【综述】铁死亡在癌症中的作用：肿瘤抑制、肿瘤微环境和治疗干预
“铁死亡”是目前肿瘤领域最热点的研究方向之一。今日分享一篇于2024年4月8日发表在Cancer Cell上的综述研究[1]，详尽讨论了铁死亡（ferroptosis）在癌症中的作用，包括其在肿瘤细胞死亡过程中的调控机制，与免疫治疗、克服肿瘤耐药中的作用，以及一系列在不同癌种的动物模型中的临床前研究结果。
本研究的第一作者单位是德克萨斯大学 MD 安德森癌症中心。
摘要
在癌症治疗中，通过传统治疗方式诱导细胞凋亡的反复挑战（常常因治疗耐药性而受阻）强调了探索替代细胞死亡途径的迫切需要。 铁死亡是一种由细胞膜上致命的脂质过氧化物积累引发的铁依赖性受调节细胞死亡形式，已成为肿瘤学中一个充满希望的前沿领域。 铁死亡的诱导不仅可以抑制肿瘤生长，而且还具有增强免疫治疗反应和克服对现有癌症治疗的耐药性的潜力。 这篇综述探讨了铁死亡在肿瘤抑制中的作用。 此外，我们深入研究了铁死亡在肿瘤微环境中的复杂作用及其与抗肿瘤免疫的相互作用，为将铁死亡作为癌症治疗的战略方法的前景提供了见解。
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一、介绍
鉴于癌症作为主要死亡原因对全球的持续影响，追求肿瘤学创新治疗策略仍然势在必行。 虽然传统方法诱导常规细胞死亡，特别是细胞凋亡，但大量恶性肿瘤对诱导细胞凋亡的治疗表现出耐药性，因此有必要探索诱导替代的细胞死亡方式。近年来引起人们极大兴趣的一种方式是铁死亡 ，一种独特的铁依赖性受调节细胞死亡形式，由细胞膜上脂质过氧化物过度积累引起。铁死亡的调节取决于产生脂质过氧化物的促铁死亡细胞活动（框 1）与铁死亡防御之间的微妙平衡 对这些过氧化物进行解毒的系统（框 2）（图 1）。 当促铁死亡活性压倒铁死亡防御机制时（当这些防御在铁死亡诱导剂治疗后显着受损时可能发生）（FINs；框 2），细胞膜上脂质过氧化物的过度积累会损害细胞膜的完整性，最终导致铁死亡（图1）。
框 1：促进铁死亡的细胞活性
促进铁死亡的细胞活动包括各种正常代谢过程，这些过程会产生脂质过氧化物作为偶然的副产物。 这些过程涉及 PUFA-PL 的生成和过氧化以及铁和线粒体代谢（图 1）。
PUFA 以其多个双键为特征，在介导细胞信号传导和增强膜流动性方面发挥着关键作用； 然而，它们也非常容易受到过氧化作用。 因此，具有高水平 PUFA-PL 的细胞膜对铁死亡敏感。 PUFA-PL 的合成由 ACSL4 和溶血磷脂酰胆碱酰基转移酶 3 (LPCAT3) 等关键酶协调（图 2）。 ACSL4 负责将游离的 PUFA（如花生四烯酸）整合到其相应的 PUFA-CoA 中，而 LPCAT3 则促进 PUFA-CoA 随后整合到 PUFA-PL 中。PUFA-PL 的过氧化主要通过非酶促自动氧化发生 涉及铁依赖性芬顿反应。铁也是促进脂质过氧化的酶的辅助因子，例如细胞色素 P450 氧化还原酶和花生四烯酸脂氧合酶（图 2）。 细胞通过调节铁的摄取、利用、储存和输出来精心调节细胞内不稳定铁的水平，这种平衡的变化决定了铁死亡的易感性。始终如一地，参与 PUFA-PL 合成、过氧化或还原的酶的基因消除或药理学抑制 细胞内不稳定铁水平的提高可促进癌细胞对铁死亡的抵抗力。 癌细胞经常通过抑制这些促进铁死亡的代谢过程来避免铁死亡。
最后，线粒体内发生的代谢过程积极促进铁死亡。 例如，电子传递链复合物的电子泄漏产生ROS，特别是超氧化物，随后被超氧化物歧化酶转化为H2O2。 H2O2 通过芬顿反应与不稳定的铁反应，产生催化脂质过氧化的羟基自由基。此外，线粒体内的多种生物合成和生物能反应，如三羧酸循环和谷氨酰胺分解，也被认为是促进铁死亡的因素，可能是通过 产生 ROS 和 ATP。 就 ATP 在铁死亡中的作用而言，ATP 耗尽会触发 AMPK 激活，进而通过限制特定 PUFA-PL 的合成来抑制铁死亡； 相反，ATP 的生成会抑制 AMPK 的激活，从而促进铁死亡。框2：铁死亡防御机制
铁死亡防御机制包括通过 MUFA 限制 PUFA-PL 合成以及利用直接对抗脂质过氧化物的抗氧化防御系统（图 1）。
油酸等单不饱和脂肪酸含有单个双键，使其具有抗过氧化作用。 MUFA 可能通过从 PL 中取代 PUFA 来阻碍 PUFA-PL 的生成及其随后的过氧化； 因此，富含 MUFA-PL 的细胞膜表现出对铁死亡的抵抗力增强。 MUFA-PL 合成受多种酶调节：SCD1 介导 MUFA 合成，而 ACSL3 和 MBOAT 1/2 促进随后将 MUFA 掺入 PL 中（图 2）。 禁用这些酶会使癌细胞更容易发生铁死亡。
细胞还进化出多种抗氧化系统来有效中和脂质过氧化物，包括依赖 GPX4 和不依赖 GPX4 的系统。 GPX4 依赖性系统被广泛认为是对抗铁死亡的主要防御系统，依赖于 SLC7A11 促进的细胞外胱氨酸的摄取。 在细胞内，胱氨酸转化为半胱氨酸，半胱氨酸是谷胱甘肽生物合成的限速前体。 GPX4 利用 GSH 作为其主要辅助因子来直接淬灭脂质过氧化物，从而抑制铁死亡（图 2）。
抑制 SLC7A11 介导的胱氨酸摄取的化合物（例如，erastin、IKE 和柳氮磺吡啶）或阻断 GPX4 活性或消耗 GPX4 蛋白的化合物（例如，RSL3、ML210、ML162、JKE-1674 和 FIN56），统称为 FIN ，可以在许多癌细胞系中诱导强烈的铁死亡细胞死亡。 此外，其中一些化合物在各种临床前模型中表现出抗肿瘤作用，并有望用于癌症治疗。
不依赖于 GPX4 的系统包含多种具有固有铁死亡抑制特性的自由基捕获抗氧化剂，包括还原形式的维生素 E 和 K、泛醇 (CoQH2) 和四氢生物蝶呤 (BH4)（图 2）。 这些自由基捕获抗氧化剂的铁死亡抑制潜力进一步受到许多负责其产生的代谢酶的控制。 例如，FSP1、DHODH 和 3-磷酸甘油脱氢酶 2 将泛醌 (CoQ) 转化为其还原形式 CoQH2。VKORC1L1 和 FSP1 从各自的氧化对应物生成还原形式的维生素 K，而 GTP 环化水解酶 1 在 产生 BH4（图 2）。这些酶的基因耗竭或药理抑制会使癌细胞在不同情况下对铁死亡敏感。
铁死亡具有独特的形态和机制特征，使其有别于其他程序性细胞死亡途径，包括细胞凋亡、坏死性凋亡和焦亡。 在形态学上，铁死亡细胞表现出线粒体收缩、线粒体膜密度增加和线粒体嵴减少。 从机制上讲，程序性细胞死亡途径涉及独特的细胞信号级联，并由成孔蛋白和/或细胞死亡执行蛋白（例如细胞凋亡中的半胱天冬酶、坏死性凋亡中的 MLKL 和细胞焦亡中的gasdermin 蛋白）的激活触发。 相比之下，铁死亡是由含有多不饱和脂肪酸（PUFA-PL）的氧化磷脂的致命积累引发的，这是由于细胞代谢失衡造成的，没有明显的孔形成或细胞死亡执行蛋白的参与。因此，针对铁死亡诱导的癌症治疗 具有克服传统治疗所观察到的耐药性的潜力，传统治疗旨在触发其他程序性细胞死亡途径，例如在具有沉默的 caspase 表达和对细胞凋亡诱导疗法产生耐药性的肿瘤中。
近年来，肿瘤学对铁死亡的兴趣激增，可归因于其被认为是一种天然的肿瘤抑制机制，以及铁死亡可以被用来增强抗肿瘤免疫力的潜力。 此外，旨在诱导铁死亡的疗法有望成为克服传统疗法所遇到的耐药性的途径。 在这篇综述中，我们深入研究了铁死亡在肿瘤抑制中的作用，并探讨了它在肿瘤微环境（TME）中的复杂参与，特别强调了它对抗肿瘤免疫的影响。 此外，我们还提供了有关癌症治疗中针对铁死亡的策略及其治疗意义的见解。 最后，我们强调了未来研究工作中值得关注的几个关键挑战。 由于篇幅限制，我们无法对铁死亡的调控机制进行全面的讨论。 方框 1 和方框 2 对该主题进行了简要概述，旨在为读者提供一个概念框架，以促进我们进一步讨论铁死亡在肿瘤生物学中的作用。 为了更深入地讨论铁死亡调节机制，我们建议读者参考其他几篇综合评论。
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二、铁死亡在肿瘤抑制中的作用
越来越多的证据强烈支持铁死亡作为一种天然抗肿瘤机制的观点，通过与各种肿瘤抑制基因的相互作用发挥其肿瘤抑制作用（图2）。 有趣的是，特定癌基因的突变似乎赋予癌细胞逃避铁死亡的明显优势（图2）。 此外，癌症淋巴转移过程以及癌症干细胞（CSC）驱动的肿瘤进展与铁死亡的抑制密切相关。 此外，铁死亡在抗肿瘤免疫中发挥着关键而复杂的作用，这是下一节讨论的主题。
2.1、肿瘤抑制因子的铁死亡促进活性
TP53 是最常见突变的肿瘤抑制基因，是将铁死亡与肿瘤抑制联系起来的一个突出例子。 p53 在抑制肿瘤生长方面发挥着关键作用，部分是通过下调胱氨酸转运蛋白溶质载体家族 7 成员 11 (SLC7A11) 的表达并促进铁死亡（图 2）； 它通过直接结合 SLC7A11 启动子或通过与泛素特异性肽酶 7 相互作用以减少 SLC7A11 启动子上的组蛋白 H2B 单泛素化来实现这一目标。 此外，p53 可以通过调节参与细胞代谢的其他基因的表达来增强铁死亡，包括亚精胺/精胺 N1-乙酰转移酶 1、铁氧还蛋白还原酶、谷氨酰胺酶 2 和维生素 K 环氧还原酶复合物亚基 1 样 1 (VKORC1L1)。 有趣的是，p53 的乙酰化缺陷突变体无法诱导细胞凋亡、衰老或细胞周期停滞，但却保留了促进铁死亡和抑制肿瘤生长的能力。 相反，其他不能诱导铁死亡的 p53 突变体也失去了其肿瘤作用。 这些研究强调了铁死亡在 p53 介导的肿瘤抑制中的关键作用。
尽管如此，进一步的研究揭示了 p53 在铁死亡调节中更复杂的作用。 已证明 p53 可以增加钙非依赖性磷脂酶 A2β (iPLA2β) 的表达，该酶负责从磷脂 (PL) 的甘油主链上裂解酰基尾部。 iPLA2β 在脂质代谢中的这种作用导致氧化水平降低 PL 和癌细胞对铁死亡的抵抗力增强。因此，在这种情况下，p53 介导的 iPLA2β 表达上调似乎抵消了 p53 促进铁死亡的功能，而不是促进它。 此外，在其他癌细胞环境中，p53 甚至可以对铁死亡发挥抑制作用。 这种抑制可以通过促进 p21-谷胱甘肽 (GSH) 轴或通过抑制二肽基肽酶 4 (DPP4) 的活性来发生。这些观察结果表明 p53 在调节癌细胞铁死亡敏感性中具有双重作用，并且这种双重作用是环境依赖性的。
其他肿瘤抑制蛋白（例如 BRCA1 相关蛋白 1 (BAP1) 和 APC 膜募集蛋白 1 (AMER1)）对 SLC7A11 的负调节进一步强调了铁死亡调节在肿瘤抑制中的关键作用（图 2）。 BAP1 去除 SLC7A11 启动子上的 H2A 泛素化，并通过其去泛素化活性减少 SLC7A11 转录，从而抑制胱氨酸摄取并促进铁死亡。 这种机制至少在一定程度上有助于 BAP1 介导的体内肿瘤抑制。同样，肿瘤抑制因子 AMER1 已被证明与 SLC7A11 和铁蛋白轻链相互作用，促进其蛋白质降解并使结直肠癌细胞易受铁死亡的影响。 AMER1缺陷增强结直肠癌细胞对铁死亡的抵抗力，从而促进转移。
肿瘤抑制因子 kelch 样 ECH 相关蛋白 1 (KEAP1) 和替代阅读框 (ARF) 对核因子（红细胞衍生 2）样 2 (NRF2) 的控制代表了另一个值得注意的例子，阐明了铁死亡和肿瘤抑制之间的联系 （图2）。 KEAP1 靶向 NRF2 进行蛋白酶体降解，而 ARF 抑制 NRF2 的转录活性。癌细胞中 KEAP1 或 ARF 的缺失会导致 NRF2 的激活，NRF2 通过协调参与铁死亡防御的多个基因的调节来提供针对铁死亡的保护 和铁代谢。 通过 KEAP1 或 ARF 抑制 NRF2 来激活铁死亡可能是一种重要的肿瘤抑制机制。
非经典肿瘤抑制因子也被证明可以促进癌细胞的铁死亡。 例如，最近的研究揭示了赖氨酸甲基转移酶 2B (MLL4) 在铁死亡介导的肿瘤抑制中的作用，该酶在人类癌症中经常发生突变。从机制上讲，MLL4 缺陷会导致铁死亡促进基因（如 ALOX12、ALOX12B）的表达减少。 和 ALOXE3，同时增强铁死亡抑制蛋白的表达，例如 SLC7A11 和谷胱甘肽过氧化物酶 4 (GPX4)（图 2）。 这种分子重编程增强了癌细胞防御铁死亡的能力，从而促进了肿瘤的发展。
2.2、癌基因介导的铁死亡逃避
多种致癌改变已被证明可以通过加强抑制脂质过氧化的抗氧化防御系统和/或通过限制促进脂质过氧化的细胞代谢过程（包括不稳定铁池的产生、铁的合成）来增强癌细胞的铁死亡抵抗力。 PUFA-PL 和线粒体活性氧 (ROS) 的产生（图 1）。
针对铁死亡的细胞防御系统的强化，特别是 SLC7A11 介导的胱氨酸摄取，代表了促进癌细胞铁死亡逃避的关键机制。 一个著名的例子是 RAS 原癌基因家族。 RAS 突变癌细胞表现出 SLC7A11 转录增加以及细胞内半胱氨酸和 GSH 水平升高（图 2）。 SLC7A11 抑制或基因消融显着阻碍 KRAS 突变肿瘤的生长，强调了 SLC7A11 在促进突变 KRAS 驱动的肿瘤逃避铁死亡以及随后的生长方面的关键作用。
虽然野生型 p53 具有肿瘤抑制因子的功能，但某些 p53 突变蛋白（例如 p53R273H 和 p53R175H）获得了促进肿瘤生长的致癌功能获得特性。 与预期的抗铁死亡功能相反，先前的研究表明，p53R273H和p53R175H突变体表现出通过与NRF2相互作用抑制SLC7A11表达并促进铁死亡的矛盾能力。 然而，值得注意的是，最近的一项研究提出了一个对比的发现，证明p53R273H突变体通过与BTB和CNC同源1的相互作用上调SLC7A11转录并抑制铁死亡； 这种抗铁死亡功能至少在一定程度上有助于 p53R273H 突变体促进肿瘤生长的能力。这些 p53 突变体功能的这种有趣的二元性强调了 p53 在铁死亡调节中作用的复杂性。
癌症中 SLC7A11 的上调也可以通过其他致癌改变驱动的转录后机制来实现。 例如，肺癌中 RNA 结合基序单链相互作用蛋白 1 的表达升高可以促进 SLC7A11 翻译（图 2），最终促进铁死亡抵抗和肺癌发展。此外，去泛素酶 OTUB1 通过稳定 SLC7A11 促进肿瘤生长 蛋白质并促进铁死亡的逃避（图2）。
其他致癌改变通过增强 SLC7A11-GSH-GPX4 信号轴内其他成分的表达或活性来增强癌细胞对铁死亡的防御。 肌动蛋白样 6A (ACTL6A) 就是一个例子，它在胃癌中过度表达，可以促进胃肿瘤的生长。 ACTL6A作为NRF2的共转录因子，导致谷氨酸半胱氨酸连接酶催化亚基的转录上调； 该亚基编码 GSH 生物合成中的限速酶，从而增强 GSH 合成并增强癌细胞的铁死亡抵抗力。另一个例子，在肝细胞癌中高表达的肌酸激酶 B (CKB) 会被 AKT 磷酸化。 这种磷酸化增强了 CKB 作为蛋白激酶的非典型作用，随后磷酸化并稳定了 GPX4（图 2）。 这一过程促进肝细胞癌细胞的铁死亡逃避，从而促进肿瘤进展。此外，雷帕霉素复合物1（mTORC1）的机制靶点增强GPX4蛋白的合成并促进癌细胞的铁死亡抵抗。
通过扰乱铁代谢来限制不稳定铁池也已成为促进癌细胞铁死亡逃避的重要机制。 最近的一项研究发现，烯醇化酶 1 (ENO1) 在抑制铁死亡方面具有非常规功能，与其作为糖酵解酶的典型作用无关。 ENO1抑制参与铁代谢的铁调节蛋白1-mitoferrin-1途径（图2），从而促进肝癌的发展。
降低 PUFA-PL 水平，例如通过增强单不饱和脂肪酸 (MUFA) 或 MUFA-PL 的合成，是癌细胞逃避铁死亡的另一种机制。 PI3K-AKT 通路致癌激活的癌细胞利用 mTORC1 过度激活，部分通过提高 MUFA 合成来增强铁死亡抵抗力。 这是通过 mTORC1 依赖性诱导甾醇调节元件结合蛋白 1 来实现的，该蛋白随后上调硬脂酰辅酶 A (CoA) 去饱和酶 1 (SCD1)（MUFA 生物合成中的关键酶）的表达（图 2）。 同样，FLT3 中的致癌突变（存在于约 30% 的急性髓系白血病 (AML) 中）会激活 CCAAT/增强子结合蛋白 α，刺激 SCD1 的转录，导致 MUFA 的合成增加，并增强 AML 中对铁死亡的抵抗力细胞（图2）。
此外，携带 KRAS 突变的肺癌经常表现出酰基辅酶 A 合成酶长链家族成员 3 (ACSL3) 的表达升高，促进 MUFA-PL 的合成，进而增强铁死亡抵抗力（图 2）。 最近的另一项研究揭示了含有 1/2 (MBOAT1/2) 的膜结合 O-酰基转移酶结构域在选择性地将 MUFA 添加到溶血磷脂酰乙醇胺 (PE) 中的作用； 这种酶活性导致 MUFA-PE 水平升高和 PUFA-PE 水平降低，随后导致癌细胞中铁死亡的抑制。 有趣的是，MBOAT1 和 MBOAT2 分别被确定为雌激素受体 (ER) 和雄激素受体 (AR) 的转录靶标（图 2），这表明铁死亡抑制在介导这些激素受体的肿瘤促进作用中具有潜在作用。
最后，癌细胞还制定了通过减少线粒体活性氧（一种已知的脂质过氧化引发剂）的产生来逃避铁死亡的策略。 例如，线粒体定位的环 GMP-AMP 合酶 (cGAS) 被发现可以通过与动力相关蛋白 1 相互作用来抑制肝细胞癌细胞中的铁死亡，这与其激活干扰素基因刺激物 (STING) 的典型功能无关。 DRP1).这种相互作用促进 DRP1 介导的线粒体自噬，从而抑制线粒体 ROS 生成，从而导致铁死亡（图 2）。 在肝癌中，线粒体 cGAS 抑制铁死亡并促进癌症发展。
2.3、CSC 和肿瘤转移过程中的铁死亡逃避
CSCs是少数具有自我更新和肿瘤启动潜力的特化肿瘤细胞，在肿瘤进展和转移中发挥着关键作用。 虽然 CSC 通过因铁代谢失调而积累较高水平的不稳定铁池来维持细胞生长，理论上使它们更容易受到铁死亡的影响，但它们也采用策略来抵抗这种形式的细胞死亡。 具体来说，肺CSC通过上调SRY-box转录因子2来增强SLC7A11转录，从而赋予铁死亡抗性。 乳腺CSC通过不同的机制诱导SLC7A11表达：分泌dickkopf WNT信号通路抑制剂1，从而帮助CSC逃避铁死亡并促进转移。 此外，分化的CSC可以通过增加去泛素酶DUBA的水平来对抗铁死亡，DUBA与SLC7A11相互作用并通过去泛素化稳定SLC7A11蛋白水平。 针对 CSC 中铁死亡逃避的这些机制可能为旨在根除 CSC 的癌症治疗提供有价值的见解，最终防止癌症复发和转移。
铁死亡逃避在促进癌症转移中也发挥着重要作用。 例如，暴露于高胆固醇血症条件下的乳腺癌细胞表现出对铁死亡的抵抗力增强和体内更高的转移潜力。 这种抵抗可能归因于这些细胞内脂滴和 MUFA 积累的增加。 在另一个例子中，黑色素瘤细胞通过淋巴系统进行区域性转移，然后通过循环系统进行更广泛的全身性传播。 淋巴微环境富含 MUFA 油酸和 GSH，但不稳定铁含量有限，为转移性癌细胞提供了有利的环境。 这种设置赋予转移细胞对铁死亡的抵抗力增强，最终促进它们在随后的循环系统内转移期间的存活。 总之，这些研究强化了多种铁死亡逃避机制在癌症发展和转移中的重要性（图 1）。
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3、肿瘤微环境中的铁死亡
肿瘤微环境TME是一个由肿瘤细胞、免疫细胞、基质细胞和其他细胞组成的多层面生态系统。 这些成分不仅共存，而且还参与复杂的相互作用，显着影响肿瘤的生长和进展。 铁死亡和 TME 以复杂的方式联系在一起（图 3；表 1）。 一方面，癌细胞中的铁死亡可能会激发或调节 TME 中的免疫反应。 另一方面，TME中的免疫细胞对铁死亡的敏感性存在显着差异，不同类型的免疫细胞可以增强或抑制癌细胞的铁死亡。
表1：研究铁死亡治疗方案疗效的免疫活性小鼠模型总结
| 铁死亡对抗肿瘤免疫和/或肿瘤生长的影响 | 研究 | 小鼠模型 | 细胞系 | 治疗方案 | 疗效 |
|---|---|---|---|---|---|
| 铁死亡增强抗肿瘤免疫力和免疫治疗，和/或抑制肿瘤生长。 | Wang et al. | C57BL/6 | B16F0（黑色素瘤） ID8（卵巢癌） | Liproxstatin-1（20 毫克/千克，每日） 抗 CTLA-4/PD-L1（100 μg，每 3 天） 半胱氨酸酶（1.5 毫克，每 3 天一次） | Liproxstatin-1 可挽救抗 CTLA-4/PD-L1 介导的肿瘤抑制 (B16F0)。 胱氨酸酶通过增加 CD4/8+ T 细胞 (ID8) 来增加抗 CTLA-4/PD-L1 介导的肿瘤抑制。 Liproxstatin-1 不影响肿瘤生长 (B16F0)。 |
| Liao et al. | C57BL/6 | Yumm5.2（黑色素瘤） B16F10（黑色素瘤） MC38（结肠癌） LLC（肺癌） | 肿瘤 ACSL4 缺失 抗 PD-L1（100 μg） 花生四烯酸（2 mg/kg，每 3 天） | ACSL4 缺失会抑制抗肿瘤免疫（CD4/8+ T 细胞的数量和活性降低）。 花生四烯酸使肿瘤对抗 PD-L1 疗法敏感。 花生四烯酸或花生四烯酸 + 抗 PD-L1 会增加 CD4/8+ T 细胞活性。 | |
| Badgley et al | KRASFSF-G12D/+;p53R172H/+; Pdx1-Cre (KPC) KRASLSL-G12D/+; p53LSL-R172H; Pdx1-Flpotg/+; Slc7a11Fl/Fl; Rosa26CreERT2/+ (KPFSR) | N/A | KPC 小鼠中的半胱氨酸酶（100 毫克/千克，每隔一天） | 在基因工程小鼠模型中，通过半胱氨酸酶或 Slc7a11 缺失来消耗半胱氨酸会诱导铁死亡并抑制 KRAS/p53 突变型胰腺肿瘤的生长。 | |
| Yang et al. | BALB/c | TS/A（乳腺癌） 4T1（乳腺癌） | shGPX4、RSL3（40 毫克/千克，每日） ML162（40 毫克/公斤，每日） 抗 PD-1（200 μg，每 3 天） | GPX4 抑制可促进抗肿瘤免疫并使肿瘤对抗 PD-1 治疗敏感。 GPX4 抑制会增加 CD4/8+ T 细胞和 M2 巨噬细胞，但会减少 M1 巨噬细胞。 | |
| Zhao et al. | Mrp8-Cre+Acod1f/f Rag1−/−, Acod1−/− | E0771-TR（肺转移模型） | Ferrostatin-1（20 毫克/公斤，每隔一天） 抗 CTLA-4/PD-L1（10 毫克/公斤，每周两次） | Acod1 缺失以铁死亡依赖性方式增强抗肿瘤免疫力和免疫治疗。 Acod1 缺失会增加 CD4/8+ T 细胞的数量和活性，但会减少 Treg 细胞。 | |
| Lang et al. | C57BL/6 | B16F10（黑色素瘤） ID8（卵巢癌） | 抗 CTLA-4/PD-L1（100 μg，每 3 天） 放射治疗（8 Gy，单次） Liproxstatin-1（50 毫克/千克，每日） | 放射治疗和免疫治疗协同诱导肿瘤铁死亡并抑制肿瘤生长。 | |
| Efimova et al | C57BL/6 | MCA205（纤维肉瘤） | 在注射到小鼠体内之前，用 RSL3 处理细胞 3 或 24 小时 | 早期铁死亡细胞在小鼠中具有免疫原性。 | |
| Jiang et al. | BALB/c | 4T1（乳腺癌） | TYRO3 抑制剂 LDC1267（20 毫克/千克，每日） 抗 PD-1（100 μg，每周两次） | TYRO3 抑制会增强铁死亡并使耐药肿瘤对抗 PD-1 疗法敏感。 | |
| Kapralov et al | Cre- 和 Cre+/GPX4 fl fl (S100A8 Cre+) 酵母聚糖诱导的腹膜炎小鼠模型 | RSL3 (40 毫克/公斤) 或 IKE (50 毫克/公斤) 治疗后5小时收集腹腔渗出液 | 免疫抑制性 M2 巨噬细胞容易发生铁死亡。 | ||
| Li et al. | C57BL/6J | KPC（胰腺癌） MC38（结肠癌） | N6F11（10 毫克/千克；第 10、14 和 17 天） Liproxstatin-1（50 毫克/千克，每日） | N6F11 治疗可特异性降解肿瘤细胞中的 GPX4，但不会降解免疫细胞中的 GPX4，以铁死亡依赖性方式引发肿瘤特异性 T 细胞反应，并使肿瘤对免疫检查点阻断敏感。 | |
| Conche et al. | Gpx4 F/F, Gpx4 Δ/Δhep, Gpx4 Δ/Δhep/Rage−/− | 肝细胞癌细胞（NrasG12V 和 myrAKT）的水动力尾静脉注射 | 醉茄素 A（2.5 毫克/公斤，每日） 抗 HMGB1（50 μg，每隔一天） CXCR2 抑制剂 SB225002（1 毫克/千克，每日） 抗 PD-1（250 μg，每 3 天） | 通过阻断 MDSC 并与 FIN 结合来增强抗 PD-1 功效。 | |
| Xu et al. | WT and Foxp3 Cre Gpx4 fl/fl B16F10 (melanoma) | B16F10（黑色素瘤） MC38（结肠癌） | Liproxstatin-1（30 毫克/公斤，每日） | Gpx4 缺陷型 Treg 细胞小鼠的肿瘤生长受到抑制，而 liproxstatin-1 可以恢复肿瘤生长。 在 Gpx4 缺陷 Treg 细胞的小鼠中，肿瘤增加了 CD8+ T 细胞浸润和活性，并减少了 Treg 细胞，而 liproxstatin-1 则降低了 CD8+ T 与 Treg 细胞的比率。 | |
| Jiang et al. | BALB/c | CT26（结肠癌） | shANO1 抗 PD-1（3 毫克/公斤，每周两次） Liproxstatin-1（10 毫克/公斤，每日） | ANO1 通过抑制铁死亡来抑制免疫治疗效果。 | |
| 铁死亡损害抗肿瘤免疫力和免疫治疗，和/或促进肿瘤生长。 | Kim et al. | C57BL/6 BALB/c Alox12/15flCre+ Acsl4flS100A8Cre+ | EL4（T 细胞淋巴瘤） LLC（肺癌） CT26（结肠癌） EG7（T 细胞淋巴瘤） | Liproxstatin-1（15 毫克/公斤，每日） 抗 PD-1（200 μg，每 3 天） IKE（10 毫克/公斤，每日） | Liproxstatin-1 在肿瘤可触及的早期阶段开始抑制肿瘤生长。 Liproxstatin-1 在接近 100 mm2 时对肿瘤生长的影响极小。 Liproxstatin-1 消除肿瘤 PMN-MDSC 的抑制活性。 Liproxstatin-1 增强抗 PD-1 的抗肿瘤作用。 即使同时施用抗 PD-1，IKE 也会促进肿瘤生长。 用 liproxstatin-1 治疗的肿瘤的 TME 显示 T 细胞比例和活性增强。 Alox12/15flCre+ 或 Acsl4flS100A8Cre+ 小鼠的肿瘤 PMN-MDSC 显示免疫抑制减弱。 |
| Ma et al. | C57BL/6 | B16（黑色素瘤） | 对照 CD8+ Pmel-1 T 细胞的过继转移 5 mL 脂肪酸处理的 CD8+ Pmel-1 T 细胞的过继转移 10 mM RSL3 处理的 CD8+ Pmel-1 T 细胞的过继转移 5 mM Ferrostatin-1 处理的 CD8+ Pmel-1 T 细胞的过继转移 | 接受 Ferrostatin-1 处理的 CD8+ T 细胞的小鼠表现出肿瘤负荷减轻和生存延长。 接受脂肪酸或 RSL-3 处理的 CD8+ T 细胞的小鼠表现出肿瘤负荷增加和存活率降低。 Ferrostatin-1 处理的 CD8+ T 细胞显示小鼠外周血中 IFNγ 的产生和增殖增加。 RSL-3-或脂肪酸处理的CD8+T细胞显示小鼠外周血中IFNγ的产生和增殖减少。 | |
| Wiernicki et al. | C57BL/6 | B16-ova（黑色素瘤） MCA205（纤维肉瘤） | 对发生铁死亡、凋亡或坏死性凋亡的细胞进行预防性疫苗接种 将含有铁死亡或坏死性凋亡货物的树突状细胞注射到携带黑色素瘤的小鼠体内 | 铁死亡细胞的预防性疫苗接种不会抑制肿瘤生长。 铁死亡会损害树突状细胞介导的抗肿瘤免疫。 |
3.1、铁死亡癌细胞的免疫原性
铁死亡癌细胞，尤其是 FIN 治疗后早期阶段的癌细胞，因其释放多种免疫刺激信号而值得注意，包括高迁移率组框 1、钙网蛋白、ATP 和氧化 PL。这些免疫刺激信号代表了免疫原性细胞死亡的特征标记。重要的是，这些信号有助于树突状细胞的成熟，并增强巨噬细胞吞噬铁死亡癌细胞的效率。 例如，氧化的 PL 种类，1-硬脂酰- 2-15-HpETE-sn-glycero-3-PE位于铁死亡癌细胞的细胞表面，可以被巨噬细胞上的Toll样受体2识别，从而促进铁死亡癌细胞的吞噬作用。
这些相互作用不仅驱动巨噬细胞极化向 M1 表型，还促进肿瘤内 T 细胞的浸润和活性。它们甚至可以触发疫苗样反应，激活抗肿瘤免疫。 相反，抑制铁死亡会导致 TME 中 T 细胞浸润和活性减少，最终抑制 T 细胞介导的抗肿瘤反应。这一令人信服的证据表明铁死亡是一种潜在的免疫原性细胞死亡形式。
然而，值得注意的是，一些研究表明，铁死亡细胞可能会阻碍树突状细胞的成熟，从而影响树突状细胞交叉呈递抗原的能力，这可能对适应性免疫反应产生负面影响。 12 产生的PL过氧化产物 15-脂氧合酶 (LOX) 介导的反应或其他脂质过氧化副产物，例如 4-羟基壬烯醛，似乎会损害树突状细胞的成熟和功能。铁死亡癌细胞和树突细胞如何相互作用可能取决于铁死亡的阶段。 研究表明，在铁死亡的早期阶段，癌细胞会触发树突状细胞成熟； 然而，在铁死亡的后期，促进树突状细胞成熟的能力减弱，尽管这些晚期铁死亡细胞仍能被树突状细胞有效吞噬。有趣的是，在缺乏GPX4的结直肠肿瘤中树突状细胞浸润升高，但这 这种现象在肝细胞癌中并未反映出来。
总体而言，铁死亡癌细胞对免疫原性的影响似乎与背景相关，这使其成为铁死亡研究中颇具争议的话题。 值得注意的是，其中一些研究利用体外铁死亡癌细胞（即在体外培养条件下用不同持续时间的 FIN 处理的癌细胞）作为疫苗来研究攻击部位的肿瘤生长。然而，肿瘤中的铁死亡诱导 在疫苗接种部位接受 FIN 治疗的细胞可能并不完全有效。 这可能导致疫苗接种部位存活的肿瘤细胞持续存在，从而可能使攻击部位肿瘤生长的解释变得复杂。 为了阐明这个关键问题，有必要进行进一步的调查，包括纳入额外的适当控制措施。
3.2、TME 成分在铁死亡调节中的作用
TME 内的各种细胞成分可以通过增强或抑制铁死亡来影响癌细胞对铁死亡的敏感性（图 3）。 一个说明性的例子涉及 CD8+ T 细胞，其分泌干扰素 γ (IFNγ) 部分解释了其促进癌细胞铁死亡的部分原因。IFNγ 对癌细胞铁死亡发挥双重影响，既通过下调 SLC7A11 表达抑制胱氨酸摄取，又通过增加 ACSL4 表达来抑制胱氨酸摄取 ，从而促进 ACSL4 介导的 PUFA-PL 合成（特别是那些含有花生四烯酸的化合物）； 因此，IFNγ不仅抑制细胞对铁死亡的防御，而且还增强驱动这一过程的代谢活动，从而促进脂质过氧化并诱导癌细胞铁死亡。 值得注意的是，来自 CD8+ T 细胞的 IFNγ 与 TME 中存在的花生四烯酸的组合已被确定为诱导癌细胞铁死亡的内在条件。 此外，中性粒细胞通过转移含有髓过氧化物酶的颗粒诱导癌细胞铁死亡。
癌症相关成纤维细胞 (CAF) 是 TME 的另一个重要组成部分，对先天免疫和适应性免疫产生深远影响。CAF 通过上调长非编码 RNA DLEU1 或分泌 microRNA miR-522 在抑制癌细胞铁死亡中发挥作用 。 其他研究发现，在胃肠道肿瘤中，anoctamin 1 介导的铁死亡抑制会增加转化生长因子 β (TGF-β) 的释放，从而增强 TME 中 CAF 的募集。 这反过来又阻碍了 CD8+ T 细胞介导的抗肿瘤免疫，并导致肿瘤对免疫治疗产生耐药性。 这些研究强调了癌细胞、CAF 和免疫细胞在铁死亡调节中复杂的相互作用。
同样，TME 内不同细胞类型分泌的各种细胞因子能够促进或抑制铁死亡。 例如，TGFβ1 通过 SMAD 介导的信号传导增强肿瘤细胞铁死亡，而白细胞介素 1β 通过增强烟酰胺核苷酸转氢酶乙酰化以促进 NADPH 产生和铁硫簇稳态来抑制铁死亡。此外，TME 中独特的代谢特征之一 其特点是乳酸过剩和葡萄糖的可用性有限。 葡萄糖消耗通过激活 AMP 激活蛋白激酶 (AMPK) 介导的乙酰辅酶 A 羧化酶的磷酸化来保护癌细胞免于铁死亡。同样，癌细胞利用免疫抑制性乳酸来对抗铁死亡，通过提高癌细胞内 MUFA-PL 的合成或 通过增强 TME 内的酸度。 然而，另一项研究表明，n-3 和 n-6 多不饱和脂肪酸 (PUFA) 在酸性 TME 中选择性诱导癌细胞铁死亡； 因此，在这种特殊情况下，肿瘤酸中毒似乎具有促进铁死亡的作用。 总的来说，这些最近的研究阐明了不同 TME 成分在铁死亡调节中所发挥的复杂和多方面的作用。 在未来对癌细胞铁死亡的研究中，利用 TME 促进癌细胞铁死亡的潜力并制定克服其铁死亡抑制作用的策略至关重要。
3.3、TME 中的铁死亡和先天免疫：抗肿瘤免疫的微妙平衡
先天免疫系统，包括巨噬细胞、中性粒细胞和自然杀伤 (NK) 细胞，在抗肿瘤防御中发挥着关键作用。这些细胞不仅直接靶向癌细胞，而且还能增强适应性免疫，它们的反应受到铁死亡及其相关疾病的显着影响。 细胞副产物（图 3）。
在 TME 中，肿瘤相关巨噬细胞 (TAM) 主要表现出免疫抑制性 M2 表型。广泛的癌症免疫学研究旨在根除 M2 TAM 和/或将其转化为更具抗肿瘤性的 M1 表型。最近的研究表明，M1 TAM 显示出更大的耐药性 从机制上讲，这种增强的抵抗力至少部分归因于 M1 TAM 中诱导型一氧化氮合酶的表达升高和一氧化氮自由基 (NO·) 的产生较高。 这些 NO 自由基能够解毒 15-LOX 反应过程中产生的脂质自由基，从而保护 M1 TAM 免遭铁死亡。此外，与 M2 巨噬细胞相反，M1 巨噬细胞表现出铁蛋白重链 1 的表达增加（负责铁蛋白形成和细胞内铁） 隔离）和铁转运蛋白（一种将铁输出细胞外的转运蛋白）表达减少。 这些改变可能导致 M1 TAM 内不稳定铁池的减少，从而可能有助于其抵抗铁死亡。
与 M1 TAM 相比，M2 TAM 中观察到的铁死亡敏感性更高，这表明铁死亡诱导疗法可能选择性地靶向并消除 M2 TAM，而不影响 M1 TAM。 此类疗法可以有效地将 M2 TAM 重新编程为 M1 表型，从而为克服免疫抑制性 TME 并增强癌症免疫疗法的疗效提供了一种有前景的策略。 99 与这一概念相符，各种研究表明，铁纳米颗粒（已知会诱导铁死亡） ，还可以将 M2 TAM 重新编程为 M1 表型，从而增强其抗肿瘤特性。另一项研究强调了酪氨酸蛋白激酶受体 TYRO3 在调节 TME 铁死亡中的关键作用。 研究发现 TYRO3 可以抑制癌细胞中的铁死亡并降低 M1/M2 巨噬细胞比例，从而促进肿瘤促进 TME； 相反，抑制 TYRO3 会促进肿瘤铁死亡并改变 M1/M2 巨噬细胞比例，使肿瘤对抗程序性细胞死亡蛋白 1 (PD-1) 疗法更敏感。
尽管如此，其他研究揭示了 TAM 和铁死亡之间更复杂的相互作用。 例如，研究表明铁死亡实际上可以促进 TAM 向 M2 表型的招募和极化； 相反，抑制铁死亡似乎可以抵消胶质母细胞瘤中免疫抑制表型的发展。 此外，据观察，高铁饮食或 GPX4 消耗等促铁死亡条件可以调节巨噬细胞的浸润和极化，通过 STING 依赖性 DNA 传感途径影响 M1 和 M2 巨噬细胞。 这反过来又促进了胰腺癌的进展。总的来说，这些发现说明了抗肿瘤免疫背景下铁死亡和巨噬细胞之间复杂且看似矛盾的关系。
骨髓源性抑制细胞 (MDSC) 是 TME 中另一种相关的免疫细胞类型，以其强大的免疫抑制功能而闻名。MDSC 还表现出对铁死亡的抵抗力，这主要归因于对 n-酰基鞘氨醇介导的 p53-血红素加氧酶 1 信号轴的抑制 酰胺水解酶 2 (ASAH2)。ASAH2 的抑制已被证明可诱导 MDSC 中的铁死亡，从而增强 CD8+ T 细胞的肿瘤浸润能力，从而增强其对肿瘤生长的抑制。另一项研究进一步强调了结合铁死亡诱导的潜在益处 与 MDSC 阻断一起增强癌症免疫治疗的有效性。 在这项研究中，肝细胞癌小鼠模型中的Gpx4缺陷不仅导致CD8+ T细胞浸润增加，而且上调肿瘤细胞上程序性细胞死亡1配体1（PD-L1）的表达并促进多形核（PMN）-的浸润。 MDSC 进入 TME。104 后面这些具有免疫抑制作用的表型似乎导致了在 Gpx4 缺陷的肝细胞癌模型中观察到的缺乏肿瘤抑制作用。 因此，将 GPX4 抑制剂与阻止 MDSC 募集的治疗策略相结合，可以显着提高抗 PD-1 疗法的疗效，从而延长患有肝细胞癌的 Gpx4 野生型小鼠的生存期。
然而，最近的研究揭示了 PMN-MDSC 在铁死亡调节中所起的一些相互矛盾的作用。 TME 中的 PMN-MDSC 被发现对铁死亡具有内在的敏感性，部分与缺氧驱动的 GPX4 下调有关。 有趣的是，在肿瘤驻留的 PMN-MDSC 中诱导铁死亡反而增强了它们的免疫抑制功能，这可能是通过释放氧化的 PL 来实现的，这反过来又抑制了 T 细胞的功能。 因此，铁死亡抑制（与铁死亡诱导相反）有效地抑制了肿瘤生长，这可能是由于 PMN-MDSC 发挥的免疫抑制功能的减轻，而 FIN 治疗促进了肿瘤生长。
值得强调的是，这项研究与大多数其他涉及免疫活性小鼠模型的研究结果相矛盾，这些研究得出的结论是，免疫抑制细胞中的铁死亡诱导通常会增强抗肿瘤免疫力，而使用 FIN（而不是铁死亡抑制剂）进行全身治疗通常会抑制肿瘤生长。 具有完整免疫系统的小鼠模型（参见表 1 和下一节中的“免疫疗法中针对铁死亡”小节）。 此外，最近的另一项研究表明，具有免疫抑制特征的肿瘤浸润中性粒细胞（与 PMN-MDSC 相似）对铁死亡具有明显的抵抗力。 这种耐药性可能与这些中性粒细胞中乌头酸脱羧酶 1 (ACOD1) 水平升高有关。 ACOD1 升高会触发衣康酸的产生，随后激活 NRF2 介导的针对铁死亡的防御机制。 相应地，ACOD1 缺陷会抑制中性粒细胞浸润，增强抗肿瘤免疫力，并增强免疫治疗的有效性。 这些差异的根本原因，无论是由于实验设置或动物模型的差异，还是由于肿瘤内 PMN-MDSC/中性粒细胞的异质性， 需要在未来的研究中进一步明确。 这种差异还强调需要更详细地了解铁死亡和 TME 在抗肿瘤免疫中复杂的相互作用。
NK 细胞在抗肿瘤免疫中发挥着核心作用。TME 中的 NK 细胞功能障碍与脂质过氧化驱动的氧化应激有关。 NRF2 转录因子的激活已被证明可以挽救 NK 细胞功能和抗肿瘤活性。与此一致，铁死亡抑制可增加肿瘤中 NK 细胞的存活率。总的来说，这些发现表明 NK 细胞对 TME 内的铁死亡具有潜在的脆弱性。
这些研究共同揭示了铁死亡对 TME 中多种先天免疫细胞类型的复杂影响（图 3）。 他们强调了免疫抑制性 M2 TAM 和肿瘤浸润性中性粒细胞以及免疫刺激性 NK 细胞对铁死亡的脆弱性。 相反，免疫抑制性 MDSC 似乎表现出铁死亡抗性或易感性，具体取决于具体情况。 更全面地了解铁死亡与 TME 内先天免疫系统之间复杂的相互作用对于完善和扩展癌症免疫治疗策略至关重要。
3.4、铁死亡是 TME 适应性免疫中的一把双刃剑
适应性免疫系统主要由 B 细胞和 T 细胞组成，它们在 TME 内进行重新编程，以对肿瘤进展发挥额外的控制作用。发生铁死亡的癌细胞释放的产物（例如脂质过氧化物）可以影响适应性免疫细胞的活性及其能力 识别肿瘤抗原（图3）。 与先天免疫细胞一样，适应性免疫细胞对铁死亡的易感性因环境而异（图 3）。
多项研究表明，T细胞在各种模型中对铁死亡具有相对抵抗力，从而支持癌细胞中可以选择性诱导铁死亡，而不会显着损害T细胞介导的抗肿瘤免疫。 例如，小鼠体内的Slc7a11缺失可抑制肿瘤生长，而不影响体内T细胞增殖和抗肿瘤免疫，同时还增强了临床前模型中免疫检查点阻断的功效。同样，通过胱氨酸消耗或补充花生四烯酸诱导的铁死亡可在不影响肿瘤生长的情况下抑制肿瘤生长。 ——有时甚至增强——TME 中的 T 细胞增殖和功能。 相反，阻断 ACSL4 介导的铁死亡会降低 T 细胞介导的抗肿瘤免疫。此外，GPX4 抑制或基因消融已被证明可以增强三阴性乳腺肿瘤小鼠中的 CD4+ 和 CD8+ T 细胞群。此外，各种纳米颗粒介导的 诱导铁死亡的方法有助于增强 TME 中 T 细胞的浸润。这些发现共同强调，通过各种方法诱导铁死亡并不损害 T 细胞； 相反，它似乎增强了 T 细胞针对肿瘤的免疫反应，至少在某些情况下是这样。
然而，其他研究发现 T 细胞很容易受到 GPX4 抑制引起的铁死亡的影响。 缺乏 Gpx4 的 T 细胞（源自 T 细胞特异性 Gpx4 缺失的小鼠）会在细胞膜内迅速积累脂质过氧化物，并最终导致铁死亡。尤其是 CD8+ T 细胞已被证明比癌症更容易受到 GPX4 抑制剂诱导的铁死亡的影响 此外，CD36 以其促进肿瘤浸润 CD8+ T 细胞脂肪酸摄取的作用而闻名，其表达升高可诱导这些 T 细胞发生脂质过氧化和铁死亡，从而导致其抗肿瘤活性受损。 相反，CD36 的基因消除或 CD8+ T 细胞中铁死亡的抑制可恢复其抗肿瘤活性。
GPX4 介导的铁死亡防御的作用也延伸到 CD4+ T 细胞。 其中，调节性 T (Treg) 细胞代表具有免疫抑制活性的子集，阻碍对肿瘤的保护性免疫监视。Treg 细胞具有对铁死亡的内在抵抗力，可能是因为它们的 GPX4 表达升高； 因此，Treg 细胞中 Gpx4 的特异性缺失会诱导铁死亡，进而增强抗肿瘤免疫反应。 除了 Treg 细胞外，滤泡辅助 T (TFH) 细胞（已知可促进抗肿瘤免疫的 CD4+ T 细胞的另一个亚群）表现出对 铁死亡。 GPX4 表达已被证明对其生存和功能至关重要。 尽管如此，TME 内铁死亡和 TFH 细胞之间的相互作用值得进一步研究。
总的来说，SLC7A11 缺陷或 GPX4 缺陷引起的铁死亡对 T 细胞功能和抗肿瘤免疫具有明显影响。 T 细胞似乎比 SLC7A11 更依赖 GPX4，这可能是由于 T 细胞中 SLC7A11 的表达相对较低且非必需功能。 通过抑制 SLC7A11 和/或补充花生四烯酸诱导铁死亡似乎不会阻碍（在某些情况下甚至可能增强）CD8+ T 细胞的抗肿瘤免疫反应。 另一方面，不同的T细胞亚群表现出不同的GPX4抑制诱导的铁死亡效应：免疫抑制性Treg细胞中的GPX4抑制进一步增强抗肿瘤免疫力，而CD8+ T细胞和TFH细胞中的GPX4抑制会损害抗肿瘤免疫
四、癌症治疗中的靶向铁死亡
已鉴定出多种 FIN，其中一些是已确定的临床药物，例如柳氮磺吡啶和索拉非尼，已知它们可以抑制 SLC7A11 活性。 鉴于铁死亡在肿瘤抑制中的关键作用，近年来人们对利用这些和其他 FIN 的潜力进行癌症治疗产生了很大的兴趣。 临床前研究揭示了SLC7A11抑制剂咪唑酮erastin (IKE)和GPX4抑制剂JKE-1674在多种动物模型中的抗肿瘤作用。 此外，用于局部诱导铁死亡或增强现有 FIN 功效的纳米材料领域也取得了重大进展。 在本节中，我们深入研究这些治疗方法的各个方面，包括对某些癌症中铁死亡脆弱性阻碍肿瘤生长的战略研究、将铁死亡整合到免疫疗法中以增强癌症治疗的整体疗效，以及铁死亡诱导的应用 克服对现有治疗的耐药性。
4.1、针对癌细胞铁死亡的脆弱性
对某些肿瘤对铁死亡的特定脆弱性的识别和深入的机制理解，再加上相应 FIN 疗法的定制应用，代表了一种针对癌症中铁死亡的引人注目的策略，特别是对于克服某些治疗耐药的癌症。该方法旨在通过利用癌细胞对铁死亡的高度敏感性来选择性消除癌细胞，同时保留正常细胞，从而提高治疗效果并最大限度地减少不良反应。
一些肿瘤抑制基因的功能丧失突变使癌细胞更容易发生铁死亡，主要是通过脂质代谢的重新编程。 例如，肿瘤抑制因子视网膜母细胞瘤 1 (RB1) 的缺失会触发 E2F 通路的激活，导致 ACSL4 表达增加和 PUFA-PL 水平升高。 这使得 RB1 缺陷的癌细胞对铁死亡敏感。 涉及高选择性 GPX4 抑制剂 JKE-1674 的体内研究表明，在 Rb1 缺乏的前列腺癌模型中，其可显着抑制肿瘤生长和转移。此外，von Hippel-Lindau (VHL) 缺乏的透明细胞肾细胞癌 (ccRCC) 细胞显示 对铁死亡的敏感性增加。 这种易感性可能归因于缺氧诱导因子 (HIF) 的稳定以及 HIF 转录靶点缺氧诱导脂滴相关蛋白的上调，从而导致 PUFA 生物合成增强。值得注意的是，VHL 缺陷的 ccRCC 经常过度表达脂肪因子 凯莫瑞和凯莫瑞抑制通过减少饱和脂肪酸和 MUFA 同时增加 PUFA 导致脂质成分发生变化。这种调节可以进一步放大 VHL 缺陷的 ccRCC 细胞对铁死亡的脆弱性。 因此，靶向凯莫瑞（例如使用单克隆抗体）可能是针对这些肿瘤的有效促铁死亡干预措施。
除了脂质代谢的重新编程之外，其他肿瘤抑制基因的基因突变也通过铁稳态破坏和ROS产生放大等机制使癌细胞容易发生铁死亡。 一个值得注意的例子是 E-钙粘蛋白 (ECAD)-神经纤维蛋白 2 (NF2)-Hippo 通路。 该途径中肿瘤抑制因子的失活会增强铁死亡的易感性，这一点在携带 NF2 突变的间皮瘤和具有 ECAD 突变的弥漫性胃癌中得到了证明。驱动铁死亡易感性的潜在机制涉及铁死亡促进因子的上调，例如转铁蛋白受体 1、 NADPH 氧化酶 4 和 ACSL4，由 Yes 相关蛋白 (YAP) 或具有 PDZ 结合基序的转录共激活因子 (TAZ) 介导，是该途径的下游效应器。 铁死亡脆弱性的另一个令人信服的例子可以在苹果酸酶 1 缺陷的滑膜肉瘤中观察到。这些肉瘤表现出 ROS 和不稳定铁池水平升高，使它们特别容易发生铁死亡。
癌细胞中的一些致癌改变也可以通过强化它们对半胱氨酸-GPX4 途径的依赖来揭示铁死亡的易感性。 例如，在 N-myc 原癌基因蛋白 (MYCN) 扩增的神经母细胞瘤中，已发现对半胱氨酸的依赖不断增加； 因此，通过转硫途径同时抑制 GPX4、胱氨酸摄取和半胱氨酸合成的三重联合疗法已证明可有效阻止 MYCN 高神经母细胞瘤的生长。 164 同样，携带表皮生长因子受体的非小细胞肺癌细胞 突变高度依赖于半胱氨酸，使它们对 SLC7A11 抑制或胱氨酸剥夺引起的铁死亡敏感。此外，异柠檬酸脱氢酶 1 发生致癌突变的癌细胞的特点是致癌代谢物 2-羟基戊二酸水平升高，从而降低 GPX4 蛋白水平，从而 使这些细胞容易受到 GPX4 抑制剂诱导的铁死亡的影响。
即使不存在与铁死亡易感性直接相关的突变，某些类型的癌细胞也表现出使其容易受到铁死亡的代谢特征。 这种脆弱性的例子是间充质型癌细胞和耐药持久性癌细胞。 一般来说，具有间充质特征的耐药癌细胞通常具有独特的代谢特征，其特征是富含 PUFA-PL 或不稳定铁池水平升高。 这些代谢特征使这些肿瘤细胞易于铁死亡，为解决这些特别具有挑战性的恶性肿瘤提供了有前途的治疗方法。
间充质型癌细胞富含 PUFA-PL 的脂质成分导致明显依赖 GPX4 来抵消脂质过氧化物并维持细胞存活。 因此，这些细胞对通过 GPX4 抑制诱导的铁死亡显着敏感。 复发性乳腺癌细胞的一些亚型表现出间充质特征，同时盘状蛋白结构域受体 2 上调，进一步提高了它们对铁死亡的敏感性。此外，间充质癌细胞中 CD44 的上调通过透明质酸介导的机制促进铁内吞，可能导致这种情况 细胞通过增加细胞铁含量而易发生铁死亡。 此外，治疗耐药的去分化黑色素瘤细胞亚群对铁死亡的易感性增加可能与 PUFA 的积累和 GSH 水平的降低有关
耐药的持久性癌细胞还表现出间充质样特征，这可能是它们对 GPX4 抑制引起的铁死亡的明显脆弱性的基础。
除了癌细胞的间充质状态外，其他一些代谢特征使得某些类型的癌细胞易于诱导铁死亡。 值得注意的是，三阴性乳腺癌（TNBC）细胞已被证明对铁死亡靶向干预措施敏感。 这种易感性源于 TNBC 细胞固有的独特代谢特征，包括丰富的 PUFA、升高的不稳定铁池和受损的 GPX4-GSH 轴。 有趣的是，TNBC 的管腔雄激素受体亚型特别容易受到 GPX4 抑制引起的铁死亡的影响，这可能是由于其高水平的 PUFA-PL 和对 GSH 的高度依赖。 此外，嫌色肾细胞癌细胞的生存严重依赖半胱氨酸。 因此，SLC7A11 抑制剂或胱氨酸酶（分解细胞外胱氨酸和半胱氨酸的工程酶）可以显着抑制这些肿瘤。
4.2、免疫疗法中的靶向铁死亡
最近的研究令人信服地表明，诱导肿瘤铁死亡或使其对铁死亡敏感可显着提高免疫疗法的有效性。 相反，表现出对铁死亡的抗性的肿瘤也表现出对免疫治疗的抗性（表1）。 抗 PD-L1 疗法与胱氨酸酶或花生四烯酸治疗的组合可显着增强抗肿瘤免疫力，与单一疗法相比，可更有效地抑制肿瘤。 同样，SLC7A11 缺陷使肿瘤对抗 PD-L1 疗法或抗 PD-L1 疗法与放射疗法的组合更敏感。此外，间歇性饮食蛋氨酸剥夺可通过上调谷胱甘肽特异性 γ-谷氨酰环转移酶 1 (CHAC1) 来增强 GSH 消耗， 从而加剧胱氨酸剥夺引起的铁死亡，并使肿瘤对抗 PD-1 治疗更敏感。 值得注意的是，将间歇性饮食蛋氨酸剥夺与 SLC7A11 抑制剂 IKE 和抗 PD-1 疗法相结合，可显着抑制肿瘤生长并延长动物生存期。 最近的另一项研究揭示了由蛋白激酶 C β (PKCβII)-ACSL4 信号轴精心策划的正反馈环路，其中 PKCβII 通过磷酸化和激活 ACSL4 来检测和放大脂质过氧化，从而促进铁死亡。 通过删除 PKCβII 或 ACSL4 或突变 ACSL4 中的磷酸化位点来破坏该信号轴，可抑制铁死亡和 T 细胞介导的抗肿瘤免疫，从而导致对抗 PD-1 疗法的耐药性
本综述讨论的大多数临床前研究都使用针对 SLC7A11 介导的胱氨酸转运的 FIN，包括 IKE、柳氮磺胺吡啶和胱氨酸酶。 这种偏好源于大多数其他靶向 GPX4 的 FIN（例如 RSL3、ML162 和 FIN56）的溶解度有限和药代动力学不足，这限制了它们在动物研究中的应用。然而，最近的临床前研究表明，这些靶向 GPX4 的 FIN 可以使肿瘤敏感。 免疫疗法； 将这些 GPX4 抑制剂与抗 PD-1/PD-L1 疗法相结合，可增强抗肿瘤免疫反应和肿瘤抑制。 在未来的研究中，探索 JKE-1674（另一种最近开发的有效 GPX4 抑制剂，具有改善的体内药代动力学）与抗 PD-1/PD-L1 疗法相结合的潜力将会很有趣。 作为免疫疗法中针对 GPX4 的另一个例子，最近的一项研究发现化合物 N6F11 是一种 FIN，可以触发癌细胞中的 GPX4 降解，同时不影响免疫细胞。 N6F11 还增强临床前肿瘤模型中肿瘤对免疫疗法的敏感性。
与这些临床前研究相一致，SLC7A11 或其伴侣蛋白 SLC3A2 的低表达或 ACSL4 的高表达（表明对铁死亡的敏感性增加）已成为接受免疫治疗的患者改善临床结果的潜在预测生物标志物。相反，低表达 CHAC1 或 GPX4 高表达（表明铁死亡抵抗）与患者抗肿瘤免疫反应减弱和免疫治疗疗效降低相关。
扩大靶向铁死亡在免疫治疗中的应用超越了传统的 FIN，还包括能够诱导癌细胞铁死亡的其他治疗策略。 抑制磷酸甘油酸变位酶1（PGAM1）导致LCN2下调，促进肝细胞癌细胞铁死亡，增强CD8+ T细胞浸润； 因此，PGAM1 抑制与抗 PD-1 疗法的组合在抑制肿瘤生长方面显示出有希望的协同作用。此外，双重 PI3K 和组蛋白脱乙酰酶抑制剂 BEBT-908 通过 p53 过度乙酰化和 NRF2 抑制诱导癌细胞中的免疫原性铁死亡。 这促进了炎症性TME，有利于激活抗肿瘤免疫反应，从而在临床前研究中与抗PD-1治疗产生协同作用。
最后，某些具有铁死亡诱导特性的纳米材料已被证明能够增强免疫疗法的功效。 例如，装载柳氮磺胺吡啶的可注射水凝胶药物递送系统在肝细胞癌腹水临床前模型中引发明显的免疫原性铁死亡。 这种方法与抗 PD-1 治疗相结合，可协同抑制腹膜播散和恶性腹水。
总的来说，这些发现强调了靶向铁死亡以增强免疫疗法疗效的潜力，为免疫疗法和铁死亡诱导剂在癌症治疗中的结合提供了令人信服的证据。 他们还建议，铁死亡调节因子（例如 SLC7A11、GPX4 或 ACSL4）的表达水平或信号状态可以用作生物标志物来识别可能从免疫治疗中获得更有利结果的患者群体。
4.3、靶向铁死亡以克服治疗耐药性
事实证明，诱导铁死亡的方法可以有效克服对标准护理疗法的耐药性，包括各种靶向疗法、化疗和放疗。 一个值得注意的例子是在肝细胞癌和晚期肾癌中观察到对多激酶抑制剂索拉非尼（这些癌症的基石疗法）的耐药性。 索拉非尼已被证明可以通过抑制 SLC7A11 在某些癌细胞中诱导铁死亡（尽管索拉非尼的铁死亡诱导能力可能不会扩展到所有细胞系）。 肝细胞癌细胞对索拉非尼的耐药性可能是由于金属硫蛋白 1G (MT1G) 的上调以及由此产生的铁死亡抑制而引起的。 在这种情况下，MT1G 抑制剂可增强肿瘤对索拉非尼的敏感性。 索拉非尼耐药也可能是由肝细胞癌和 ccRCC 细胞中 YAP/TAZ 或 DPP9 的过表达引起的。 YAP/TAZ 和 DPP9 均上调 SLC7A11。 因此，在这些癌症的临床前模型中，靶向 YAP/TAZ、DPP9 或下游 SLC7A11 可避免索拉非尼耐药。 在缺乏 LIF 受体亚基 α (LIFR) 的肝细胞癌中，激活的核因子 kappa B−LCN2 轴促进铁螯合，与铁死亡依赖性索拉非尼耐药相关。 相应地，中和 LCN2 的抗体增强了 LIFR 缺陷的肝细胞肿瘤对索拉非尼的反应。 同样，最近的一项研究发现磷酸丝酰-tRNA 激酶 (PSTK) 是肝细胞癌细胞索拉非尼耐药的关键介质。 这项研究表明，PSTK抑制剂通过破坏GSH代谢和灭活GPX4来增强化疗的治疗效果。
除了索拉非尼耐药之外，铁死亡诱导也被证明可用于解决对其他靶向治疗的耐药性，例如乳腺癌中针对受体酪氨酸蛋白激酶 erbB-2（ERBB2，也称为 HER2）的治疗。 成纤维细胞生长因子受体 4 (FGFR4) 的上调可抑制铁死亡并导致 HER2 阳性乳腺癌中的曲妥珠单抗耐药。选择性 FGFR4 抑制剂罗布替尼 (roblitinib) 通过下调 SLC7A11 和铁输出蛋白铁转运蛋白 1 有效对抗这种耐药性，从而缓解 对抗 HER2 疗法的内在耐药性和获得性耐药性。 总体而言，这些研究强调了针对铁死亡的治疗策略在克服对某些靶向癌症疗法的耐药性方面的前景。
抗激素治疗是晚期前列腺癌和乳腺癌的关键治疗方式。 靶向铁死亡也成为克服抗激素治疗肿瘤耐药性的一种有前途的策略。 最近的研究表明，恩杂鲁胺等 AR 拮抗剂通过抑制 AR 转录靶标 SLC7A11 来降低 GSH 水平，从而诱导癌细胞铁死亡。 此外，enzalutamide 与 GPX4 抑制协同作用，通过抑制另一个 AR 靶标（MBOAT2 介导的 MUFA-PL 合成）来抑制前列腺肿瘤。然而，AR 变体可以提高 SLC7A11 表达，减轻铁死亡并促进前列腺癌细胞对 enzalutamide 耐药。 这种耐药性可以被 NEO2734（CREB 结合蛋白/p300 和溴结构域和末端外结构域蛋白的双重抑制剂）逆转，从而降低 AR 变体活性，恢复恩杂鲁胺诱导的铁死亡，并克服恩杂鲁胺耐药性。 同样，磷酸甘油酸脱氢酶 (PHGDH) 过度表达导致的恩杂鲁胺耐药性与 PHGDH 在铁死亡抵抗中的作用有关。 PHGDH 抑制剂 NCT-503 通过抑制 SLC7A11-GSH 轴重新激活铁死亡，有效对抗恩杂鲁胺耐药性。
铁死亡诱导也与克服乳腺癌抗激素治疗耐药性有关。 ER 拮抗剂氟维司群通过阻碍 ER 转录靶标 MBOAT1 介导的 MUFA-PL 合成，使激素治疗耐药的 ER 阳性乳腺癌对铁死亡敏感。 IKE 与氟维司群的组合可有效逆转临床前模型中的激素治疗耐药性。
化疗仍然是癌症治疗的主要方式； 然而，化学耐药性的出现极大地阻碍了其功效。 许多研究强调了铁死亡诱导策略在克服化疗耐药性中的重要作用。 例如，细胞周期蛋白依赖性激酶 1 (CDK1) 已被确定为奥沙利铂耐药性促进剂，可介导 ACSL4 的泛素依赖性降解，从而限制铁死亡； 因此，CDK1 抑制通过铁死亡依赖性机制抵消结直肠癌中的奥沙利铂耐药性。 196 同样，赖氨酰氧化酶样 3 通过抑制二氢乳清酸脱氢酶 (DHODH) 的泛素化和随后的降解来阻止奥沙利铂诱导的铁死亡，从而导致奥沙利铂耐药。 特立氟胺（一种 DHODH 抑制剂）与奥沙利铂联合使用已被证明可以逆转临床前肝癌模型中的奥沙利铂耐药性。
在对顺铂和靶向药物 AZD9291 耐药的非小细胞肺癌中，天然 NAD(P)H 脱氢酶 [醌] 1 (NQO1) 底物 2-甲氧基-6-乙酰基-7-甲基胡桃醌靶向 NQO1 诱导铁死亡 ，提供了一种对抗化学耐药性的新机制。 此外，施用靶向 SLC7A11 的 FIN 可以减轻头颈鳞状细胞癌的顺铂耐药性。 此外，源自CAF来源的外泌体的miR-3173-5p吸收ACSL4，并在被胰腺癌细胞摄取后抑制铁死亡，导致吉西他滨耐药。CAF来源的外泌体也参与奥沙利铂耐药； 来自 CAF 外泌体的β连环蛋白 3 反义 1 的长非编码 RNA 散乱的结合拮抗剂的缺乏与以铁死亡依赖性方式促进这种抵抗有关。这些研究共同表明，针对铁死亡的治疗策略可能构成逆转已建立的铁死亡的有效方法。 化学耐药性。
放射疗法是另一种主流癌症疗法，与铁死亡诱导有关。 放射治疗通过多种机制诱导铁死亡，包括 ROS 的过量产生、ACSL4 的上调和 GSH 水平的消耗。 然而，癌细胞针对放疗引起的铁死亡进行适应性防御，上调关键铁死亡抑制蛋白（如 SLC7A11 和 GPX4）的表达。 用抑制 SLC7A11 或 GPX4 的 FIN 来靶向这些适应可以增强放疗诱导的铁死亡并增强肿瘤的放射敏感性。 肿瘤抑制因子 TP53 或 KEAP1 的缺乏会通过增加 SLC7A11 或铁死亡抑制蛋白 1 (FSP1) 的表达来抑制放疗诱导的铁死亡，从而赋予内在的放射抗性。 此外，具有获得性放射抗性的癌细胞表现出 SLC7A11 和 GPX4 的上调以及对铁死亡的强大抵抗力。 因此，重新激活放射治疗引起的铁死亡的 FIN 可恢复这些抗辐射癌细胞和肿瘤模型的放射敏感性。
值得注意的是，铁死亡还可能导致放疗引起的正常组织损伤，例如肺损伤。 然而，FINs 在癌细胞中似乎比在相应的正常细胞中表现出更明显的放射增敏作用。 这表明使用 FIN 来克服放射抗性的治疗可能提供有利的治疗指数。 此外，某些具有铁死亡诱导活性的纳米材料可以通过增加铁死亡来进一步增强放射敏感性，这是抵消放射抗性的另一种策略。
五、展望
近年来，铁死亡在癌症生物学和肿瘤学领域引起了广泛关注，因为它在肿瘤抑制中发挥着关键作用，并且有可能成为治疗耐药性癌症的致命弱点。 铁死亡的靶向调节为增强免疫疗法的功效和克服与现有癌症治疗相关的耐药性提供了一条有前途的途径。 此外，临床前模型表明，FIN 与传统癌症治疗相结合表现出协同效应，且耐受性良好。 然而，为了充分利用铁死亡诱导的治疗潜力，未来的研究工作必须引导一系列新的方向并解决一些挑战。
铁死亡转化研究的一个新兴课题涉及探索铁死亡与癌症治疗中饮食干预之间的相互作用，因为铁死亡受到人类饮食中也发现的代谢物网络的调节。 临床前研究一致表明，饮食中添加花生四烯酸可增强抗肿瘤免疫力，而饮食中限制蛋氨酸和半胱氨酸可能会使实体瘤对铁死亡敏感。 饮食限制硒还被证明具有显着延迟体内白血病发生的显着能力，同时对正常造血作用的影响最小，这可能是通过限制硒对限制 GPX4 蛋白合成和诱导铁死亡的影响而实现的。 这些最近的研究强调了饮食调节作为癌症治疗中针对铁死亡的有前景途径的潜力。 然而，这里需要谨慎，因为此类策略可能是一把双刃剑。 例如，虽然生酮饮食会诱发肿瘤铁死亡，但它们也可能引发恶病质，并已被证明会对动物的生存产生负面影响； 尽管如此，生酮饮食与地塞米松相结合已被证明可以保留铁死亡的肿瘤抑制功效，同时减轻恶病质并延长小鼠的生存期。 在未来的研究中，旨在诱导铁死亡的饮食干预需要进行更全面的安全性评估，并探索减轻潜在不良后果的策略。
此外，揭示不同细胞类型中铁死亡的复杂性仍然是完善基于铁死亡的癌症疗法的关键一步。 应该指出的是，正如本综述中详细介绍的那样，在免疫功能低下的小鼠模型中探索铁死亡诱导疗法，一致证明了 FIN 治疗（无论是单独使用还是与其他方法联合使用）在减轻肿瘤生长方面的有效性。 关键问题在于在免疫活性小鼠模型中，系统性铁死亡诱导疗法（例如 FIN 治疗）对肿瘤生长的总体治疗结果，其中铁死亡同时影响癌症和免疫细胞。 更复杂的是，TME 内的不同免疫细胞群也表现出对铁死亡的独特敏感性。 虽然涉及免疫活性小鼠模型的研究仍然相对较少，但大多数研究都肯定了铁死亡诱导疗法在增强抗肿瘤免疫和抑制肿瘤生长方面的功效，尽管少数研究结果相互矛盾（表1）。 未来的研究对于辨别这种差异是否主要源于细胞或癌症背景的差异至关重要，从而表明针对特定癌症类型或突变谱进行铁死亡诱导治疗的靶向递送，或来自实验设计的差异，这意味着更通用的治疗方法 具有特定治疗方案的范式。 应对这一挑战需要集体努力，更深入地了解正常细胞和免疫细胞群中的铁死亡功能，开发新型有效的 FIN，进一步研究以确定此类 FIN 的最佳剂量和给药策略，以及创建 能够最大限度地减少不良反应的治疗干预措施。
另一个相关问题涉及铁死亡、伤口愈合和癌症之间的潜在相互作用。 癌症通常被认为是“无法愈合的伤口”，这意味着伤口愈合和肿瘤发生之间存在共同的机制。 有趣的是，虽然铁死亡被认为是一种肿瘤抑制机制，但它也会阻碍伤口愈合，正如在糖尿病伤口和放射伤口等情况下观察到的那样。 这表明铁死亡在 TME 或愈合背景下调节肿瘤生长方面具有潜在的双重作用。 未来的研究应旨在阐明这一新兴研究领域。
将铁死亡靶向治疗策略从实验室工作台推进到临床床边仍然是一项关键而艰巨的任务。 虽然各种治疗方法，包括免疫疗法、放射疗法、化疗药物（如六甲蜜胺）、靶向治疗药物（如索拉非尼）和食品和药物管理局批准的化合物（如柳氮磺吡啶、他汀类药物和青蒿素），已获得认可 由于它们在诱导或使癌细胞对铁死亡敏感方面具有潜力，因此需要进行额外严格的临床试验来证实这些药物作为患者铁死亡诱导疗法的功效，以确定其与其他铁死亡诱导或致敏治疗联合使用时的安全性，并 评估他们在克服治疗耐药性方面复制临床前成功的能力。
最后，将针对铁死亡脆弱性的治疗干预措施转化为临床应用，需要根据从细胞系和临床前研究中收集到的见解，识别和验证癌症对铁死亡高度易感性的患者群体。 同样重要的是开发强大的生物标志物或代谢组学谱来预测和监测肿瘤对 FIN 的反应。 建立可靠的工具来检测生物液或活检样本中的这些生物标志物对于这项工作至关重要。 为了应对这些挑战，整合单细胞组学、空间转录组学、蛋白质组学和代谢组学的多维评估可能为适合基于铁死亡的治疗的患者分层提供更有效的策略。 这种综合方法可能会为铁死亡靶向干预措施成功融入临床肿瘤学铺平道路。
参考
- ^Lei G, Zhuang L, Gan B. The roles of ferroptosis in cancer: Tumor suppression, tumor microenvironment, and therapeutic interventions. Cancer Cell. 2024 Apr 8;42(4):513-534. doi: 10.1016/j.ccell.2024.03.011. PMID: 38593779.
发布于 2024-04-18 18:46・IP 属地中国香港・信息来源于 官方网站