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前言

鐵死亡是最近發(fā)現(xiàn)的一種程序性細(xì)胞死亡，在腫瘤生物學(xué)和治療中發(fā)揮著重要作用。這種獨(dú)特的細(xì)胞死亡形式，以鐵依賴性脂質(zhì)過(guò)氧化為特征，由脂質(zhì)、鐵和氨基酸代謝等細(xì)胞代謝網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行精確調(diào)節(jié)。

不同腫瘤對(duì)鐵死亡的敏感性不同。最近的證據(jù)表明，三陰性乳腺癌（TNBC），這種治療手段有限、高度侵襲性的疾病，特別容易受到鐵死亡誘導(dǎo)物的影響，表明這種新形式的非凋亡性細(xì)胞死亡是治療“難治”性腫瘤的一個(gè)有吸引力的靶點(diǎn)。

有趣的是，鐵死亡最近被認(rèn)為與T細(xì)胞介導(dǎo)的抗腫瘤免疫有關(guān)，并影響腫瘤免疫治療的效果。因此，更好地理解這種鐵依賴性的細(xì)胞死亡將有助于發(fā)現(xiàn)新的癌癥聯(lián)合治療策略，具有重要的生物學(xué)意義和臨床意義。

鐵死亡的分子機(jī)制

鐵死亡是一種由鐵依賴性脂質(zhì)過(guò)氧化引起的調(diào)節(jié)性細(xì)胞死亡。鐵死亡的三個(gè)關(guān)鍵特征已被破解：膜脂過(guò)氧化、細(xì)胞內(nèi)鐵的可用性和抗氧化防御的喪失。

脂質(zhì)過(guò)氧化

脂質(zhì)過(guò)氧化導(dǎo)致脂質(zhì)雙層的破壞和膜的損傷，隨后導(dǎo)致細(xì)胞死亡。細(xì)胞膜富含含有多不飽和脂肪酸（PUFA）的磷脂（PLs），極易受到ROS誘導(dǎo)的過(guò)氧化作用的影響。能夠經(jīng)受過(guò)氧化作用的膜PUFA的可用性對(duì)于鐵死亡至關(guān)重要。

多不飽和脂肪酸需要合成、活化并整合到膜PLs中才能參與這一致死過(guò)程，這需要兩種關(guān)鍵酶，�；�輔酶A合成酶長(zhǎng)鏈家族成員4（ACSL4）和溶血磷脂酰膽堿�；�轉(zhuǎn)移酶3（LPCAT3）。ACSL4能夠催化長(zhǎng)鏈多不飽和脂肪酸與輔酶A（CoA）的連接，LPCAT3促進(jìn)這些產(chǎn)物的酯化和并入膜磷脂。

某些脂氧合酶（LOX）被認(rèn)為是可以直接氧化膜雙層中含有PUFA的脂質(zhì)的主要酶。然而，LOX介導(dǎo)的鐵死亡誘導(dǎo)機(jī)制仍有待進(jìn)一步研究。另一種酶，細(xì)胞色素P450氧化還原酶（POR），最近被認(rèn)為參與啟動(dòng)脂質(zhì)過(guò)氧化。

鐵積累

正如“鐵死亡”這個(gè)名字所指，鐵是執(zhí)行細(xì)胞鐵死亡所必需的。鐵是芬頓反應(yīng)不可或缺的元素，芬頓反應(yīng)產(chǎn)生自由基并介導(dǎo)脂質(zhì)過(guò)氧化。此外，鐵是激活含鐵酶LOX和POR所必需的，這兩種酶負(fù)責(zé)氧化膜PUFA。此外，鐵對(duì)于參與細(xì)胞活性氧產(chǎn)生的氧化還原代謝過(guò)程非常重要。

由于鐵在鐵死亡的發(fā)生中起著關(guān)鍵作用，細(xì)胞鐵池通過(guò)調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)鐵儲(chǔ)存、釋放、輸入和輸出的相關(guān)基因而受到復(fù)雜的控制。細(xì)胞不穩(wěn)定鐵的變化影響細(xì)胞對(duì)鐵死亡的敏感性。例如，據(jù)報(bào)道，鐵輸入轉(zhuǎn)鐵蛋白的增加或鐵儲(chǔ)存蛋白的降解可增加細(xì)胞鐵的利用率并使細(xì)胞對(duì)鐵死亡敏感。

抗氧化能力喪失

在正常情況下，鐵介導(dǎo)的脂質(zhì)氧化受到細(xì)胞抗氧化防御系統(tǒng)的嚴(yán)格控制。谷胱甘肽過(guò)氧化物酶4（GPX4）被認(rèn)為是關(guān)鍵的抗氧化酶，直接作用于消除脂質(zhì)雙層中的氫過(guò)氧化物并防止致命脂質(zhì)ROS的積累。

GPX4使用谷胱甘肽（GSH）作為底物，將膜磷脂氫過(guò)氧化物還原為無(wú)害的脂醇。GSH的合成是GPX4活性所必需的，需要三種氨基酸：半胱氨酸、甘氨酸和谷氨酸。半胱氨酸是谷胱甘肽合成的限速底物，是谷胱甘肽合成的重要組成部分。哺乳動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)半胱氨酸的豐度主要受xc系統(tǒng)的兩個(gè)亞單位SLC7A11和SLC3A2條調(diào)節(jié)。小分子抑制劑如erastin，可抑制SLC7A11介導(dǎo)的胱氨酸輸入，可在多種癌癥中誘發(fā)鐵死亡。

最近發(fā)現(xiàn)了一種替代的GXP4非依賴性鐵死亡抑制機(jī)制。鐵死亡抑制蛋白1（FSP1）－CoQ系統(tǒng)能夠保護(hù)細(xì)胞免受GPX4抑制誘導(dǎo)的鐵死亡。FSP1可通過(guò)減少脂質(zhì)自由基來(lái)防止脂質(zhì)過(guò)氧化。因此，細(xì)胞利用兩條途徑，即cysteine－GSH－GPX4和FSP1 CoQ軸來(lái)抑制脂質(zhì)過(guò)氧化和預(yù)防鐵死亡。當(dāng)這些抗氧化防御系統(tǒng)被鐵依賴性脂質(zhì)ROS積累所壓倒時(shí)，就會(huì)發(fā)生鐵死亡。

鐵死亡與TNBC

不同類型的癌癥對(duì)鐵死亡的敏感性差異很大。最近的證據(jù)表明，TNBC中與鐵死亡相關(guān)的代謝途徑（如脂質(zhì)、鐵和氨基酸代謝）相關(guān)的基因表達(dá)發(fā)生了改變，使得這種難治性腫瘤本質(zhì)上易受鐵死亡的影響。TNBC對(duì)鐵死亡的特殊敏感性突出了這種非凋亡死亡途徑作為TNBC藥物靶點(diǎn)的吸引力。

脂質(zhì)代謝

脂質(zhì)代謝失調(diào)可導(dǎo)致脂質(zhì)過(guò)氧化和鐵死亡，ACSL4是鐵死亡執(zhí)行的一個(gè)重要組成部分。有趣的是，研究發(fā)現(xiàn)，與其他類型的乳腺癌相比，ACSL4在TNBC中優(yōu)先表達(dá)，其表達(dá)可預(yù)測(cè)其對(duì)鐵死亡的敏感性。最近的一項(xiàng)研究還觀察到ACSL4在TNBC腫瘤和細(xì)胞系中顯著高表達(dá)。鑒于ACSL4使細(xì)胞膜富集長(zhǎng)鏈PUFA，表明TNBC富含PUFA，因此對(duì)鐵死亡特別敏感。

鐵代謝

足夠的細(xì)胞內(nèi)鐵是執(zhí)行鐵死亡的必要條件。與正常細(xì)胞相比，癌細(xì)胞表現(xiàn)出更高的對(duì)鐵的依賴性以促進(jìn)生長(zhǎng)。最近的一項(xiàng)研究表明，與非TNBC腫瘤和細(xì)胞系相比，調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)鐵水平的基因在TNBC中明顯高表達(dá)。特別是，在TNBC中觀察到大量低水平的鐵輸出轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，伴隨著鐵輸入轉(zhuǎn)鐵蛋白受體的高水平表達(dá)。這些參與鐵代謝調(diào)節(jié)基因表達(dá)的改變可能有助于增加細(xì)胞不穩(wěn)定鐵庫(kù)，促進(jìn)鐵依賴性脂質(zhì)過(guò)氧化，使TNBC成為富含鐵的腫瘤，易發(fā)生鐵死亡。

氨基酸代謝

氨基酸代謝對(duì)于由SLC7A11介導(dǎo)的胱氨酸攝取、GSH生物合成和GPX4活性組成的抗氧化防御系統(tǒng)至關(guān)重要。癌細(xì)胞可能表現(xiàn)出對(duì)特定氨基酸代謝途徑的依賴性改變，一項(xiàng)早期研究發(fā)現(xiàn)，與其他類型的乳腺癌相比，TNBC表現(xiàn)出明顯依賴于補(bǔ)充SLC7A11所需的谷氨酰胺代謝，提示TNBC與鐵死亡的潛在聯(lián)系。

此外，與非TNBC腫瘤相比，TNBC腫瘤中GSH合成酶（GSS）的表達(dá)降低，GSH合成酶是GSH合成的關(guān)鍵酶之一。與其他類型的乳腺癌相比，TNBC中GPX4的表達(dá)也較低。低細(xì)胞內(nèi)GSH和GPX4表達(dá)可能削弱抗氧化防御能力，增加脂質(zhì)過(guò)氧化的可能性，使TNBC對(duì)促進(jìn)鐵死亡的藥物特別敏感。

腫瘤免疫治療中的鐵死亡

最近發(fā)現(xiàn)，鐵死亡有助于CD8＋T細(xì)胞的抗腫瘤作用，并影響抗PD－1／PD－L1免疫治療的效果。免疫治療與促進(jìn)鐵死亡的方式相結(jié)合，如放射治療和靶向治療，可以通過(guò)鐵死亡產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，以促進(jìn)腫瘤控制。

免疫治療與胱氨酸限制的聯(lián)合應(yīng)用

最近有報(bào)道稱，抗PD－L1免疫療法激活的CD8＋T細(xì)胞通過(guò)PD－L1阻斷后分泌IFN－γ促進(jìn)腫瘤細(xì)胞鐵死亡。分泌型IFN－γ顯著下調(diào)腫瘤細(xì)胞中SLC3A2和SLC7A11的表達(dá)，導(dǎo)致胱氨酸攝取減少、脂質(zhì)過(guò)氧化增強(qiáng)和隨后的鐵死亡。胱氨酸／半胱氨酸酶與抗PD－L1協(xié)同作用，通過(guò)誘導(dǎo)鐵死亡可以產(chǎn)生有效的抗腫瘤免疫。

免疫治療聯(lián)合靶向治療

最近的一項(xiàng)研究表明，抗PD－L1治療的耐藥性可通過(guò)與TYR03受體酪氨酸激酶（RTK）抑制劑的聯(lián)合來(lái)克服，該抑制劑可促進(jìn)鐵死亡。在抗PD－1耐藥的腫瘤中發(fā)現(xiàn)TYR03的表達(dá)增加。機(jī)制上，TYR03信號(hào)通路上調(diào)關(guān)鍵的鐵死亡基因如SLC3A2的表達(dá)，從而抑制腫瘤性鐵死亡。在TNBC同基因小鼠模型中，抑制TYR03可促進(jìn)鐵死亡并使腫瘤對(duì)抗PD－1療法敏感。該研究揭示了通過(guò)使用TYR03抑制劑解除鐵死亡是克服免疫治療耐藥性的有效策略。

免疫治療聯(lián)合放療

最近的證據(jù)表明，放療與免疫治療的協(xié)同效應(yīng)與對(duì)鐵死亡的敏感性增加有關(guān)。輻射已被證明可誘發(fā)鐵死亡，并且在經(jīng)輻射處理的癌細(xì)胞中觀察到鐵死亡的遺傳和生化特征。其機(jī)制涉及輻射誘導(dǎo)的ROS生成和ACSL4的上調(diào)，導(dǎo)致脂質(zhì)合成增強(qiáng)、脂質(zhì)過(guò)氧化增加和隨后的膜損傷。因此，放療的抗腫瘤作用不僅可歸因于DNA損傷誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡，還可歸因于鐵死亡的誘導(dǎo)。放療與免疫療法協(xié)同下調(diào)SLC7A11，由DNA損傷激活激酶ATM和IFN－γ介導(dǎo)，導(dǎo)致胱氨酸攝取減少、鐵死亡增加和腫瘤控制增強(qiáng)。這些研究揭示了鐵死亡是免疫治療和放療協(xié)同作用的一種新機(jī)制。

免疫治療與T細(xì)胞鐵死亡抑制劑的聯(lián)合應(yīng)用

除了誘發(fā)腫瘤性鐵死亡外，T細(xì)胞本身也可能發(fā)生鐵死亡，這可能會(huì)減弱其免疫反應(yīng)。缺乏GPX4的T細(xì)胞迅速積累膜脂質(zhì)過(guò)氧化物，同時(shí)發(fā)生鐵死亡。與癌細(xì)胞類似，ACSL4對(duì)CD8＋T細(xì)胞的鐵死亡及其免疫功能也是必不可少的。

最近，兩項(xiàng)研究表明，CD8＋腫瘤浸潤(rùn)淋巴細(xì)胞中CD36的表達(dá)增加。T細(xì)胞固有的CD36促進(jìn)氧化脂質(zhì)的攝取并誘導(dǎo)脂質(zhì)過(guò)氧化，從而導(dǎo)致CD8＋T細(xì)胞功能障礙。這些發(fā)現(xiàn)揭示了CD8＋T細(xì)胞鐵死亡是腫瘤免疫抑制的一種新模式，并強(qiáng)調(diào)了阻斷CD36以增強(qiáng)抗腫瘤免疫的治療潛力。值得注意的是，該研究還表明GPX4在調(diào)節(jié)CD8＋TIL的抗腫瘤功能中發(fā)揮作用。因此，通過(guò)GPX4抑制劑在癌細(xì)胞中治療性誘導(dǎo)鐵死亡可能會(huì)對(duì)T細(xì)胞產(chǎn)生不必要的靶向效應(yīng)，并產(chǎn)生不良毒性。

小結(jié)

鐵死亡是由含有PUFA的脂質(zhì)的氧化、細(xì)胞內(nèi)鐵的積累和抗氧化防御的喪失所驅(qū)動(dòng)的。鐵死亡的調(diào)節(jié)在包括TNBC在內(nèi)的多種癌癥類型中都有作用。特別是，TNBC表現(xiàn)出鐵死亡相關(guān)基因的獨(dú)特表達(dá)模式，使其特別容易受到鐵死亡誘導(dǎo)物的影響。因此，針對(duì)這種難治性腫瘤，靶向鐵死亡可能是一種有希望的治療策略。

此外，鐵死亡在T細(xì)胞介導(dǎo)的抗腫瘤免疫中起重要作用，影響免疫治療的效果。通過(guò)直接或間接誘導(dǎo)鐵死亡，如放射治療和靶向治療，成為改善抗PD－1／PD－L1免疫治療的有希望的組合方式。因此，有必要進(jìn)一步探索結(jié)合免疫治療的鐵死亡調(diào)節(jié)方式。這些發(fā)現(xiàn)將拓寬和加深我們對(duì)這種新的細(xì)胞死亡形式的理解，并為未來(lái)的研究方向提供新的機(jī)會(huì)。

參考文獻(xiàn)：

1．Ferroptosis： a promising target for cancerimmunotherapy． Am J Cancer Res． 2021； 11（12）： 5856–5863．

       原文標(biāo)題 : 腫瘤免疫治療中的鐵死亡