛋白功能，则可以逆转肿瘤微环境对NK 细胞的抑制作用，重新激活NK 细胞的抗肿瘤功能[34]。

4 小结

综上所述，铁死亡是一种新发现的细胞死亡方式、铁离子代谢、脂质代谢及谷胱甘肽代谢是调控铁死亡的关键机制。TIL 是肿瘤免疫微环境最重要的组成成分，其决定机体抗肿瘤免疫活性，调控肿瘤免疫治疗反应性。本综述主要总结了几种常见的TIL，归纳了其对铁死亡的敏感性，并总结了调控其敏感性的关键基因。目前，铁死亡在肿瘤浸润免疫细胞中的研究越发深入。通过该综述，旨在进一步理解铁死亡对肿瘤免疫的调节作用与潜在机制，为肿瘤免疫治疗提供潜在的增敏靶点。