铁死亡在乳腺癌演进及治疗中的作用

王永霞，朱会芳，王明永，千新来，李 娜

（1.新乡医学院第三附属医院病理科，河南 新乡 453000；2.新乡医学院基础医学院病理学系，河南 新乡 453003；3.新乡医学院检验学院，河南 新乡 453003）

乳腺癌（breast cancer）是世界范围内最常见的女性恶性肿瘤，也是导致女性癌症患者死亡的主要原因之一[1]。近年来乳腺癌在我国的发病率及死亡率均呈逐年上升趋势，且发病年龄越来越年轻化，严重危害我国妇女健康[2]。目前乳腺癌的治疗方法主要包括手术、放疗、化疗及联合治疗等，但其整体治疗效果并不十分理想。乳腺癌根据分子表型分为许多亚型，不同分子亚型乳腺癌患者的预后和治疗方案会有不同[3-5]。在所有分子亚型中，三阴乳腺癌（triple-negative breast cancer，TNBC）占15%，预后较差。TNBC 是指雌激素受体（estrogen receptor，ER）、孕激素受体（progesterone receptor，PR）和激素表皮生长因子受体-2（hormone epidermal growth factor receptor-2，HER-2）表达缺失的乳腺癌，这使得其更具有侵袭性，治疗更困难。铁死亡是近年来新发现的一种不同于细胞凋亡和坏死的，并且依赖铁离子及活性氧诱导脂质过氧化损伤引起的调节性细胞死亡方式[6，7]。研究表明，铁死亡参与了包括肿瘤在内的人类多种疾病的发生、发展过程，并与其治疗密切相关。诱导肿瘤细胞发生铁死亡可以有效抑制肿瘤的演进[8]，并为其治疗，特别是已发生治疗抵抗的肿瘤治疗提供新策略[9-12]。本文现就铁死亡在乳腺癌演进及治疗中的作用研究进行综述，以期为乳腺癌的进一步防治提供理论参考。

1 铁死亡概况

铁死亡是由Dixon S 等[13]于2012 年在研究铁死亡诱导剂Erastin 的作用机制时首次发现并命名的。它是一种不同于凋亡与坏死的新细胞死亡方式，可由多种小分子物质诱导，本质是由于铁过载造成的细胞内脂质氧化物代谢失调、活性氧物质（reactive oxygen species，ROS）大量产生而引起的细胞死亡[14]。因此，铁死亡与铁代谢及氧化损伤具有高度相关性。铁死亡不同于传统的凋亡，不能由凋亡抑制剂抑制。在形态学上，铁死亡细胞的特异表现主要为线粒体超微结构的变化，包括体积的减小、双层膜密度增加、线粒体外膜（outer mitochondrial membrane，OMM）线粒体嵴的破坏和消失等，但没有凋亡小体的形成及染色质的浓缩[15，16]。此外，铁死亡也不需要凋亡蛋白，不会消耗能量，也没有凋亡标志物。同时它没有肿胀的细胞质和细胞器，以及细胞膜的破裂，也没有细胞内自噬体的形成。

研究表明[17-20]，铁死亡的调控异常与人类多种疾病的发生密切相关，包括缺血性器官损伤、神经退行性病变和肿瘤等。不同的生理和病理应激状态均可引起铁死亡。铁死亡是一个受多种因素调节的复杂过程，主要与谷胱甘肽水平（glutathione，GSH）、谷胱甘肽过氧化物酶4（glutathione peroxidase 4，GPX4）功能异常和细胞内铁含量异常密切相关[21]。GSH 主要存在于细胞质中，用于清除细胞活性氧，从而控制细胞内的氧化水平，当GSH 水平降低后，细胞会更易于发生铁死亡[22-24]。GPX4 是一种硒蛋白，它可以通过催化过氧化氢和过氧化氢的一些还原反应来保护细胞使其免受损伤[25-27]，从而阻止铁死亡的发生[28-30]。此外，当细胞内铁过载时可形成不稳定铁池（labile iron pool，LIP）。LIP 是一个具有氧化还原活性的铁络合物池，可诱导脂质过氧化，进而诱发铁死亡[31]。因此，铁死亡是细胞内ROS 的堆积导致脂质过氧化，进而破坏膜结构引起的细胞死亡。目前铁死亡在肿瘤演进及治疗中的作用也日益受到关注[32]。

2 铁死亡在乳腺癌演进中的作用

肿瘤的演进是指在恶性肿瘤的生长过程中其侵袭性变得越来越强的现象，包括肿瘤细胞生长速度的加快、向周围组织的浸润及向远处器官的转移[33]。乳腺癌每年的新发病例约占诊断病例的24%，死亡率为总死亡病例的15%[34-36]。然而，乳腺癌早期通常无症状，一旦诊断往往就是晚期。由于晚期乳腺癌患者容易发生脑转移、肺转移及骨转移，往往导致严重后果。近年来的研究发现，铁死亡在乳腺癌的演进过程中扮演着重要角色。以下主要围绕铁死亡发生的两个中心事件，即细胞内铁积累和脂质过氧化，对铁死亡在乳腺癌演进中的相关研究进展进行综述。

已知胱氨酸是合成GSH 的重要物质基础，因此胱氨酸、GSH 及GPX4 含量的减少均可导致乳腺癌细胞发生铁死亡，进而抑制肿瘤的生长[37-39]。通常情况下，GPX4 在乳腺癌中的表达上调，这与胱氨酸/谷氨酸反向转运体（xCT）的两个亚单位SLC7A11 和SLC3A2 的表达增加密切相关；同时，TNBC 中xCT还 可 与MUC1-C 和CD44 变 体（CD44 variant，CD44v）作用，上调GSH 水平，抑制铁死亡的发生，导致了其高增殖、侵袭活性[40，41]。此外还有多种基因/蛋白质、非编码RNA（non-coding RNA，ncRNAs）及信号通路等均参与了乳腺癌中铁死亡的调控过程。比如，miR-5096 通过靶向SLC7A11/xCT 增加了乳腺癌细胞内的ROS、OH-、脂质ROS 和铁积累水平，并降低了GSH 和线粒体膜电位，使线粒体收缩，部分嵴缺失，即诱导了乳腺癌细胞的铁死亡，并进一步抑制了乳腺癌细胞的增殖、迁移及侵袭能力[42]。miR-324-3p 和miR-382-5p 通过与GPX4 和SLC7A11的3'-UTR 结合，诱导铁死亡进而抑制乳腺癌的演进[43，44]。而环状RNA RHOT1 可通过miR-106a-5p/STAT3 轴抑制铁死亡的发生，进而促进乳腺癌的演进[45]。沉默乳腺癌中低表达的糖原合成酶激酶-3β（glycogen synthase kinase-3β，GSK-3β）可上调核因子E2 相关因子2（nuclear factor erythroid 2-related factor 2，NF-E2）和GPX4 的表达，抑制肿瘤细胞的铁死亡，促进其演进[46]。乳腺癌细胞中的硬脂酰辅酶A 去饱和酶-1（stearoyl-CoA desaturase-1，SCD1）可以和肿瘤微环境中的脂肪酸结合蛋白-4（fatty acid biding protein-4，FABP4），起到协同保护肿瘤细胞作用，使其免受氧化应激诱导的铁死亡影响[47]。PI3K-AKT-mTOR 信号通路的过度激活还可通过甾醇调节元件结合蛋白1（sterol regulatory elementbinding protein 1，SREBP1）/SCD1 介导的脂质合成来抑制铁死亡的发生[48]。复发性乳腺癌中上皮间质转化（epithelial mesenchymaltransformation，EMT）调节因子TWIST 和SNAIL 以DDR2 依赖的方式显著诱导肿瘤细胞的铁死亡[49]。此外，ACSL4、KLF4 也是铁死亡信号通路中的关键分子，它们均可以抑制乳腺癌细胞发生铁死亡而维持其恶性生物学特征[50-52]。有关肿瘤抑制因子p53 在铁死亡中的作用也备受关注。研究发现[53]，其在肿瘤中抑制或促进铁死亡的发生，主要取决于周围细胞环境。而目前研究结果显示，p53 在乳腺癌中主要为促铁死亡发生的作用，但其具体分子机制尚有待进一步探究。

引起肿瘤细胞铁死亡的另一个中心事件是细胞内的铁积累。研究发现，高饱和度乳铁蛋白即全乳铁蛋白（Iron-saturated Lactoferrin/Holo-Lactoferrin，Holo-Lf）可以显著增加乳腺癌MDA-MB-231 细胞内的铁含量，促进ROS 生成，导致细胞铁死亡的发生；而低饱和度乳铁蛋白可以上调SLC7a11 表达，增加GSH 生成，进而抑制MDA-MB-231 细胞的铁死亡[54]。破坏人乳腺癌细胞中CISD2 的功能可以导致线粒体不稳定铁（mitochondrial labile iron，mLI）立即破坏，并且这种破坏会引起线粒体ROS 水平增强，进而导致铁死亡的激活[55]。铁自噬也是调控铁蛋白水平、调节体内铁含量的主要途径之一，铁蛋白沉积是诱发铁死亡的关键；铁运输障碍也是导致细胞内铁含量增加主要原因之一。铁转运蛋白-1（ferroportin 1，FPN1）就是一种运载铁的蛋白，敲除该基因即可导致细胞内铁超载引起铁死亡[56]。因此，铁死亡在乳腺癌演进过程中发挥着重要作用，诱发肿瘤细胞的铁死亡可有效阻止其在患者体内的恶性进展，从而改善患者的生存和预后。

3 铁死亡在乳腺癌治疗中的作用

临床上对于乳腺癌的治疗除了常用的外科手术、放疗和化疗外，还有个体化靶向治疗[57]。但几乎所有的靶向及化疗药物都会随着治疗时间的延长产生耐药性。有研究显示[58，59]，Erastin 可以通过诱导铁死亡的发生而显著提高替莫唑胺、顺铂、阿糖胞苷和阿霉素等药物的化疗效果。因此，铁死亡为研发新的抗肿瘤药物及克服肿瘤耐药带来了新希望[60]。近年来，很多学者也在致力于发掘有效的靶向细胞铁死亡乳腺癌治疗，以期明显改善其当前治疗效果。

我国学者曾报道了一个基于单宁酸（TA）和亚铁离子[Fe（Ⅱ）]的亚铁供应纳米载体，体内、外肿瘤抑制实验研究结果显示，该载体的应用可有效提高肿瘤细胞内ROS 水平，降低GSH 和GPX4 水平，成功诱导了乳腺癌细胞特别是TNBC 细胞的铁死亡，故该载体的应用有望改善乳腺癌的治疗效果[61]。抗肿 瘤 新 药 偶 氮 苯 combretastatin A4（azoben-zenecombretastatin A4，Azo-CA4）纳米载体进入乳腺癌细胞内也明显提升了细胞脂质过氧化，异种移植小鼠模型实验也进一步证实了其可以通过诱导铁死亡，降低乳腺癌细胞，特别是TNBC 细胞的活力，从而证实了抗肿瘤新药Azo-CA4 对乳腺癌，尤其是TNBC 的治疗有效性[62]。此外，多种药物如柳氮磺胺吡啶、姜黄素、丹参、二甲双胍、利多卡因、西拉美辛和拉帕替尼等，均被证实可通过铁死亡途径显著增强乳腺癌的治疗效果[63-65]。混合谱系白血病（mixed lineage leukemia，MLL）抑制剂MI-463 与硫氧还蛋白还原酶抑制剂金诺芬（auranofin）的联合使用，也可通过诱导铁死亡增强乳腺癌的治疗效果，且这种增强效果可被铁抑素-1（ferrostatin-1）消除，进一步证实了其是通过靶向肿瘤细胞铁死亡的一种治疗方案[66]。

乳腺癌的转移、扩散和复发，以及对传统化疗的耐药性的产生，均与肿瘤干细胞（cancer stem cell，CSCs）的存在密切相关。CSCs 是一种具有自我更新、分化和致瘤性的肿瘤细胞亚群。消除乳腺癌CSCs对于改善当前乳腺癌的治疗效果有重要意义。研究发现[67]，盐霉素与涂有聚乙二醇的生物相容性金纳米颗粒（AuNPs）结合，可诱导乳腺癌细胞内的氧化应激、线粒体功能障碍和脂质氧化，导致铁死亡的发生，从而有效消除乳腺癌CSCs。Taylor WR 等[68]也研发了一类新的小分子铁死亡诱导剂，体外功能实验研究发现，这些化合物对具有CSCs 特性的乳腺癌细胞显示出更为显著的细胞毒性。奈拉替尼是一种不可逆泛酪氨酸激酶抑制剂，目前已被证实其也是一种有效的铁死亡诱导剂，研究者利用一种缺乏ER 表达、但高表达HER-2 的乳腺癌高转移细胞模型TBCP-1 证实奈拉替尼有效抑制了乳腺癌的生长和转移[69]。

总之，研发有效的诱导乳腺癌细胞发生铁死亡的药物，可能对杀伤乳腺癌细胞具有更显著的作用，抑制肿瘤生长，并有效降低其侵袭、转移的发生率，从而明显改善乳腺癌的治疗效果。

4 总结

铁死亡已成为近年来医学界研究的热点问题之一，它在包括肿瘤在内的很多临床疾病的治疗中均显示出了巨大的应用潜力。尽管目前其在乳腺癌演进及治疗中的作用研究也取得了一定进展，但仍有许多问题亟待解决。首先，虽然细胞内铁积累和脂质过氧化作为铁死亡发生的原因已广为大家接受，但其中的很多具体分子机制尚未完全诠释。其次，虽然目前已有很多实验性研究证实了相关铁死亡靶点药物的抗肿瘤活性，但其在乳腺癌临床治疗中的应用还有诸多问题尚未解决。因此，还需要对乳腺癌中铁死亡发生的具体调控分子机制进行深入探讨，研发有效的靶向铁死亡的乳腺癌治疗药物，以期为乳腺癌的进一步防治提供理论参考。