為什麼Nature有這麼多53分綜述期刊

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細胞死亡是大多數醫學科研人員都會關注的方向，對於研究腫瘤的同學來說更是如此。關於細胞凋亡、壞死，已經產生了大量的研究論文，而近年來新發現的細胞死亡型別——鐵死亡，已成為很多科研人員瞄準的新方向。

中標這一方向的國自然基金專案和金額正在逐年攀升，相關研究論文也是屢屢登頂CNS正刊！居然還與免疫治療這一當紅辣子雞“眉目傳情”，前途可觀！

2021年1月29日鐵死亡研究領域的大佬——廣州醫科大學的唐道林教授和巴黎大學Guido Kroemer教授在《Nature Reviews Clinical Oncology》（IF=53.276）雜誌發表了題為《Broadening horizons: the role of ferroptosis in cancer》的綜述文章。系統性、全方位地為大家介紹了鐵死亡在腫瘤中的角色和作用。

本工讀後，正如文章標題所言，broadening horizons，大開眼界！在此跟大家分享一下全文的翻譯，供大家參考，相信這篇綜述也會對大家有所啟發！

綜述正文的主要內容包括一下幾個部分：

摘要

調節性細胞死亡過程的發現使得人類在癌症治療領域取得了巨大的進步。在過去的十年中，科學家們發現鐵死亡（ferroptosis）是一種鐵依賴性的調節性細胞死亡形式，由過度的脂質過氧化所引起，它與各種型別腫瘤的發生和治療反應有關。實驗試劑（如erastin和RSL3）、已被批准的藥物（如索拉非尼、柳氮磺胺吡啶、他汀類和青蒿素）、電離輻射和細胞因子（如IFNγ和TGFβ1）可誘導鐵死亡和抑制腫瘤生長。

然而，鐵死亡性（ferroptotic）損傷可在腫瘤微環境中觸發炎症相關的免疫抑制，從而有利於腫瘤的生長。鐵死亡對腫瘤生物學的影響程度尚不清楚，儘管一些研究已經發現癌症相關基因（例如RAS和TP53）的突變、與應激反應通路（stress response pathways）（如NFE2L2訊號、自噬和缺氧）有關的蛋白的基因突變與上皮間質轉化以及可啟用鐵死亡的治療反應之間存在重要的相關性。

要點

1. 鐵死亡是一種調節性細胞死亡，主要依賴於鐵介導的氧化損傷和隨後的細胞膜損傷。

2. 鐵死亡可以透過兩條主要途徑啟動：外源性或轉運蛋白依賴途徑，以及內源性或酶調節途徑。

3. 鐵積累的增加、自由基的產生、脂肪酸供應和脂質過氧化是誘導鐵死亡的關鍵。

4. 多種氧化和抗氧化系統，與自噬和膜修復機制一起作用，塑造了鐵死亡時脂質過氧化的過程。

5.在腫瘤發生過程中，鐵死亡具有促進和抑制腫瘤的雙重作用，這依賴於腫瘤微環境中損傷相關分子模式（damage- associated molecular patterns (DAMPs)）的釋放和鐵死亡性損傷引發的免疫反應啟用。

6. 鐵死亡會影響化療、放療和免疫治療的療效，因此聯合使用針對鐵死亡訊號的藥物可以改善這些治療的效果。

介紹

大多數癌症治療策略都是為了在不損害非惡性細胞的情況下選擇性地消除癌細胞。調控性細胞死亡（RCD）過程中不同的致死子程式會不同地影響腫瘤的進展和治療反應。與細胞意外死亡相比，RCD是由特定訊號轉導途徑所控制的，這些訊號轉導途徑可以透過藥物或遺傳干預來調節。

目前研究最廣泛的RCD型別有凋亡、焦亡、壞死和鐵死亡，每種型別都有其獨特的分子機制。死亡受體和線粒體途徑是兩種最常見的細胞凋亡啟用機制，而一類稱為caspases的細胞內蛋白酶負責這些形式的RCD的效應階段。焦亡也是一個caspase依賴性的過程，其效應階段需要caspase 1或caspase 11介導的Gasdermin D的裂解來釋放其N-末端結構域，從而在質膜上寡聚並形成孔洞。壞死發生時沒有半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶的啟用，而是涉及到其他效應分子，如假激酶（pseudokinase）MLKL，它是受RIPK3介導的磷酸化而啟用。

鐵死亡（ferroptosis）一詞誕生於2012年，指的是一種鐵依賴的RCD，由不受限制的脂質過氧化和隨後的質膜破裂引起。鐵死亡可透過外源性或內源性途徑誘發。

外源性途徑是透過抑制細胞膜轉運蛋白，如胱氨酸/穀氨酸轉運蛋白（又稱system xc−）或啟用鐵轉運蛋白、轉鐵蛋白和乳轉鐵蛋白（lactotransferrin）而啟動的。

內源性途徑是透過阻斷細胞內抗氧化酶（如谷胱甘肽過氧化物酶GPX4）啟用的（圖1）。儘管這一過程不涉及caspases、MLKL或Gasdermin D的活性，但鐵死亡的效應分子尚不清楚。

值得一提的是，氧化性死亡（oxytosis）是一種由穀氨酸介導的抑制神經細胞system xc−引起的氧化性RCD，其分子機制與鐵死亡相似。

細胞凋亡（Apoptosis）在過去的30年裡得到了廣泛的研究，但針對凋亡調節因子（如caspase或BCL-2家族的蛋白）的治療藥物在腫瘤學的臨床應用中仍然面臨挑戰。對凋亡的抵抗是癌症的一個標誌，因此，針對非凋亡的RCD過程可能為抑制腫瘤生長提供另一種治療策略。

早期的三項臨床前觀察表明了某些致癌訊號與鐵死亡誘導之間的聯絡：

（1）鐵死亡啟用劑erastin被發現是因為它能夠選擇性地觸發含有突變型（而不是野生型）RAS的癌細胞發生細胞死亡；

（2）Ras-RAF-MEK-ERK通路的啟用是Erastin誘導的細胞死亡所必需的；

（3）鐵對於癌細胞的增殖是重要的，在erastin誘導的細胞死亡中也是必需的。

隨後的研究確定了一條複雜的訊號通路，透過鐵積累、脂質過氧化和膜損傷來控制鐵死亡（圖1）。這個網路作為腫瘤學中潛在的新靶點已經引起了極大的關注（表1）。特別是，對傳統治療方法有抵抗力或有很高轉移傾向的癌細胞可能特別容易發生鐵死亡，從而開闢了靶向治療研究的新領域。

作為對以前綜述的補充，我們的目標是提供關於鐵死亡在腫瘤發展中的機制和功能及其作為潛在治療靶點的洞察和總結。我們描述了腫瘤的異質性和與鐵死亡性閾值相關的訊號，並強調了一些具有臨床轉化價值的潛在治療藥物（作者放在了補充材料的表1和2）。

鐵死亡中的氧化損傷

鐵的積累和脂質過氧化是鐵死亡過程中啟動膜氧化損傷的兩個關鍵訊號。鐵死亡的核心分子機制包括調節氧化損傷和抗氧化防禦之間的平衡。

Iron toxicity

與非惡性細胞相比，癌細胞（特別是腫瘤幹細胞）的生長強烈依賴於微量元素鐵（拉丁語稱為ferrum）。流行病學證據表明，膳食鐵攝入量過高會增加幾種癌症型別（如肝細胞癌和乳腺癌）的風險。這些特徵表明，鐵螯合藥物（如deferoxamine，去鐵胺）或可增加鐵介導的毒性的藥物（如索拉非尼、柳氮磺胺吡啶、他汀類和青蒿素等會引起鐵死亡的藥物）可用於治療癌症患者。

在動物模型中，由於多種水平的干預措施（如增加鐵吸收、減少鐵儲存和限制鐵外流）導致的鐵積累增加，會透過一條整合的訊號通路促進鐵死亡（圖2）。血清轉鐵蛋白或乳轉鐵蛋白介導的鐵攝取透過轉鐵蛋白受體（TFRC）和/或其他未知受體促進鐵死亡，而SLC40A1介導的鐵輸出則抑制鐵死亡。鐵蛋白（一種鐵儲存蛋白）的自噬降解可透過增加細胞間鐵水平來增強鐵死亡（方框1），而外泌體介導的鐵蛋白輸出則抑制鐵死亡。

幾種線粒體蛋白（包括NFS1、ISCU、CISD1和CISD2）參與了利用鐵進行鐵-硫基團生物生成反應（iron- sulfur cluster biogenesis）來負性調節鐵死亡，這可能是透過減少有效的氧化還原活性鐵含量來實現的。過量的鐵至少可透過兩種機制促進隨後的脂質過氧化：透過鐵依賴的Fenton反應產生活性氧（ROS）和啟用含鐵的酶（如脂氧合酶）。

因此，鐵螯合劑和抗氧化劑（在補充材料表2裡）可以預防鐵死亡。用鐵螯合劑——去鐵胺聯合常規肝動脈化療栓塞以治療不能切除的肝癌患者的安全性和有效性目前正在研究中（NCT03652467）。

Lipid peroxidation

在鐵死亡過程中，多不飽和脂肪酸（PUFAs），特別是花生四烯酸和腎上腺素最容易發生過氧化，導致脂質雙層被破壞，影響膜功能。細胞膜中多不飽和脂肪酸的生物合成和改造需要ACSL4和LPCAT3酶。ACSL4催化遊離花生四烯酸或腎上腺素酸分別與輔酶A結合形成衍生物AA-CoA或Ada-CoA，然後LPCAT3促進它們的酯化反應生成膜磷脂醯乙醇胺，產生AA-PE或Ada-PE。

ACSL3將單不飽和脂肪酸（MUFAs）轉化為醯基輔酶A酯，結合到膜磷脂中，從而保護癌細胞免受鐵死亡的侵襲。AMPK介導的beclin 1磷酸化透過抑制還原型谷胱甘肽（GSH）的產生來促進鐵死亡，而AMPK介導的ACAC磷酸化則透過限制多不飽和脂肪酸（PUFA）的產生來抑制鐵死亡。

這些研究擴充套件了AMPK的已知功能，並揭示了該激酶作為一個能量感測器的作用，它透過調控不同下游底物的磷酸化來決定細胞的命運。過氧化物酶體介導的生物合成為鐵死亡時脂質過氧化提供了另一種多不飽和脂肪酸來源。最後，不同的脂氧合酶（lipoxygenases）在介導脂質過氧化過程中具有背景依賴性（context- dependent）作用，從而產生促進鐵死亡的過氧化氫AA-PE-OOH或Ada-PE-OOH。

幾種膜電子傳遞蛋白，特別是POR和NADPH氧化酶（NOxs）參與了鐵死亡的脂質過氧化過程中ROS的產生。在其他情況下，哺乳動物的線粒體電子傳輸鏈和三羧酸迴圈，再加上谷氨醯胺分解和脂質合成訊號，都參與了鐵死亡的誘導，儘管線粒體在鐵死亡中的作用目前仍有爭議。

當新的治療方法可用時，進一步評估脂質過氧化調節基因在不同型別腫瘤中的表達譜對於指導患者的篩選至關重要（有興趣的可以看看補充材料的表1和2）。

Antioxidant defence

抗氧化酶GPX4可以直接將過氧化氫磷脂還原為羥基磷脂，從而作為癌細胞鐵死亡的中樞抑制因子。GPX4的表達與生存結局之間的關係與腫瘤型別有關。例如，在乳腺癌患者中，GPX4的高表達水平與預後呈負相關，而在胰腺癌患者中，GPX4的高表達預示著良好的生存結局。

GPX4在鐵死亡中的表達和活性依賴於谷胱甘肽和硒的存在。谷胱甘肽是由半胱氨酸、甘氨酸和穀氨酸三種氨基酸合成的，半胱氨酸的利用率是這一過程的主要限制因素。在哺乳動物細胞中，system xc−的一個重要功能是將半胱氨酸（半胱氨酸的氧化形式）匯入細胞，隨後由GCL介導谷胱甘肽產生。

system xc−由SLC7A11和SLC3A2兩個亞基組成。SLC7A11的表達和活性進一步受到NFE2L2的正向調節，而受到抑癌基因TP53、BAP1和BECN1的負調節。這種雙重調節構成了一種微調機制來控制鐵死亡過程中谷胱甘肽的水平。谷胱甘肽的其他來源可能包括反式硫化途徑，該途徑受氨醯基（aminoacyl）-tRNA合成酶家族的負調控，如CARS1。

CARS1的幾個多型性SNP (rs384490、rs729662、rs2071101和rs7394702)與胃癌風險增加相關。GPX4以谷胱甘肽為底物，將膜脂過氧化氫還原為無毒的脂醇。用半胱氨酸殘基取代GPX4中的硒代半胱氨酸後（U46C）提高了其抗鐵死亡的活性。用藥物抑制system xc−（用erastin、柳氮磺胺吡啶或索拉非尼）或GPX4（用RSL3、ML162、ML210、FIN56或FINO2）可引起鐵死亡。

類似地，SLC7A11或GPX4的基因缺失會導致脂質過氧化，並導致某些細胞或組織發生鐵死亡。GPX4的缺失還介導了小鼠的其他非鐵死亡性RCD過程（如凋亡、壞死性和焦亡），這表明脂質過氧化位於幾條通路的十字路口，儘管下游的效應可能會有所不同。

幾個非GPX4通路，包括AIFM2-CoQ10，GCH1-BH4和ESCRT-III膜修復系統，在鐵死亡過程期間的抗氧化損傷中起具有背景依賴性（context-dependent）作用。這些修復通路之間可能存在協同或互補效應。事實上，AIFM2調節還原型輔酶Q10的產生，但也可以透過啟用ESCRT-III膜修復系統來預防癌細胞中的鐵死亡。

鐵死亡的癌症相關通路

RAS

RAS家族的癌基因（HRAS、NRAS和KRAS）是所有人類癌症中最常見的突變。在發現Sotorasib之前，這些蛋白質一直被認為是“不可被用藥的”（undruggable）。Sotorasib是一種KRAS-G12C突變蛋白的直接抑制劑，在非小細胞肺癌患者中具有良好的活性，儘管對這種化合物的獲得性耐藥也很常見。

另一種KRAS-G12C選擇性抑制劑——Adagrasib在KRAS-G12C陽性的非小細胞肺癌和其他實體腫瘤患者中也表現出令人鼓舞的治療活性。其他針對RAS訊號的間接策略依賴於在尋找RAS依賴的生長抑制劑或特定的細胞死亡誘導劑過程中發現的小分子。

鐵死亡誘導劑erastin和RSL3已表現出對工程性（engineered）RAS突變的腫瘤細胞具有選擇性致死活性。對RAS或其下游訊號分子（BRAF、MEK和ERK）的遺傳或藥物抑制逆轉了erastin和RSL3的抗癌活性，可能是因為突變的RAS訊號透過調節鐵代謝相關基因（如TFRC、FTH1和FTL19）的表達而豐富了細胞的鐵儲存（iron pool）。

此外，針對117個癌細胞株對erastin的反應的分析揭示了鐵死亡的RAS依賴和RAS非依賴性機制。目前正在嘗試破譯導致某些癌症易發生鐵死亡的特定基因特徵。

TP53

TP53在大約50%的人類癌症中存在雙等位突變或缺失，導致野生型p53活性喪失，腫瘤進展不受抑制。人類腫瘤中最常見的6種TP53突變包括R175H（5.6%）、R248Q（4.37%）、R273H（3.95%）、R248W（3.53%）、R273C（3.31%）和R282W（2.83%）。

p53最為人所知的是一種轉錄因子，它與靶基因的啟動子結合，然後啟用或抑制mRNA的合成。例如，p53透過主動調節BBC3（也稱為PUMA）和BAX的表達來誘導細胞凋亡。相比之下，p53介導的SLC7A11轉錄抑制從而促進癌細胞的鐵死亡。

TP53的變異（突變或多型性）可調節p53促進細胞凋亡和鐵死亡的能力。P53 3KR（K117R，K161R，K162R）乙醯化缺陷突變體不能誘導肺癌細胞凋亡，但完全保留了誘導肺癌細胞發生鐵死亡的能力。另一個乙醯化缺陷突變體P53 4KR（K98R和3KR）和P53 P47S（位於P53的N端反式啟用區域的多型性）則不能誘發鐵死亡。

有趣的是，p53 R273H和R175H不能與DNA結合，但仍然可以透過抑制其他轉錄因子的活性來抑制SLC7A11的表達，從而表明一個作為整體的轉錄因子網路控制著核心鐵死亡調節因子的表達。

p53還可以透過直接與DPP4結合來抑制NOX介導的大腸癌細胞中的脂質過氧化反應，或者透過誘導纖維肉瘤細胞中CDKN1A的表達來限制鐵死亡。DPP4抑制劑（如vildagliptin、alogliptin和linagliptin）常用於降低2型糖尿病患者的血糖水平，也可能會限制鐵死亡啟用劑的抗癌活性。

到目前為止，已公佈的資料不僅表明脂質過氧化是鐵死亡的關鍵因素，而且單一的p53靶基因或結合蛋白在鐵死亡過程中的整體重要性可能是具有細胞型別特異性的。此外，MDM2和MDMX這兩種結合p53並調節其穩定性的蛋白質，可以一種p53非依賴的方式促進癌細胞的鐵死亡，從而表明在鐵死亡過程中p53的穩定性可能不依賴於MDM家族的蛋白。

Eprenetapopt和COTI-2是兩種可重新啟用突變形式的p53的小分子，目前正在急性髓系白血病（AML；NCT03931291）和各種實體惡性腫瘤（NCT04383938和NCT02433626）患者的臨床試驗中進行測試；而這些藥物的治療活性可能涉及鐵死亡。

NFE2L2

NFE2L2是氧化應激訊號的主要調節者，在腫瘤進展中具有雙重作用：缺乏NFE2L2活性可以促進早期的腫瘤發生，而高基礎性的（high constitutive）NFE2L2活性可以引發腫瘤進展和對治療的抵抗。

NFE2L2在癌細胞中的表達不僅受KEAP1介導的蛋白降解調控，還受KRAS-BRAF-MYC等癌基因訊號通路的轉錄調控。臨床前研究表明，NFE2L2訊號通路是抵抗鐵死亡的重要防禦機制，並與肝癌細胞對索拉非尼的耐藥性有關。Sequestosome 1是一種多功能支架蛋白，它可結合KEAP1，並阻止其在癌細胞鐵死亡期間結合新合成的NFE2L2。

NFE2L2還可透過反式啟用與鐵代謝（包括SLC40A1、MT1G、HMOX1和FTH1）、GSH代謝（包括SLC7A11、GCLM和CHAC1）以及ROS解毒酶（包括TXNRD1、AKR1C1、AKR1C2和AKR1C3、SESN2、GSTP1和NQO1）有關的幾個細胞保護基因來限制鐵死亡過程中的氧化損傷。

NFE2L2的功能獲得性（gain-of-function）突變或KEAP1的功能喪失性（loss-of-function）突變進一步增加了氧化應激反應的複雜性，這反過來可能會影響對鐵死亡的抵抗力。NFE2L2在鐵死亡抵抗中的作用以及NFE2L2抑制劑（如胡蘿蔔醇和胡蘆巴鹼）在增強鐵死亡治療方面的治療潛力需要在臨床前和臨床研究中進一步解決。

HIF

缺氧會促進腫瘤的形成和治療耐藥性。缺氧的主要調控因子HIF由一個oxygen-labile的α亞基（包括HIF1α、EPAS1（又稱HIF2α）和HIF3α）和一個構成性（constitutively）表達的β亞基（ARNT）組成。

在常氧條件下，HIF1α和EPAS1被缺氧誘導因子EGLN家族成員羥基化，然後被E3泛素連線酶VHL識別，進而被蛋白酶體降解。在缺氧條件下，羥化酶失活會導致HIF1α和EPAS1積累並與ARNT形成異二聚體，從而誘導低氧適應和生存相關基因的轉錄。HIF1α和EPAS1在多種癌症型別中的表達均升高，通常與患者預後不良有關。

用小分子如2- methoxyoestradiol（NCT00030095）、BAY 87-2243（NCT01297530）、PX-478（NCT00522652）和PT2385，抑制HIF訊號已被在臨床試驗中發現是一種抑制腫瘤生長的策略。

其中，PT2385可略微提高轉移性腎透明細胞癌（RCC）患者的生存率，而長期使用PT2385則會導致耐藥性的產生。在臨床前研究中，HIF似乎在調節癌細胞發生鐵死亡方面具有雙重作用。

EGLN蛋白不僅是氧和半胱氨酸的鐵依賴感受器，也是催化HIF羥化的感受器。抵抗鐵死亡的鐵螯合劑可能透過抑制EGLN活性來提高HIF的穩定性。在HT-1080纖維肉瘤細胞中，缺氧誘導的HIF1α的表達透過增加脂肪酸結合蛋白3和7的表達來抑制鐵死亡，從而促進脂肪酸的攝取，增加脂質儲存能力，避免隨後的脂質過氧化。

因此，有效控制HIF1介導的訊號對於維持脂質穩態以調控（shape）鐵死亡性反應有著必要的作用。如果將腫瘤細胞中鐵死亡調節基因的表達作為納入/排除標準，HIF抑制劑在臨床試驗中的使用可能會得到改善。

上皮間質轉化

上皮間質轉化（EMT）是上皮細胞失去與上皮表型相關的極性和細胞間黏附特性，逐漸獲得與間質表型相關的遷移和侵襲能力的過程。EMT被認為可以產生腫瘤幹細胞，導致轉移擴散，並在臨床治療過程中產生耐藥性。

轉錄因子SNAI1、TWIST1和ZEB1可刺激EMT介導的腫瘤轉移和耐藥，這些轉錄因子都是潛在的腫瘤治療靶點。除了限制大多數抗癌治療的效果外，EMT訊號還可以促進鐵死亡（圖3）。

在人類癌細胞系和類器官中，高度間充質樣細胞狀態與鐵死亡的選擇易感性有關。ZEB1的高基線轉錄水平與細胞對鐵死亡的敏感性相關，部分原因是ZEB1誘導肝臟脂質代謝的主要調節因子PPARγ上調。蛋白質LYRIC（又稱metadherin）是EMT的正性調節因子，透過抑制GPX4和SLC3A2的表達來促進鐵死亡。

CD44依賴的鐵內吞作用的增加促進鐵依賴的去甲基化酶活性，從而促進EMT訊號相關基因的表達，從而使乳腺癌細胞對鐵死亡敏感。來自這些臨床前研究的資料表明，EMT可能使患者對以鐵死亡為基礎的治療更加敏感。

其他細胞粘附的促進劑，如整合素亞基（integrin subunits）α6和β4，也能在體外防止乳腺癌來源的細胞發生鐵死亡。相比之下，Hippo通路中轉錄因子（如YAP1和WWTR1 [也稱為TAZ]的啟用，通常在發育過程中控制細胞數量和器官大小）透過調節鐵死亡調節基因（如ACSL4、TFRC、EMP1和ANGPTL4）的表達促進癌細胞發生鐵死亡。

總而言之，這些發現強調了使用鐵死亡誘導藥物可特異性清除具有間充質樣表型的癌細胞在理論上尚待探索的可能性。

癌症治療中的鐵死亡

系統治療

傳統的細胞毒性藥物和靶向藥物可透過許多機制發揮作用，一般目的是透過誘導癌細胞死亡來減緩或阻止腫瘤生長，而不影響未轉化的細胞。然而，對靶向治療的抗藥性在很大程度上仍然是一個難以逾越的挑戰。

越來越多的臨床前證據表明，誘導鐵死亡可能是一種有效的治療策略，可以防止發生對拉帕替尼、厄洛替尼、曲美替尼、達普拉非尼和維莫拉非尼等多種藥物的獲得性耐藥性。一些耐藥腫瘤細胞表現出EMT（間質標誌物上調和上皮標誌物下調）的跡象，結果是，它們對鐵死亡變得敏感。

鐵死亡誘導劑還可以與更傳統的藥物（如順鉑）發生協同作用，抑制頭頸癌小鼠模型的腫瘤生長。也有一些已在臨床使用或具有很強臨床轉化潛力的幾種藥物被發現可促進鐵死亡的發生（表1；補充材料的表1裡也有不少）。

索拉非尼（Sorafenib）

索拉非尼是第一個被批准用於治療不能切除的肝癌、晚期腎癌和分化型甲狀腺癌的多酪氨酸激酶抑制劑。在幾項惡性腫瘤的臨床試驗中，索拉非尼也被作為單一療法或與常規細胞毒療法聯合應用進行評估（表1）。索拉非尼可抑制多種細胞內激酶（RAF、野生型和突變型BRAF）和細胞表面激酶（KIT、FLT3、RET、VEGFR1-3和PDGFRb）。

一些研究表明，索拉非尼可透過靶向這些激酶在培養的前列腺癌細胞或肝癌細胞中誘導凋亡和自噬。然而，另一些肝、腎、肺或胰腺癌細胞的研究表明，索拉非尼的抗癌活性主要依賴於透過抑制system xc−的活性來誘導鐵死亡，而不一定依賴於抑制其激酶靶標。

此外，一些臨床前和臨床研究表明，NFE2L2/MT1G的靶基因是索拉非尼耐藥的biomarker和contributor。MT1G的敲除可透過誘導人肝癌細胞發生鐵死亡以恢復對索拉非尼的抗癌活性。

這些資訊可能有助於制定克服腫瘤產生對索拉非尼耐藥的策略。相反，高水平的ACSL4（鐵死亡的促進劑）在體外與肝癌細胞對索拉非尼的敏感性呈正相關，提示抗糖尿病藥物羅格列酮（ACSL4抑制劑）可能干擾索拉非尼的抗癌活性。

然而，在臨床環境中，鐵死亡和/或細胞凋亡對索拉非尼抗癌活性的貢獻程度仍不清楚。

柳氮磺吡啶（Sulfasalazine）

柳氮磺吡啶是一種口服抗炎藥，用於治療炎症性腸病（包括潰瘍性結腸炎和克羅恩病）或類風溼性關節炎。柳氮磺胺吡啶及其代謝產物（5-氨基水楊酸和磺胺吡啶）的作用機制仍在研究中，可能與淋巴細胞抑制效應（如誘導T細胞死亡或抑制B細胞介導的抗體產生）和白細胞調節效應（如抑制白細胞向炎症部位的募集和隨後的前列腺素合成，以及細胞因子的產生）有關。

柳氮磺胺吡啶除了具有抗炎活性外，在臨床前模型中，還可以透過抑制system xc−誘導鐵死亡來抑制淋巴瘤和其他癌細胞的生長。柳氮磺胺吡啶作為膠質瘤患者的單一治療藥物和與放療聯合以治療膠質母細胞瘤患者的活性目前已在進行臨床研究（NCT04205357）。

然而，在進展性惡性膠質瘤患者中，柳氮磺胺吡啶顯示出缺乏療效，並引發了嚴重的神經系統不良事件。柳氮磺胺吡啶對system xc−的抑制不僅可以抑制半胱氨酸的內流，還可以抑制穀氨酸的外流，而穀氨酸是引發癲癇和啟用痛覺受體的分子。

在一項涉及9名膠質瘤患者的試點（pilot）臨床試驗中，口服柳氮磺胺吡啶被發現會透過system xc−介導的機制抑制穀氨酸的釋放。柳氮磺胺吡啶將用於乳腺癌和慢性疼痛患者的I期臨床試驗正在計劃中（NCT03847311）。

在臨床前研究中，確定柳氮磺胺吡啶的抗癌活性是否依賴於system xc−的抑制或其抗炎作用可能存在困難，因為其起藥理作用的結構基礎尚不清楚。與其他藥物一樣，柳氮磺胺吡啶抑制system xc−這一機制的最終臨床效用將受到靶細胞對這些抑制劑產生適應性耐藥能力的影響。

他汀類藥物（Statins）

高膽固醇血癥極大地增加了心臟病、中風和包括癌症在內的其他嚴重疾病的風險。他汀類藥物（如氟伐他汀、洛伐他汀和辛伐他汀）是一類透過抑制甲羥戊酸通路中限速酶HMGCR來降低血膽固醇水平的藥物，HMGCR介導膽固醇的合成。透過減少甲羥戊酸通路中焦磷酸異戊烯的生成，他汀類藥物能夠抑制硒蛋白（如GPX4）和輔酶Q10的生物合成，從而促進間充質細胞發生鐵死亡或選擇性地誘導RCD。

由於他汀類藥物被公認的臨床安全性，以及肥胖也是一個主要的癌症風險因素，一些臨床試驗目前正在研究他汀類藥物作為單一療法或聯合療法在各種腫瘤型別中的療效（補充圖1）。

例如，兩個涉及乳腺癌患者機會窗（window-of-opportunity）臨床試驗的資料表明，阿託伐他汀和氟伐他汀可能對過度表達HMGCR的腫瘤有抗增殖作用。他汀類藥物可提高多種型別腫瘤患者的治療效果，如使用肝動脈化療栓塞術的肝細胞癌患者、使用伊達比星和阿糖胞苷治療急性髓系白血病患者、使用沙利度胺、地塞米松和洛伐他汀治療多發性骨髓瘤患者。

相比之下，接受單藥辛伐他汀治療的多發性骨髓瘤患者沒有觀察到臨床反應。目前而言，預測哪些癌症患者將從他汀類藥物治療中受益依然存在困難，因此，更深入地瞭解膽固醇如何調節的鐵死亡通路可能有助於更好地識別生物標記物，以在未來的臨床研究中對患者進行分層。

值得注意的是，那些調控鐵死亡的膽固醇調節基因和蛋白表達水平的有關資訊可能有助於確定最有可能對他汀類藥物有臨床反應的患者。

青蒿素（Artemisinins）

青蒿素及其衍生物（統稱青蒿素）是從中草藥青蒿中提取的抗瘧疾藥物。除了在治療瘧疾方面的治療價值之外，青蒿素在體外和體內都表現出對各種型別的癌細胞有強大的抗癌特性。

青蒿素有一個獨特的內過氧化物橋（endoperoxide bridge），被認為是被Fe2+啟用而產生自由基。鐵補充劑，如全轉鐵蛋白（holotransferrin），可以增強青蒿素的抗癌特性。

青蒿素（尤其是青蒿素和雙氫青蒿素）除了誘導細胞凋亡外，還可以透過促進鐵蛋白吞噬從而增加細胞內遊離鐵的水平而引發癌細胞的鐵死亡。一項已完成的I期臨床試驗（NCT00764036）顯示，對於轉移性乳腺癌患者，每天口服青蒿琥酯高達200 毫克仍然是安全且耐受性良好的。

其他已完成的I期臨床試驗表明，靜脈或陰道注射青蒿琥酯對晚期實體腫瘤（NCT02353026）的患者耐受性良好，包括宮頸上皮內瘤變（NCT02354534）。

最後，一些正在進行的臨床試驗也正在研究青蒿琥酯在結直腸癌患者中的藥代動力學和有效性（NCT02633098和NCT03093129）。臨床試驗中觀察到的青蒿素的最小毒性曲線是否能使其促鐵死亡活性得到釋放和利用還有待確定。

胱/半胱氨酸酶（Cyst(e)inase）

胱/半胱氨酸酶是一種能有效降解小鼠和食蟹猴血清中半胱氨酸和胱氨酸的工程性酶（engineered human enzyme）。隨之發生的細胞外胱/半胱氨酸耗竭可導致前列腺癌和慢性淋巴細胞白血病細胞在體外和體內發生細胞死亡。

胱/半胱氨酸酶介導的胱/半胱氨酸的耗竭可以在小鼠胰腺導管腺癌源細胞系和突變的Kras/Tp53驅動的胰腺腫瘤中誘導鐵死亡，而不會引起明顯的毒副作用，這表明其具有可接受的安全性和耐受性。

這種方法還可以抑制EGFR突變的NSCLC和乳腺癌異種移植瘤的生長。利用胱/半胱氨酸酶調節細胞外胱/半胱氨酸水平的策略可以為基於鐵死亡的抗癌治療開闢新的治療機會，特別是與活性氧誘導藥物（如阿黴素、吉西他濱、紫杉醇、5-氟尿嘧啶、硼替佐米和三氧化二砷）聯合使用。

免疫治療

免疫檢查點抑制劑（ICIs）的免疫治療革命性地改變了癌症患者的臨床治療。ICIs主要透過啟用有效的細胞毒性T細胞所驅動的抗腫瘤免疫反應來發揮作用。目前已被批准的ICIs的靶標包括CTLA4、PD-1及其配體PD-L1。細胞毒性T細胞驅動的免疫可以誘導癌細胞發生鐵死亡（圖4）。

例如，抗PD-L1抗體可促進腫瘤細胞中脂質過氧化依賴的鐵死亡，鐵死亡抑制劑Liproxstatin 1降低這些藥物的抗癌活性。此外，抗PD-L1抗體和鐵死亡啟用劑（如erastin、RSL3和胱/半胱氨酸酶）在體外和體內都能協同誘導腫瘤生長的抑制。

從機制上講，細胞毒性T細胞釋放的干擾素γ會啟用JAK-STAT1通路，並下調SLC7A11和SLC3A2的表達，導致腫瘤細胞發生鐵死亡。黑色素瘤患者SLC3A2表達降低與ICIs療效增強一致相關。鑑於STAT1可以被許多配體啟用，其他細胞因子是否與干擾素γ一樣在促發鐵死亡方面具有類似的作用仍有待進一步確定。

如果存在這樣的作用，STAT1-鐵死亡啟用劑的加入將極大地擴大鐵死亡策略在腫瘤治療中的臨床應用。值得注意的是，TGFβ1可以透過SMAD訊號介導的對SLC7A11的轉錄抑制和ZEB1的啟用來促進鐵死亡（圖4）。

細胞死亡過程中損傷相關分子模式（DAMP）的釋放在抗腫瘤免疫中具有雙重作用。DAMPs的釋放可以介導免疫原性的細胞死亡，從而刺激抗腫瘤免疫。然而，DAMPs會促進炎症反應，從而支援腫瘤的生長。的確，在特定情況下，鐵死亡可以起到促進腫瘤的作用（圖4）。

HMGB1由鐵死亡性癌細胞釋放，透過與AGE結合促進巨噬細胞的炎症反應。HMGB1-AGE通路的遺傳和藥物阻斷可限制這種鐵死亡介導的炎症反應。此外，KRAS-G12D可在鐵死亡時被胰腺癌細胞釋放到外泌體內，並可被巨噬細胞攝取。這種攝取是由AGE介導的，最終導致巨噬細胞極化為M2表型，並刺激腫瘤生長。

除這些蛋白外，某些非蛋白類的DAMPs（如ATP、宿主DNA和脂質介質）可能會在鐵死亡過程中產生一個複雜的網路來調節抗腫瘤免疫。與Slc7a11缺失介導的胰腺腫瘤抑制不同，在小鼠中，胰腺中Gpx4的條件性缺失透過鐵死亡性（ferroptotic）損傷誘導DNA釋放和隨後巨噬細胞中的STING啟用炎症來促進突變型Kras驅動的腫瘤發生。

鐵死亡對腫瘤免疫的長期影響依賴於癌細胞與各種免疫細胞亞群之間的相互作用。例如，淋巴系統透過增加ACSL3依賴的MUFAs的產生來保護黑色素瘤細胞免於鐵死亡，從而促進腫瘤轉移（圖4）。

放療

關於放射治療可直接誘導癌細胞發生鐵死亡的這一發現挑戰了傳統理論，即放射治療主要誘導DNA損傷下游的細胞凋亡（apoptosis）（圖5）。

ATM是DNA修復系統的核心組成部分，DNA修復系統在暴露於有細胞毒性的化療或放療後被啟用。ATM介導的SLC7A11下調與放療引起的癌細胞鐵死亡有關，在皮下腫瘤模型中，放療聯合ICIs（抗PD-L1或抗CTLA4抗體）可增強這種抗癌作用。

體細胞ATM突變發生在某些腫瘤型別中（例如，在45%的套細胞淋巴瘤和8%的前列腺癌中發現ATM突變），並可能與不良預後有關。然而，這些突變是如何影響那些可促進這些腫瘤發生鐵死亡的藥物的反應尚不清楚。除了下調SLC7A11外，放射治療還上調ACSL4，從而增加脂質合成和隨後的氧化損傷，從而導致鐵死亡。

受輻射的腫瘤細胞所釋放的微粒有能力進一步加強放射治療效果，部分是透過傳播鐵死亡訊號或增加與氧化應激相關的蛋白質表達。DNA損傷啟用的cGAS通路也可誘導鐵死亡，因此該通路或其他DNA感受器通路的啟用可能在增強放療引起的鐵死亡方面起到類似的作用。

鐵死亡和細胞凋亡的訊號轉導通路之間的相互作用，以及在放射治療過程中這種串擾的調節，也是目前正在進行的重要研究領域。從毒性的角度來看，另一個有趣的問題是鐵死亡抑制劑是否能保護非惡性細胞免受輻射損傷。

奈米療法

奈米藥物的輸送是基於工程技術而開展的，利用奈米顆粒來輸送和控制藥物的釋放，從而改善藥物的藥代動力學特性。攜帶化學藥品或生物材料的奈米顆粒將為提高現有鐵死亡誘導劑的療效以及開發治療癌症的新型誘導劑提供可能性。

例如，鐵死亡誘導劑withaferin A在水中的溶解性差，對小鼠有毒性。當使用兩親的（amphiphilic，就是既親水又親油）、可降解的pH敏感型奈米載體給藥時，可以避免其不利的藥理學特徵。在白血病細胞異種移植模型中，erastin類似物IKE在聚乙二醇-聚乳酸-乙醇酸奈米粒中的抗腫瘤活性得到增強。

此外，在異種移植模型中，超小的二氧化矽奈米顆粒可以透過增加細胞內鐵的輸送和積累來引發鐵死亡以抑制腫瘤生長。

然而，奈米顆粒對人類健康的長期影響仍然需要進行仔細評估。

展望

鐵死亡的反應是由表觀遺傳、轉錄、轉錄後和翻譯後多種機制所組成複雜網路來調節的。靶向可調節腫瘤細胞鐵死亡的通路是一種新興的抗腫瘤策略，因為惡性腫瘤細胞通常依賴致癌和/或生存訊號，這使得它們特別容易受到鐵死亡的影響。

例如，有利於腫瘤生長的因素（如鐵的積累、脂肪酸合成、增強的自噬通量和EMT）增加了許多癌症型別對鐵死亡的易感性，如胰腺癌、乳腺癌、非小細胞肺癌和黑色素瘤。

儘管對鐵死亡的研究迅速積累，但仍有幾個挑戰有待解決。

基礎腫瘤學

鐵死亡的效應分子是什麼？

除了不同的起始和中間訊號外，典型的RCD途徑還應該有效應分子。大多數RCD效應分子是蛋白酶（如caspases和MLKL分別參與細胞凋亡和壞死）或致孔蛋白（如Gasdermin D參與焦亡）。

脂質過氧化是鐵死亡所必需的，但細胞毒性是由該反應本身的產物所介導的，還是還需要脂質過氧化下游的訊號分子仍有待確定。我們的假設是，形成了與未知蛋白質的加合物（adducts），這些加合物導致了膜通透性孔隙的形成，從而介導脂質過氧化的致死效應。

如何明確鐵死亡和非鐵死亡性程式性死亡之間的相互作用？

每一種新發現的調節性細胞死亡（regulated cell death，RCD），包括鐵死亡，都有獨特的特徵。然而，更深入的研究表明，鐵死亡的一些特徵並不是這種型別的RCD所獨有的。

例如，鐵死亡的訊號（脂質過氧化）和調節因子（如GPX4和SLC7A11）也可以調節其他型別的程式性死亡。因此，基於單個訊號或分子事件來區分不同形式的RCD可能是不可能的。

相反，為了明確區分不同的RCD型別，有必要確定生化和遺傳變化的整個級聯（whole cascade）。那些能夠促進RCD形式之間轉換的干預措施可能能夠克服對細胞死亡的抵抗，和/或透過誘導免疫原性細胞死亡來調節腫瘤微環境。

如何定義腫瘤代謝重程式設計對鐵死亡的影響？

癌細胞的代謝和能量生存網路被重新設定（rewired），以支援和實現在次優條件下的快速增殖、持續生長和生存。腫瘤細胞（包括腫瘤幹細胞）的代謝重程式設計如何與癌細胞特異性的鐵死亡反應相耦合尚不清楚。

基因工程小鼠模型和人類腫瘤類器官模型是評估代謝重程式設計和相關因素對鐵死亡影響的重要臨床前工具。

臨床腫瘤學

臨床試驗中靶向鐵死亡的最佳候選藥物是哪些？

初步研究結果表明，他汀類藥物可以提高几種癌症患者的總體生存率，比如結直腸癌患者。需要在大量患者人群中進行隨機對照試驗，以證實他汀類藥物治療惡性腫瘤的安全性和有效性，同時基於預測性生物標誌物對患者進行篩選。從理論上講，直接靶向鐵死亡通路的藥物開發可能會拓展治療腫瘤的手段。

最有可能的是，這類促鐵死亡的藥物與其他治療方法結合使用，例如免疫治療（使用ICIs、靶向腫瘤的單克隆抗體、過繼性T細胞轉移和/或腫瘤相關抗原疫苗）或放射治療，這可能會誘導混合型RCD以抑制腫瘤生長。鐵死亡啟用劑可引起骨髓損傷，這也是細胞毒治療的一個重要毒性。降低促鐵死亡藥物的毒性或非靶點效應也是臨床腫瘤學所面臨的重要挑戰。

什麼型別的腫瘤或病人群體對促鐵死亡的治療方法更敏感？

可以結合三個標準（鐵水平、基因表達和突變）來評估哪些患者最有可能從促鐵死亡的治療中受益。富含鐵的腫瘤（如HCC、PDAC、乳腺癌和NSCLC）可能對促鐵死亡的藥物特別敏感。不同的鐵死亡調節基因在不同的腫瘤中有不同的基因表達水平（補充圖2）。

例如，SLC7A11抑制劑可能對過度表達該靶點的特定型別腫瘤特別有效，如食道癌和多形性膠質母細胞瘤（補充圖2）。同樣，在FTH1和/或FTL高水平表達的許多癌症型別 (如PDAC和卵巢癌) 中，誘導鐵蛋白吞噬（ferritinophagy）依賴型鐵死亡的發生可能有治療效果（補充圖2）。

癌症基因組學為識別驅動腫瘤生長和構成真正治療靶點的突變提供了藍圖，因此，整合基因資訊可能有助於區分對促鐵死亡藥物有反應（或沒有反應）的腫瘤。在此背景下，對那些決定不同細胞死亡型別易感性的基因的表達進行綜合評估可能會提供一些有效資訊。

例如，如果在特定腫瘤中檢測到促凋亡基因表達水平低，但促鐵死亡基因表達水平高，那麼患者從促進鐵死亡的藥物中可能比從促凋亡藥物中受益到更多。此外，根據特定腫瘤的脆弱性，可以使用不同的鐵死亡誘導劑來靶向內源性或外源性鐵死亡通路。最後，更全面地瞭解腫瘤細胞適應和產生抗藥性的機制，將為最大限度提高促鐵死亡治療的效果鋪平道路。

如何鑑定對促鐵死亡治療有反應的生物標誌物？

透過分析血液、尿液、糞便和/或腫瘤組織的樣本，確定與反應性相關的生物標記物，可以幫助指導制定個性化的治療計劃。BODIPY 581/591 C11是一種熒光指示劑，用於監測活細胞中的脂質氧化，而硫代巴比妥酸反應性物質（thiobarbituric acid reactive substances）可用於測量細胞、組織和體液中的脂質過氧化產物。

此外，某些基因和蛋白，如PTGS2，CHAC1，ACSL4和TFRC，已經在臨床前模型中被表徵為鐵死亡標誌物，儘管它們的臨床意義尚不清楚。除了腫瘤的組織病理學染色外，血液中的鐵、脂質、代謝物和免疫介質也有可能被（單獨或聯合）鑑定為治療反應和促鐵死亡藥物毒性的預測性生物標誌物。

使用最新的現有技術，如液體活檢、高維細胞計數（cytometry）、單細胞組學、代謝組學和高解析度成像，來監測腫瘤的異質性（包括用核磁共振測量區域性鐵的丰度），可能會指導促鐵死亡療法的使用。

顯然，這些努力將需要艱苦和密切的多學科合作，才能最終應用於臨床實踐。

結論

在過去的5年裡，基礎和臨床研究人員對研究鐵死亡在癌症中的作用以及利用積累的知識來改進癌症的預防、診斷、治療和預後產生了巨大的興趣。鐵死亡在腫瘤生物學和治療中具有複雜和高度的背景依賴性作用。

制定轉化型（translational）抗癌策略可能是一個複雜的過程，並依賴於持續的研究，以更好地瞭解鐵死亡的調節機制和訊號通路。尋找有助於檢測和追蹤鐵死亡的生物標記物將是未來幾年裡一個活躍的研究領域（有搞頭，有興趣的可以在在塊領域搞點事情了）。

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