前言

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

不同腫瘤對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物的影響，表明這種新形式的非凋亡性細胞死亡是治療“難治”性腫瘤的一個有吸引力的靶點。

有趣的是，鐵死亡最近被認為與T細胞介導的抗腫瘤免疫有關，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，具有重要的生物學意義和臨床意義。

鐵死亡的分子機制

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

脂質過氧化

脂質過氧化導致脂質雙層的破壞和膜的損傷，隨后導致細胞死亡。細胞膜富含含有多不飽和脂肪酸（PUFA）的磷脂（PLs），極易受到ROS誘導的過氧化作用的影響。能夠經(jīng)受過氧化作用的膜PUFA的可用性對于鐵死亡至關重要。

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程，這需要兩種關鍵酶，�；�輔酶A合成酶長鏈家族成員4（ACSL4）和溶血磷脂酰膽堿�；�轉移酶3（LPCAT3）。ACSL4能夠催化長鏈多不飽和脂肪酸與輔酶A（CoA）的連接，LPCAT3促進這些產(chǎn)物的酯化和并入膜磷脂。

某些脂氧合酶（LOX）被認為是可以直接氧化膜雙層中含有PUFA的脂質的主要酶。然而，LOX介導的鐵死亡誘導機制仍有待進一步研究。另一種酶，細胞色素P450氧化還原酶（POR），最近被認為參與啟動脂質過氧化。

鐵積累

正如“鐵死亡”這個名字所指，鐵是執(zhí)行細胞鐵死亡所必需的。鐵是芬頓反應不可或缺的元素，芬頓反應產(chǎn)生自由基并介導脂質過氧化。此外，鐵是激活含鐵酶LOX和POR所必需的，這兩種酶負責氧化膜PUFA。此外，鐵對于參與細胞活性氧產(chǎn)生的氧化還原代謝過程非常重要。

由于鐵在鐵死亡的發(fā)生中起著關鍵作用，細胞鐵池通過調(diào)節(jié)細胞內(nèi)鐵儲存、釋放、輸入和輸出的相關基因而受到復雜的控制。細胞不穩(wěn)定鐵的變化影響細胞對鐵死亡的敏感性。例如，據(jù)報道，鐵輸入轉鐵蛋白的增加或鐵儲存蛋白的降解可增加細胞鐵的利用率并使細胞對鐵死亡敏感。

抗氧化能力喪失

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

GPX4使用谷胱甘肽（GSH）作為底物，將膜磷脂氫過氧化物還原為無害的脂醇。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。哺乳動物細胞內(nèi)半胱氨酸的豐度主要受xc系統(tǒng)的兩個亞單位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制。鐵死亡抑制蛋白1（FSP1）－CoQ系統(tǒng)能夠保護細胞免受GPX4抑制誘導的鐵死亡。FSP1可通過減少脂質自由基來防止脂質過氧化。因此，細胞利用兩條途徑，即cysteine－GSH－GPX4和FSP1 CoQ軸來抑制脂質過氧化和預防鐵死亡。當這些抗氧化防御系統(tǒng)被鐵依賴性脂質ROS積累所壓倒時，就會發(fā)生鐵死亡。

鐵死亡與TNBC

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

脂質代謝

脂質代謝失調(diào)可導致脂質過氧化和鐵死亡，ACSL4是鐵死亡執(zhí)行的一個重要組成部分。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，其表達可預測其對鐵死亡的敏感性。最近的一項研究還觀察到ACSL4在TNBC腫瘤和細胞系中顯著高表達。鑒于ACSL4使細胞膜富集長鏈PUFA，表明TNBC富含PUFA，因此對鐵死亡特別敏感。

鐵代謝

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

氨基酸代謝

氨基酸代謝對于由SLC7A11介導的胱氨酸攝取、GSH生物合成和GPX4活性組成的抗氧化防御系統(tǒng)至關重要。癌細胞可能表現(xiàn)出對特定氨基酸代謝途徑的依賴性改變，一項早期研究發(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）的表達降低，GSH合成酶是GSH合成的關鍵酶之一。與其他類型的乳腺癌相比，TNBC中GPX4的表達也較低。低細胞內(nèi)GSH和GPX4表達可能削弱抗氧化防御能力，增加脂質過氧化的可能性，使TNBC對促進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。免疫治療與促進鐵死亡的方式相結合，如放射治療和靶向治療，可以通過鐵死亡產(chǎn)生協(xié)同效應，以促進腫瘤控制。

免疫治療與胱氨酸限制的聯(lián)合應用

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

免疫治療聯(lián)合靶向治療

最近的一項研究表明，抗PD－L1治療的耐藥性可通過與TYR03受體酪氨酸激酶（RTK）抑制劑的聯(lián)合來克服，該抑制劑可促進鐵死亡。在抗PD－1耐藥的腫瘤中發(fā)現(xiàn)TYR03的表達增加。機制上，TYR03信號通路上調(diào)關鍵的鐵死亡基因如SLC3A2的表達，從而抑制腫瘤性鐵死亡。在TNBC同基因小鼠模型中，抑制TYR03可促進鐵死亡并使腫瘤對抗PD－1療法敏感。該研究揭示了通過使用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)同效應與對鐵死亡的敏感性增加有關。輻射已被證明可誘發(fā)鐵死亡，并且在經(jīng)輻射處理的癌細胞中觀察到鐵死亡的遺傳和生化特征。其機制涉及輻射誘導的ROS生成和ACSL4的上調(diào)，導致脂質合成增強、脂質過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損傷誘導的細胞死亡，還可歸因于鐵死亡的誘導。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，導致胱氨酸攝取減少、鐵死亡增加和腫瘤控制增強。這些研究揭示了鐵死亡是免疫治療和放療協(xié)同作用的一種新機制。

免疫治療與T細胞鐵死亡抑制劑的聯(lián)合應用

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

最近，兩項研究表明，CD8＋腫瘤浸潤淋巴細胞中CD36的表達增加。T細胞固有的CD36促進氧化脂質的攝取并誘導脂質過氧化，從而導致CD8＋T細胞功能障礙。這些發(fā)現(xiàn)揭示了CD8＋T細胞鐵死亡是腫瘤免疫抑制的一種新模式，并強調(diào)了阻斷CD36以增強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GPX4抑制劑在癌細胞中治療性誘導鐵死亡可能會對T細胞產(chǎn)生不必要的靶向效應，并產(chǎn)生不良毒性。

小結

鐵死亡是由含有PUFA的脂質的氧化、細胞內(nèi)鐵的積累和抗氧化防御的喪失所驅動的。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)出鐵死亡相關基因的獨特表達模式，使其特別容易受到鐵死亡誘導物的影響。因此，針對這種難治性腫瘤，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細胞介導的抗腫瘤免疫中起重要作用，影響免疫治療的效果。通過直接或間接誘導鐵死亡，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，有必要進一步探索結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這種新的細胞死亡形式的理解，并為未來的研究方向提供新的機會。

參考文獻：

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

       原文標題 : 靶向鐵死亡的腫瘤免疫治療