鐵死亡與肺癌關系的研究現狀

張國威?盧珠明

【摘要】在全球所有癌癥中，肺惡性腫瘤發病率排名第一，嚴重威脅著人類健康。在晚期肺癌患者中，現行治療方案并未顯著提升患者的5年生存率，因此迫切需要改善治療現狀的新策略。在近期的研究中，鐵死亡吸引了人們的特別關注，谷胱甘肽過氧化物酶失去活性和細胞內的脂質過氧化物累積是鐵死亡啟動機制，這些變化共同導致了細胞膜破損，且此過程還伴隨鐵依賴性活性氧的增產。本文旨在探討鐵死亡在肺癌發展過程中的靶基因，以及其作為肺癌治療策略的可能性。

【關鍵詞】鐵死亡；肺癌；靶基因；治療策略

Research progress in the association between ferroptosis and lung cancer Zhang Guowei△， Lu Zhuming.△Guangdong Medical University， Zhanjiang 524000， China

Corresponding author， Lu Zhuming， E-mail： lzm219@jnu.edu.cn

【Abstract】Globally， the incidence of malignant lung tumors is the highest among all cancers， posing a serious threat to human health. Current treatment options for advanced lung cancer have not significantly improved the 5-year survival rate， thus necessitating urgent development of new therapeutic strategies. Recent studies have shown that ferroptosis garners notable attention. The initiating mechanisms include the inactivation of glutathione peroxidase and accumulation of intracellular lipid peroxide. These changes collectively result in cell membrane damage， accompanied by an iron-dependent increase in reactive oxygen species production. The aim of this article is to delve into the role of ferroptosis target genes in lung cancer development and to evaluate their potential as therapeutic strategies.

【Key words】Ferroptosis； Lung cancer； Target gene； Treatment strategy

在全球所有癌癥中，肺惡性腫瘤發病率排名第一，嚴重威脅著人類健康。據報道，2018年新發肺癌人數約210萬，因肺癌而死亡的人數為170萬左右［1］。在我國，肺癌的發病率不僅在所有惡性腫瘤中均居第一，病死率也是如此［2］。在所有肺癌病例中，非小細胞肺癌（NSCLC）占85%，其包含肺鱗狀細胞癌（LUSC）以及肺腺癌（LUAD）［3］。早期肺癌患者的有效治療手段為外科手術，但肺癌發展為中晚期時，患者通常需要采取聯合治療方案。近年來，盡管針對肺癌細胞的新型抗腫瘤方法如靶向治療和免疫治療已取得一定進展，但肺癌患者的5年生存率仍不容樂觀，約為18％［4］。因此，探討與肺癌發生、發展的新分子靶標，開發高效的抗腫瘤策略十分關鍵。

Dixon等［5］在2012年的研究中首次提出了“鐵死亡”這一概念，其啟動機制為谷胱甘肽過氧化物酶（GPX）失去活性和細胞內的脂質過氧化物（LPO）累積，這些變化共同導致了細胞膜破損，且此過程還伴隨鐵依賴性活性氧的增產。已有研究表明，鐵死亡不僅與有效阻止腫瘤的進展緊密相關，還可增強化學治療（化療）、靶向治療甚至免疫治療的效果［6-8］。Schmitt等［9］的研究顯示，在生發中心B細胞樣淋巴瘤中，富馬酸二甲酯引發的細胞死亡呈現出典型的鐵死亡特征。這意味著通過藥物激發的鐵死亡或許可以成為一種可行的抗癌方法。Zhang等［10］在胃癌研究中發現通過阻斷癌癥相關成纖維細胞外泌體，抑制LPO生成，可促使癌細胞增加鐵死亡水平，從而提升化療敏感性。這暗示了抑鐵死亡可能會增強癌癥對化療的耐藥性。Sun等［7］的研究表明，在肝細胞癌中，通過上調MT1G基因的表達，降低腫瘤細胞LPO水平，促進鐵死亡并推進癌癥的進展，進而提升其抵抗索拉非尼藥物的能力。這揭示了激發鐵死亡可能會降低癌癥對靶向治療的耐藥性。

上述研究顯示，無論是作為新型抗癌手段，還是作為克服化療和靶向治療耐藥性的工具，鐵死亡都顯示出了巨大的可能性。然而，要將研究成果轉化為實際的臨床應用時，我們仍需要更多的研究和探索。因此，本文將探討鐵死亡相關靶基因在肺癌進展和治療中的作用，希望能從中發現新的治療思路和策略，為肺癌治療開辟新的道路。

一、肺癌中鐵死亡靶基因

1. KRAS

KRAS是一種已知的腫瘤驅動基因，在多種癌癥中出現突變，但其在肺癌中的特定作用和潛在的治療策略仍在探索中。Vu等［11］的研究發現，與野生型KRAS的細胞系相比，神經酰胺激酶抑制劑NVP-231可以有效降低攜帶KRAS突變的NSCLC細胞存活率，具體機制為：①在野生型KRAS的NSCLC中，CERK表達被上調，直接或間接地激活AKT，促使其轉移到線粒體，增強線粒體電壓依賴性陰離子通道（VDAC）的磷酸化和其與微管蛋白的結合，以維持線粒體膜電位（MMP）并防止過多產生活性氧，避免細胞鐵死亡；②在攜帶突變型KRAS的NSCLC中，抑制CERK表達水平時，非活性的AKT主導線粒體中的VDAC磷酸化，減少VDAC和微管蛋白的結合作用，引起VDAC活性失控，由活性氧介導的LPO急劇增加，引起鐵依賴性細胞死亡數量急劇增加。NVP-231的發現極具價值，提供了針對KRAS突變型肺癌治療的新型藥物的方向，但其只在體外實驗中得到驗證。

2. TP53

TP53不僅在細胞凋亡中起關鍵作用，同時也是鐵死亡的調節因子，但TP53在癌細胞鐵死亡中的功能并非固定不變，而受到其乙酰化的雙重調控。比如說，TP53-3KR是TP53的一種乙酰化缺陷突變體，雖然無法直接推動H1299細胞的鐵死亡進程，但是可以通過抑制SLC7A11表達來獲得其誘導鐵死亡的功能［12］。反之，當TP53-3KR和TP53的另一乙酰化突變體TP53-4KR同時存在時，H1299細胞中由TP53介導的SLC7A11轉錄水平會顯著增加，從而反向調控誘導癌細胞鐵死亡的能力［13］。對發生TP53突變的肺癌患者，這些發現可能會引導新的治療策略，例如通過誘導TP53的乙酰化突變類型，以改變其對鐵死亡的調控，從而影響癌癥細胞的生存狀態。

3. 淋巴樣特異性解旋酶（LSH）

LSH參與了多種表觀遺傳調控過程，包括DNA甲基化、核小體重塑以及組蛋白修飾［14］。Magtanong等［15］和Jiang等［16］的研究對LSH與肺癌的關系進行了探討，發現經過甲基化修飾后，LSH與WDR76互相作用激活基因SCD和FADS2，抑制鐵死亡進程，從而促進肺癌的進展。Jiang等［16］還構建了小鼠移植模型，將LSH轉錄水平高的小鼠肺部腫瘤細胞種植到另一組小鼠的肺部腫瘤中，發現可以增加腫瘤的大小、體積和質量。兩項研究揭示了LSH在肺癌中起重要的促進作用，但是LSH與WDR76相互作用的具體機制尚未完全闡述，LSH是否在體內也具有促進癌細胞增殖的功能尚未可知。同時，上述研究也提醒我們，在研究肺癌的過程中，應注意甲基化等遺傳修飾在肺癌發展中的重要作用，這可能是肺癌研究和治療的一個重要領域。

4. 半胱氨酸脫硫酶（NFS1）

在真核生物中從半胱氨酸提取硫為原料并用于合成鐵硫簇，是NFS1的功能之一。Alvarez等［17］通過對NSCLC細胞進行免疫組織化學染色發現，與正常肺組織相比，NSCLC中NFS1的表達上調，隨后通過用Erastin處理NFS1表達抑制的A549細胞，發現A549細胞對Erastin的敏感性增加。在此基礎上，Terzi等［18］提出可能是由于鐵硫簇合成的減少導致鐵的累積，從而提高腫瘤細胞對鐵死亡的敏感程度。Fujihara等［19］的研究從另一角度驗證Terzi等［18］的觀點，具體為抗癌藥物Eprenetapopt通過抑制NFS1的活性，減少鐵硫簇的合成誘導鐵死亡，進而抑制癌細胞增殖。從NSCLC中NFS1的過表達，到鐵硫簇合成的減少引起的鐵累積，再到新型抗癌藥物的作用機制，顯示了鐵死亡的復雜調控網絡。

5. 核因子紅系2相關因子2（NRF2）

NRF2在NSCLC患者的癌組織中高表達，通常與治療耐藥和預后不佳相關。Liu等［20］的研究闡述了NSCLC鐵死亡中NRF2/FOCAD/FAK信號軸：NRF2可以負向調控FOCAD基因的轉錄，從而抑制FAK基因的表達，以降低由半胱氨酸誘導鐵死亡的概率。Liu等［21］的研究揭示，Wnt/NR2F2/GPX4信號軸通過負向調控鐵死亡，提高NSCLC腦轉移對化療抵抗性。第一項研究展示了NRF2的下游基因在鐵死亡中的復雜調控網絡，第二項研究則揭示了與鐵死亡有關的NSCLC治療耐藥的信號通路。揭示了可以通過影響信號軸，調控腫瘤的生長和存活，以及改善化療的耐藥性。

二、鐵死亡與肺癌治療

1.鐵死亡與化療耐藥

現有的肺癌治療手段會受到耐藥性的影響，而通過藥物聯合治療，可以克服這一難題，提高治療效果。此外，通過調控相關通路的表達，還可能進一步增強藥物對癌細胞的殺傷力，為患者提供更有效的治療手段。Li等［22］的研究培養了A549和N5兩種NSCLC細胞系，通過反轉錄定量PCR和Western blot發現，順鉑顯著上調NRF2基因及其下游靶基因xCT的mRNA和蛋白質的表達，其中NRF2表達略微增加，xCT表達則增加了8.6倍；此外，無論是NRF2還是xCT的表達，N5細胞系都低于A549細胞系，且N5細胞系表現出比A549更強的化療敏感性，表明Nrf2/xCT通路被激活是NSCLC細胞對順鉑產生耐藥性的關鍵因素；隨后Li等［22］培育了對順鉑耐藥的N5CP細胞系，經過Erastin和索拉非尼處理后的N5CP細胞系的存活率明顯降低，并且死亡的細胞呈現出鐵死亡的特征。表明通過抑制耐藥通路的多重藥物聯合治療具有更佳的療效。

2.鐵死亡與放射治療（放療）抗性

放療已被廣泛接受為肺癌治療主要的策略之一。然而，癌細胞對電離輻射的抵抗力常常限制了放療的效果，進而影響了患者的治療效果。Lei等［23］的研究揭示了放療對于促進鐵死亡的雙面性：一方面，放療通過增加活性氧的產生和上調關鍵酶表達，促進了LPO的積累，推動了鐵死亡的發生；另一方面，放療也可誘導基因SLC7A11和GPX4的轉錄增加，這是一種適應性反應，使得癌細胞能逃避被放療殺滅。這一發現表明了基因調控在放療抵抗中的重要性，暗示了在優化放療策略時，需要考慮到基因調控的影響。Pan等［24］的研究則進一步探討了聯合應用Erastin和放療的可能性，當Erastin和放療協同作用時，可以更明顯地減少癌細胞的數量，這可能是因為Erastin抑制了GPX4在NSCLC中的表達，增強了癌細胞對放療的敏感性。Lei等［23］的研究揭示了放療引發的鐵死亡和癌細胞對放療的適應性反應之間的平衡，強調了需要深入理解和精確調控這一過程，以提高放療的效果。而Pan等［24］的研究則為我們提供了一個新的策略，即通過聯合使用Erastin和放療，可以增強放療的效果。這些研究結果都為改進肺癌的放療策略提供了重要的理論依據和實驗指導。

3.鐵死亡與免疫治療

近年來，免疫療法在晚期肺惡性腫瘤患者中得到了廣泛應用，顯著延長了患者的生存時間。Wang等［25］的研究顯示，CD8+ T淋巴細胞在活化后會抑制SLC7A11和SLC3A2的轉錄，使發生鐵死亡的腫瘤細胞數量增加，以此提高免疫治療的效果。然而，Xu等［26］的研究發現，T淋巴細胞除了能誘導癌細胞鐵死亡外，其自身也可能發生鐵死亡。上述研究暗示了一種可能存在的反饋機制，即在抑制腫瘤細胞的過程中，CD8+ T淋巴細胞可能會受到損傷。這種現象帶來了一個問題：如何在增強腫瘤治療效果的同時，保護CD8+ T淋巴細胞不受損傷，從而避免產生不良的脫靶效應？Xu等［26］的研究表明CD36在這個過程中起到了關鍵的調控作用，其促進CD8+ T淋巴細胞對LPO的攝取，進而導致CD8+ T細胞功能障礙。綜上所述，T淋巴細胞與鐵死亡的關系在肺癌中的確切作用仍懸而未決，但我們不能忽視基于鐵死亡機制的免疫治療的潛力。未來幾年，開發和應用基于鐵死亡機制的免疫治療新策略將變得極為重要。

三、總結和展望

鐵死亡已經表現出在腫瘤治療領域中獨特的價值，盡管具有侵襲性和耐藥性的肺癌細胞對傳統的治療方式產生抵抗，但鐵死亡卻提升了其對治療的敏感性。這為鐵死亡在肺癌治療中的應用開辟了可能性。如Erastin和索拉非尼在抗癌研究中展現出的潛力，這進一步提高了人們對鐵死亡治療策略的期待。然而，如何選擇性地運用鐵死亡治療肺癌，使其能有效克服耐藥性和放射抗性，抑制進展和轉移，同時確保正常細胞不受影響，成為未來鐵死亡相關腫瘤研究的核心挑戰。

參 考 文 獻

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（收稿日期：2023-09-25）

（本文編輯：楊江瑜）