铁死亡与胃癌的研究进展*

李瑞林，张彩虹，刘 刚，周 迪，郭 雪 综述，左 媛 审校

1.内蒙古医科大学第二附属医院医学检验中心，呼和浩特 010030；2.内蒙古医科大学附属医院检验科,呼和浩特 010050

在正常生理状态下，多不饱和脂肪酸(PUFA)经常会被脂氧合酶氧化，但立即被谷胱甘肽过氧化物酶4(GPX4)及其辅因子谷胱甘肽(GSH)还原[1]。然而，当GPX4被抑制或GSH被耗尽时，PUFA不能被及时还原，使脂质过氧化物在细胞中过度积累，导致细胞死亡，这种死亡方式称为铁死亡[2-3]。这一新型的细胞死亡方式，广泛参与神经退行性疾病、器官缺血性疾病、癌症[3]。肿瘤的治疗一直是世界的难点，胃癌的发病率在所有恶性肿瘤中位居第5位，但死亡率却居第3位，这与胃癌的复发、转移和耐药性相关[4-5]。本文阐述了胃癌与铁死亡的相关机制，旨在为胃癌的诊治提供新思路。

1 铁死亡的调控途径

铁死亡细胞的主要特征是线粒体浓缩，双层膜通透性增加，线粒体嵴减少或缺失。铁代谢与脂质作用会产生有毒的活性氧(ROS)，体内的抗氧化剂会清除ROS，保持稳态，但细胞脂质过氧化物的过多积累，就会触发细胞质膜破裂，导致铁死亡。有关铁死亡的调控途径如下。

1.1Xc-GSH依赖性途径 调节铁死亡的主要途径是谷氨酸-胱氨酸转运体-Xc系统，转运体系Xc由溶质载体家族7成员11(SLC7A11)和溶质载体家族3成员2(SLC3A2)组成。GPX4具有重要的抗铁死亡作用，将细胞内的有毒脂质过氧化物转化为无毒脂质醇，GSH是GPX4的辅因子，是调节铁死亡的关键成分，而GSH的合成依赖Xc系统[6]。

1.2铁死亡抑制蛋白1(Fep1)依赖途径 Fep1依赖途径，被报道是一种新的且独立于GPX4调控铁死亡的途径。FSP1是该途径中主要的铁死亡抑制蛋白，它与辅酶Q10协同作用催化泛醌转化为泛醇，防止细胞膜脂质过氧化[7-8]。

1.3二氢口酸脱氢酶(DHODH)依赖途径 MAO等[9]于2021年发现了DHODH依赖途径，DHODH也通过将泛醌还原成泛醇来介导铁死亡，这种现象在线粒体中独特存在[9]。

1.4电压依赖性阴离子通道(VDACs) 位于线粒体外膜上，是运输离子和代谢产物的重要通道。异常开放的VDACs会导致线粒体代谢增加，ROS生成增多，脂质过氧化作用增强，最终导致铁死亡[10]。

2 铁死亡的关键调节因子

2.1铁稳态 细胞内铁的平衡主要由铁的储存和输出来决定。铁调节蛋白1(IRP-1)和铁调节蛋白2(IRP-2)是参与铁代谢的重要转录因子，可靶向调节运输铁的转铁蛋白(TF)和转铁蛋白受体1(TFR1)。相反，铁卟啉，又称溶质载体家族40成员1(SLC40A1)，主要调控铁的输出，被认为是铁死亡的负调节因子[11]。除了通过铁转运系统调节细胞铁水平外，游离细胞铁也可以通过铁的储存来调节。铁蛋白是IRP1和IRP2的另一个靶点，与游离细胞铁结合，防止细胞发生铁死亡[12]。通过降低铁的贮存或者增加铁的摄取来调控细胞铁水平，可导致铁超载，最终导致铁死亡。铁是一种氧化还原剂，易与H2O2发生芬顿(Fenton)反应，产生对细胞具有氧化损伤的羟自由基，诱导脂质过氧化。许多研究表明，铁代谢相关的基因是铁死亡不可缺少的元素。YANG等[13]观察到，磷酸化酶激酶催化亚基γ2(PHKG2)通过调节游离Fe2+离子水平正向调控铁死亡，而抑制PHKG2的表达则表现出铁螯合效应。核受体共激活因子4(NCOA4)可将铁蛋白运送到自噬体，通过降解铁蛋白，释放游离铁到细胞质中。下调NCOA4的表达可降低人胰腺癌细胞(PANC1)和人纤维肉瘤细胞(HT-1080)对铁死亡的敏感性。此外，如NRF2、热休克蛋白β-1和CDGSH含铁硫结构域蛋白1(CISD1)，也可以影响细胞对铁死亡的敏感性[14]。

2.2GSH稳态 GSH是细胞内的重要抗氧化剂，是由L-谷氨酸、L-半胱氨酸和甘氨酸合成的，因此这些氨基酸的浓度会影响细胞内GSH浓度。系统XC主要介导细胞内L-谷氨酸和胞外L-胱氨酸的交换，胱氨酸被还原为半胱氨酸，促进GSH的合成，维持GSH稳态。有研究表明，在氧化应激下，胱硫氨酸-b合成酶通过促进蛋氨酸转化为半胱氨酸，从而促进GSH的合成[15-16]。因此，即使细胞内Xc系统被抑制，通过转硫途径也可合成半胱氨酸，也说明Xc系统抑制剂不能完全杀死细胞。

OTTESTAD-HANSEN等[17]的研究表明谷氨酸的摄取和GSH的合成可能通过影响Xc系统，介导铁死亡的发生。erastin、磺胺嘧啶(SAS)、高浓度的谷氨酸及Xc体系的小分子抑制剂，可阻碍细胞摄取半胱氨酸，破坏细胞内GSH稳态，导致细胞内GSH的缺乏和铁死亡[18]。而用β-巯基乙醇将胱氨酸转化为半胱氨酸后，半胱氨酸可被转运到细胞旁路系统Xc中，因此，β-巯基乙醇处理可以阻止Xc系统诱导的细胞死亡[19]。

GPX4是调控铁死亡进程的主要过氧化物酶，对防止铁死亡至关重要。GPX4抑制剂RSL3是一种参与铁死亡调控的小分子化合物，通过共价键直接靶向抑制GPX4的活性。GSH是GPX4的辅助因子，其缺乏症也可间接阻滞GPX4的功能[6]。因此，GSH的耗竭和GPX4的抑制在铁死亡过程中起着非常重要的作用。

2.3多不饱和脂肪酸稳态 脂肪酸(F7As)主要包括多不饱和脂肪酸(PUFAs)、饱和脂肪酸(SFAs)和单不饱和脂肪酸(MUFAs)。参与调节PUFA合成膜磷脂的脂酶可触发铁死亡，主要脂酶有ACSL4、LPCAT3、15-LOX/PEBP1等。铁死亡主要发生在质膜磷脂酰乙醇胺(PES)中，它由两个特定的脂肪酸链——花生四烯酸(AA)和肾上腺素(Ada)组成[20]。长链脂肪酸蛋白5(ELOVL5)和脂肪酸去饱和酶1(FADS1)可阻断脂肪酸伸长，阻碍AA和Ada的合成，能有效抑制铁死亡[5]。

酰基辅酶A合成酶长链家族成员4(ACSL4)，是一种重要的脂代谢调节因子，是脂肪酸分解代谢的关键酶，ACSL4可以激活长链多不饱和脂肪酸并参与膜磷脂的合成，如ACSL4促进AA和Ada酯化为PE。虽然溶血磷脂酰胆碱酰基转移酶3(LPCAT3)也能催化酰化的AA插入到膜磷脂中并触发铁死亡，而与ASCL4相比，其对铁死亡的影响较小[21]。值得注意的是，在质膜上用MUFA代替PUFA，可以抑制脂质ROS的积累，防止铁死亡[22]。

脂肪氧合酶(LOX)是一种非血红素、含铁的酶效应蛋白，介导铁死亡相关过氧化物的形成。目前的研究表明，LOX主要与PEBP1形成复合物，PEBP1通过变构调节LOX，使其调节铁死亡信号通路sn2-15-氢过氧基-二十碳四烯基-磷酸二乙醇胺(sn2-15-HpETE-PE)，从而引发铁死亡[23]。LOX/PEBP1复合物在多种不饱和脂肪酸中是如何选择特定的脂肪酸进行氧化的机制仍然未知，还需后续的进一步研究。

3 铁死亡在胃癌中的作用

胃癌的大多数患者是在晚期诊断的，对于晚期患者，放化疗和手术治疗仍不理想，治疗效果差，耐药性增加。诸多研究发现多个铁死亡相关基因可作为胃癌患者的诊断和预后指标，有助于胃癌的诊断和治疗，LIU等[24]发现了GABARAPL1、ZFP36、DUSP1、TXNIP、NNMT、MYB、PSAT1和CXCL2；HUO等[25]发现了AKAP12、DUSP1、EFNA3、LOX、PIM1、SERPINE1、STC1和ZFP36；CHEN等[26]发现了NADPH氧化酶4(NOX4)、NOX5、SLC1A5、GLS2、MYB、TGFBR1、NF2、ZFP36、DUSP1、SLC1A4和SP1；JIANG等[27]发现了TCFBR1、MYB、NFE2L2、ZFP36、TF、SLC1A5、NF2和NOX4；黄玉等[28]NOX4、NOX5、GLS2、MYB、TGFBR、DUSP1、SLC1A4、NF2。

部分铁死亡相关基因直接调控GPX4/GSH系统。例如，MYB是一种原癌转录因子，调节GPX4在铁死亡过程中的表达[29]。磷酸转氨酶1(PSAT1)通过促进GSH合成而抑制铁死亡[30]。SLC1A5是摄取谷氨酰胺的必要条件，谷氨酰胺是合成GSH的关键底物[31]。此外，调控ROS和脂质过氧化物合成的基因也被确定为铁死亡的生物标志物，如LOX、NADPH氧化酶4(NOX4)和ZFP36。据报道，RNA结合蛋白ZFP36可调节细胞对脂质过氧化的反应，保护细胞免于铁死亡[32],ZFP36作为几项研究的共有基因，与胃癌的临床预后有密切关系。在这些独立研究中，虽然铁死亡相关的基因有很大的差异，但胃癌与铁死亡的密切关系是不容忽视的，目前还不清楚这些相关基因对胃癌具体的早期诊断作用。

在胃癌细胞中，GPX4的表达较正常肠细胞低，表现出对铁死亡更加敏感。研究表明，抑制GPX4的活性能有效地诱导胃癌细胞铁死亡。阿帕替尼是血管内皮生长因子受体-2(VEGFR2)的小分子抑制剂，它降低了胃癌细胞GPX4的表达，抑制了转录因子甾醇调节元件结合蛋白1α(SREBP-1α)的表达已被证明是治疗胃癌的有效药物[33]。近期研究表明，穿心莲通过调节铁死亡相关基因具有抗胃癌作用[34]。另一个调节胃癌铁死亡的治疗靶点是Xc-转运体系。作为一种经典的铁死亡诱导剂，伊拉斯汀通过抑制SLC7A11/XCT系统，触发铁死亡，抑制胃癌细胞的存活[35]。ZHANG等[36]研究表明，麦冬皂苷B通过阻断GPX4/xCT依赖的铁死亡途径诱导胃癌细胞死亡。

在胃癌中，除了GPX4/GSH系统外，直接参与铁死亡调控的多种功能蛋白也发生了显著变化。例如，硬脂酰辅酶A去饱和酶1(SCD1)可将饱和脂肪酸转化为MUFA，SCD1的高表达与胃癌细胞的生长和铁死亡的抑制有关，可作为预测胃癌预后的生物标志物[37]。在间充质型胃癌细胞中，极长链脂肪酸蛋白5(ELOVL5)和脂肪酸去饱和酶1(FADS1)的表达上调，AA和Ada的合成增多，表现出对铁死亡更敏感[5]。此外，铁死亡也是由转录因子间接调节的，胞质多腺苷酸结合蛋白(CPEB)是调节mRNA翻译的关键因子,CPEB的低表达与胃癌的转移有关[38]。CPEB1的减少增加了激活转录因子4(ATF4)抑制剂Twist1的表达，从而减弱了ATF4/GSH特异性γ-谷氨酰环转移酶1(CHAC1)通路[38]。CHAC1的降低是为了抑制GSH的降解，进一步保护胃癌细胞免于铁死亡。

此外，miRNA和环状RNA的失调也与铁死亡相关的胃癌有关。例如，大黄素甲醚-8-O-葡萄糖苷(PG)通过miR-103a-3p/磷酸谷氨酰胺酶(GLS2)通路增加GLS2的表达而促进铁死亡[39]。GLS2是p53诱导调节因子，将谷氨酰胺转化为谷氨酸，用于GSH的合成。因此，miR-103a-3p通过改变细胞GSH水平来调控胃癌。此外，左旋丁哌卡因是一种局部麻醉剂，通上调miR-489-3p，作用于SLC7A11/xCT靶点来抑制胃癌[40]。有研究发现，miRNAs和环状RNAs可被外泌体转运，通过旁分泌信号在肿瘤微环境中调节铁死亡，如癌症相关成纤维细胞分泌的外泌体miR-522可通过调控花生四烯酸酯氧合酶15(ALOX15)来间接调控细胞的铁死亡[41]。近期，许多研究表明，与铁死亡相关的长链非编码RNA即Lnc RNA也参与胃癌的调控，可能成为胃癌的诊断和预后标志物[42-43]。

在全球范围内，超过50%的人感染了幽门螺杆菌。而幽门螺杆菌诱导的胃癌也可通过铁死亡的激活而减轻。miR-375曾被报道能通过降低Janus激酶2-信号转导和转录激活因子3(JAK2-STAT3)抑制幽门螺杆菌诱导的胃癌[44]。最近的一项研究发现，miR-375可直接抑制谷氨酸/胱氨酸反转运体SLC7A11/xCT，降低细胞内GSH水平，触发了铁死亡过程[45]。

已有研究报道，胃癌等肿瘤患者癌组织或血清中的生长分化因子GDF15(GDF15)水平升高，而且GDF15水平升高与肿瘤患者预后不良有关，表明GDF15有望成为肿瘤进展的预测指标[46]。CHEN等[46]研究表明，敲低胃癌细胞MGC803 中GDF15，可使 SLC7A11 表达降低进而抑制system Xc-活性,促进erastin诱导的胃癌细胞铁死亡。

4 结 语

综上所述，铁死亡与胃癌有密切关系，很可能成为胃癌预后和治疗的新靶点，化疗药物的耐药性成为胃癌患者治疗的一大问题，激活转录因子3(ATF3)可能通过阻断Nrf2/Keap1/xCT信号通路诱导铁死亡，增加胃癌细胞对顺铂的敏感性，为耐药患者提供了一种有效的治疗方法[47]。铁死亡在调控细胞死亡中有重要的作用，需继续研究其对肿瘤的调控机制，研制靶向药物，高效有选择性的杀死肿瘤细胞。