铁死亡与乳腺癌患者化疗耐药的关系研究进展

于潇杰 程立浩 张浩 张浩杰 杨振林

1滨州医学院附属医院乳腺外科，滨州 256603

乳腺癌是女性最常见的恶性肿瘤，其发病率已经跃居女性恶性肿瘤首位，并且呈逐年升高的趋势，严重影响女性健康［1］。目前，针对乳腺癌的临床治疗手段包括手术切除、靶向治疗、放疗、化疗、内分泌治疗等。因为部分患者存在恶性程度高、化疗耐药及高复发率等问题，所以存在药物疗效不佳、预后不良等问题［2］。临床上乳腺癌多药耐药现象是困扰治疗的主要障碍［3］。一种新型的非凋亡性细胞死亡形式——铁死亡与肿瘤的发生发展及耐药的关系引起了人们的广泛关注。铁死亡是一种新型的非凋亡性的调节性细胞死亡形式，其特征是细胞内铁依赖和脂质活性氧积累，在细胞发生发展、代谢、死亡等方面发挥着重要作用［4］。因此，以铁死亡为基础的乳腺癌治疗具有可行性［5］。尽管铁死亡在乳腺癌中的作用机制尚未完全明了，但通过激活铁死亡可抑制乳腺癌细胞增殖及转移，提高化疗药物的疗效，逆转乳腺癌化疗耐药，可作为乳腺癌患者治疗的新途径。本文对乳腺癌的化疗耐药、铁死亡的作用机制以及利用铁死亡治疗乳腺癌患者的研究进展进行综述。

乳腺癌化疗耐药

化疗是以化疗药物的形式杀灭癌细胞并抑制其扩散，对临床恶性肿瘤的治疗有着不可替代的作用。但是，化疗药物的应用导致癌细胞对药物的敏感性下降，化疗效果随之减弱乃至消失，进而产生耐药性。耐药是导致化疗失败的重要原因。因此，明确乳腺癌的化疗耐药机制对于肿瘤的诊疗有重要意义。

乳腺癌化疗耐药的主要原因是化疗药物经药物外排蛋白（外排泵）作用，从肿瘤细胞中排出增加，细胞内药物累积减少，从而导致乳腺癌细胞产生多药耐药性（multidrug resistance，MDR）［6］。 乳 腺 癌 耐 药 蛋 白（breast cancer resistance protein， BCRP）、多重耐药相关蛋白-1（multidrug resistance associated protein-1，MRP-1）、P- 糖 蛋 白（P-glycoprotein，P-gp）均为经典的乳腺癌药物外排蛋白。此外，乳腺癌干细胞因素也是乳腺癌化疗耐药的重要原因。乳腺癌干细胞（breast cancer stem cell，BCSC）是乳腺癌细胞的一个亚群，其在乳腺癌发生发展、转移及化疗耐药等方面均发挥着不可忽视的作用，且BCSC 具有较为明显的抗放、化疗能力［7］。因此，靶向BCSC 似乎成为治疗和预防乳腺癌转移的一种有前途的策略。

铁死亡概述

1.铁死亡概念及特征

铁死亡是由Dixon 提出的区别于细胞坏死、凋亡、焦亡的一种铁依赖性的非凋亡性调节性细胞死亡形式［8］。其主要表现为铁死亡时细胞膜断裂和出泡，线粒体萎缩、线粒体嵴减少甚至消失、膜密度增加，细胞核形态正常，但染色质凝集缺乏；电镜下可观察到胞内线粒体变小、双层膜密度增高。同时，细胞内铁离子大量聚集，过量的铁离子通过Fenton 反应产生致命的活性氧（reactive oxygen species，ROS），而还原型谷胱甘肽（reduced glutathione，GSH）耗竭、谷胱甘肽过氧化物酶4（glutathione peroxidase-4，GPX4）被抑制，致使细胞内脂质ROS 累积，发生脂质过氧化，进而触发铁死亡［9］。铁死亡的实质是GSH 的耗竭，GPX4 活性下降，脂质氧化物不能通过GPX4催化的谷胱甘肽还原酶反应代谢，Fe2+氧化产生脂质活性氧，进而促使铁死亡的发生。

2.铁死亡发生机制

铁死亡的机制十分复杂，主要是细胞外三价铁（Fe3+）与转铁蛋白结合后在细胞膜内吞作用下进入细胞中，随后，Fe3+被还原为Fe2+，以不稳定铁池的形式储存在细胞内。细胞膜上的多不饱和脂肪酸（polyunsaturated fatty acids，PUFA）在酰基辅酶A 合成酶长链家族成员4（acylcoenzyme A synthetase long chain family member 4，ACSL4）和溶血磷脂酰胆碱酰基转移酶 3（lysophosphatidyl - choline acyltransferase 3，LPCAT3）的作用下形成含PUFA 链磷脂（polyunsaturated fatty acid containing phospholipid，PUFAPL）［8］。随后，PUFAPL 在Fe2+介导的Fenton 反应作用下形成脂质过氧化物（phospholipid with per-oxidized polyunsaturated fatty acyl tail，PUFAPLOOH），同时会产生过量的ROS。过量的PUFAPLOOH 和ROS 会破坏细胞膜，从而引起铁死亡的发生［10］。其中，激活铁转运蛋白为铁死亡极为关键的步骤，其机制为激活铁转运蛋白，升高不稳定铁池，增加Fenton反应的底物之一的Fe2+，进而引起铁死亡。

3、铁在铁死亡中的作用

铁作为铁死亡的作用底物，参与Fenton 反应的发生，产生ROS导致细胞发生损伤，引起程序性细胞死亡［11］。因此，增加细胞内铁可诱导铁死亡的发生，降低细胞内铁可逆转铁死亡。

铁死亡与乳腺癌的相关性

1.铁死亡与肿瘤

铁死亡在多种肿瘤细胞的生长、增殖、死亡中发挥着重要的作用。铁死亡与多种疾病有关，而且多种实体肿瘤中均有铁死亡激活现象［12-13］。研究显示，在胰腺癌、结直肠癌、肺腺癌等肿瘤中，表现为铁利用率升高和铁过载，以维持细胞内高铁状态，利于肿瘤生长代谢［14］。因此，研究铁死亡相关机制在肿瘤细胞中的作用，对于肿瘤的诊疗可发挥重要的作用。

目前，化疗药物大多以诱导肿瘤细胞凋亡的方式来抑制肿瘤细胞的生长乃至转移；当肿瘤细胞出现化疗药物排出增多、转入减少等凋亡逃逸作用时便会抑制对肿瘤的杀伤作用，进而产生耐药性。因此，抑制肿瘤细胞的化疗耐药成为临床上亟待解决的问题。作为一种新型的非凋亡性程序性细胞死亡形式，铁死亡以其独有的作用方式调节肿瘤的发生发展；因此，铁死亡激活剂在肿瘤的治疗中有着较大的发展前景［15］。

2.铁死亡与乳腺癌

目前，临床上乳腺癌可分为Luminal A 型、Luminal B型、HER-2过表达型和三阴性型（TNBC）。根据美国国立综合 癌 症 网 络（National Comprehensive Cancer Network，NCCN）指南，ER 阳性乳腺癌应用内分泌疗法，HER-2 阳性乳腺癌应用抗HER-2 靶向疗法；但是，尚未发现针对TNBC的靶向疗法。由于缺乏有效的抗HER-2 靶向治疗和内分泌治疗，因此疗效不佳、复发率高、预后差等是TNBC患者的主要问题。研究发现，相比于其他亚型乳腺癌，TNBC 对铁死亡更为敏感［16］。由此可见，触发乳腺癌细胞尤其是TNBC发生铁死亡可能是针对乳腺癌的有效治疗策略。

目前，众多铁死亡关键因子在乳腺癌细胞中被证实与触发乳腺癌铁死亡机制有密切的相关性。GPX4 的抑制是铁死亡的显著特征；RSL3［（1S，3R）-RSL3］和柳氮磺胺吡啶作为GPX4 抑制剂可以使乳腺癌细胞中GPX4 的过氧化物酶活性失活，从而激活铁死亡的发生［17-18］。耐药性乳腺癌细胞具有GPX4 依赖性，更容易受到GPX4 的影响而诱导其铁死亡。此结果提示，GPX4 的抑制是触发乳腺癌铁死亡，逆转其耐药性的特殊措施。GPX4 正常功能的保持有赖于GSH 的存在，胱氨酸作为底物可合成GSH，从而抑制铁死亡；胱氨酸饥饿作用可抑制GSH 的合成，通过GCN2/eIF2α/ATF4/CHAC1 轴诱导TNBC 铁死亡［19-21］。此过程可以通过ferrostatin-1（铁死亡抑制剂）、坏死磺酰胺（MLKL 抑制剂）、去铁胺（铁螯合剂）、坏死性凋亡抑制剂-1（Nec-1，RIP 1 抑制剂）和敲低受体相互作用蛋白（RIP 1）来抑制。相比于其他亚型乳腺癌，TNBC对于柳氮磺胺吡啶和胱氨酸饥饿更加敏感。Yu 等［17］研究表明，在乳腺癌细胞尤其是ER 阴性表达的乳腺癌细胞中柳氮磺胺吡啶通过抑制GPX4的表达，上调转铁蛋白受体和二价金属转运蛋白1 的表达，增加细胞内不稳定铁池，诱导细胞铁死亡的发生。Zhu 等［22］发现，经辐照活化的偶氮苯考布他汀A4（Azo-CA4）负载的纳米载体以及将Fe3+还原为Fe2+均可以增加细胞内铁含量，进而诱导TNBC 细胞铁死亡的发生。Antoniak 等［23］研究证明，含有Fe3O4的纳米胶囊诱导乳腺癌细胞铁死亡；其中值得注意的是，MDA-MB-231（TNBC）细胞比MCF7（ER 阳性）细胞对Fe3O4纳米胶囊更敏感。因此，铁死亡与乳腺癌有密切的联系，调节铁死亡关键因子可以起到激活铁死亡的有效作用，同时可作为抑制乳腺癌进展的新途径。

3.铁死亡具有抗乳腺癌作用

激活铁死亡可直接起到抗肿瘤的作用。Ma 等［24］的研究证明，拉帕替尼和西拉美辛联合应用于乳腺癌可以使铁转运蛋白的表达降低，减少细胞内铁转移到细胞外，同时增加转铁蛋白对细胞外铁的输入，提高细胞内铁水平，从而增加其细胞内铁催化的铁依赖性活性氧的生成，诱导乳腺癌细胞发生铁死亡并产生抗肿瘤效果。Xu 等研究发现，基于金属有机框架设计的铁递送系统可以有效将细胞外铁输入，增加细胞内铁含量，由此触发铁死亡，以此达到杀伤乳腺癌细胞的目的［25］。Du 等［26］在研究舒肝宁注射液时发现，其通过诱导细胞氧化应激并以血红素氧合酶1 依赖性方式促进细胞内不稳定铁池积累，以此诱导TNBC细胞发生铁死亡，并且抑制肿瘤的生长。由此表明，激活铁死亡对乳腺癌具有抗肿瘤的作用。

4.铁死亡增加化疗敏感性

化疗作为临床上治疗乳腺癌的主要手段之一，其化疗药物耐受是治疗失败的主要原因，严重影响患者的预后和生存。激活铁死亡可以抑制肿瘤细胞生长、转移，甚至诱导其发生死亡，尤其是耐药情况下可增加肿瘤化疗耐药细胞药物敏感性。Yang 等［27］研究发现，Erastin 联合多西紫杉醇治疗去势抵抗性前列腺癌时，显著增强了多西紫杉醇的生长抑制效果，提高了其抗肿瘤疗效。TNBC对经典化疗药表皮生长因子酪氨酸激酶抑制剂吉非替尼具有耐药性；吉非替尼可诱导TNBC 的GPX4 表达，使其含量增加；经铁死亡激活剂（Erastin）处理后其GPX4的表达明显降低，提高吉非替尼对TNBC 的抑制肿瘤增殖的作用［28］。Li 等［29］的研究表明，铁死亡激活剂可以抵抗TNBC 对顺铂的抗性，从而抑制肿瘤细胞增殖及转移。Nieto 等［30］研究发现，与多比柔星联合使用的聚多巴胺纳米颗粒通过负载Fe3+，升高细胞内不稳定铁池水平诱导铁死亡，可以增加与化疗药物的协同作用。由此可见，激活铁死亡可以作为提高化疗药物疗效，抑制肿瘤增殖，逆转其耐药，改善患者预后生存的新途径［31］。

小 结

乳腺癌作为女性最常见的恶性肿瘤，尽管目前其治疗方法已经取得了巨大的进步，但由于乳腺癌的耐药性和高复发率等问题，仍需进一步探索其治疗方法。铁死亡作为一种新型的细胞死亡形式，目前在乳腺癌中的研究越来越广泛。激活铁死亡可以有效清除肿瘤细胞，并且增加肿瘤细胞对化疗药物的敏感性。因此，针对诱导乳腺癌细胞铁死亡的治疗方法有巨大潜力。目前，乳腺癌铁死亡相关研究结论主要集中于体外细胞试验，尚缺乏体内试验的支持，难以在整体水平对乳腺癌的生长、增殖、侵袭转移进行评估，并且铁死亡不仅在乳腺癌细胞中发生，在正常细胞中也会发生，诱导铁死亡对正常细胞的影响无法避免，铁死亡药物针对乳腺癌细胞的精确靶向问题亟待解决。今后的研究需更加注重综合临床试验，寻找应用铁死亡治疗乳腺癌的最佳措施。

利益冲突所有作者均声明不存在利益冲突

作者贡献声明于潇杰：采集数据，起草文章，统计分析；程立浩：采集数据，对文章的知识性内容作批评性审阅；张浩、张浩杰：对文章的知识性内容作批评性审阅；杨振林：对文章的知识性内容作批评性审阅，获取研究经费，指导