我真不是醫(yī)二代 782.風(fēng)景這邊獨好

調(diào)節(jié)細胞死亡，如細胞凋亡，是公認的腫瘤發(fā)生的障礙。因此，在腫瘤進癌細胞逐漸進化出對RCDs的耐藥性。

鐵死亡是一種新近發(fā)現(xiàn)的由鐵依賴的脂質(zhì)過氧化驅(qū)動的RCD，它在形態(tài)和機制上不同于其他RCD，如凋亡、自噬和壞死。在形態(tài)學(xué)上，鐵死亡既不具有典型的凋亡特征，如染色質(zhì)凝結(jié)和凋亡小體形成，也不具有自噬的關(guān)鍵特征——自噬小體的形成;相反，鐵死亡細胞線粒體萎縮，線粒體膜密度增加，線粒體嵴減少。機制上，細胞膜中含有多不飽和脂肪酸的磷脂在富含鐵和活性氧的條件下容易發(fā)生過氧化。這種脂質(zhì)過氧化物在細胞膜上的毒性積聚最終破壞細胞膜的完整性，導(dǎo)致鐵死亡。

細胞進化出多種鐵死亡防御系統(tǒng)，包括谷胱甘肽過氧化物酶4依賴性和非依賴性系統(tǒng)，以解毒脂質(zhì)過氧化物，從而阻止它們積累到致命水平，維持細胞存活。通過遺傳或藥理學(xué)途徑使這種防御系統(tǒng)失活會引起鐵死亡。

鐵死亡不僅與多種病理條件和疾病有關(guān)，而且已被確定為癌癥發(fā)展的天然屏障。一些腫瘤抑制因子的失活，如p53和BRCA1相關(guān)蛋白1，通過抑制腫瘤鐵死亡部分促進腫瘤的發(fā)展。同樣，鐵死亡在腫瘤治療中十分重要。

放療引起細胞水的輻射分解，刺激氧化酶產(chǎn)生高活性的羥基和其他活性氧，包括過氧根和H2O2，這些活性氧隨后可以以劑量依賴性的方式攻擊核酸、脂質(zhì)和蛋白質(zhì)。這些直接和間接的作用共同觸發(fā)了癌細胞中的不良細胞事件，包括細胞周期阻滯、細胞衰老和細胞凋亡等RCDs。其他形式的RCD在RT中的潛在作用和機制仍有待進一步研究。

一、電離輻射誘導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和細胞效應(yīng)

一旦IR引起DNA損傷，會引發(fā)DNA損傷反應(yīng)，即共濟失調(diào)毛細血管突變、共濟失調(diào)毛細管擴張和Rad3相關(guān)絲氨酸/蘇氨酸激酶迅速發(fā)現(xiàn)這些損害和引起復(fù)雜的信號級聯(lián)，激活下游檢查點激酶1/2，然后發(fā)生p53磷酸化等，來阻止細胞周期，這樣DNA的損傷就可以被DNA修復(fù)機制糾正。

這些細胞的最終命運至少在一定程度上是由IR誘導(dǎo)的DNA損傷的嚴重程度決定的:如果損傷可以完全修復(fù)，細胞存活并重新進入細胞周期;相比之下，不可挽回的或基因組中DNA修復(fù)不當(dāng)會引發(fā)衰老細胞周期阻滯、細胞凋亡或其他形式的RCD，常常與輻射劑量，線性能量轉(zhuǎn)移，細胞類型，和關(guān)鍵細胞因子有關(guān)。

P53的作用：被RT穩(wěn)定和激活，然后作為轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控多種基因的轉(zhuǎn)錄，如細胞周期蛋白依賴性激酶抑制劑1A、纖溶酶原激活物抑制劑1、早幼粒細胞白血病蛋白等。其功能是永久阻止細胞周期，從而促進衰老。衰老是大多數(shù)受輻射正常細胞的末端，也是癌癥發(fā)展的屏障。p53在癌細胞中經(jīng)常發(fā)生突變，其他衰老檢查點，如p16與視網(wǎng)膜母細胞瘤通過IR消除癌細胞這一通路有關(guān)。

有研究表明，IR對p53的激活作用越強、時間越長，細胞越容易發(fā)生凋亡而不是衰老。

途徑：p53激活會上調(diào)凋亡調(diào)節(jié)因子、BCL2相關(guān)X蛋白和NOXA等基因的表達，導(dǎo)致線粒體外膜通透性不可逆損傷，釋放細胞色素C并激活細胞凋亡蛋白酶9/3/7通路，從而誘導(dǎo)內(nèi)在凋亡；或者，p53誘導(dǎo)死亡受體FAS、死亡受體5和FAS配體，最終激活細胞凋亡蛋白酶8及其下游效應(yīng)物，觸發(fā)外部細胞凋亡。lATM、AMP活化蛋白激酶、去乙酰化酶1和線粒體ROS等多種因素參與IR誘導(dǎo)自噬，而自噬在IR介導(dǎo)的細胞效應(yīng)中可發(fā)揮促生存或促細胞死亡功能，這取決于不同的環(huán)境。因此，自噬在放射增敏中的確切作用仍有爭議。

壞死是一種細胞凋亡蛋白酶依賴的RCD，由磷酸化依賴的混合譜系激酶樣偽激酶激活觸發(fā)，該激活由受體相互作用的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶1/3復(fù)合物介導(dǎo)。

最近的研究表明，IR可以誘導(dǎo)某些癌細胞的壞死，雖然壞死似乎不是IR反應(yīng)的主要RCD。壞死更常與放療的副作用相關(guān)。盡管有絲分裂突變是RT的一種常見的細胞效應(yīng)，但并不嚴格認為是RCD。有絲分裂牽涉中的細胞幾乎無法復(fù)制，絕大多數(shù)細胞最終死亡，只有一小部分恢復(fù)增殖

二、鐵死亡的途徑和誘導(dǎo)因子

鐵依賴性脂質(zhì)過氧化物的積累是鐵死亡的基石。在正常情況下，鐵死亡防御系統(tǒng)可以解毒脂質(zhì)過氧化物，并將其維持在無毒水平。當(dāng)鐵死亡執(zhí)行系統(tǒng)凌駕于鐵死亡防御系統(tǒng)之上時，脂質(zhì)過氧化物在細胞膜內(nèi)迅速積累到有毒水平，觸發(fā)鐵死亡。

2.1、依賴GPX4系統(tǒng)

溶質(zhì)載體家族7成員11谷胱甘肽GPX4信號軸被認為是主要的鐵蛋白防御系統(tǒng);鐵死亡最初是基于對這個信號軸的研究發(fā)現(xiàn)的。SLC7A11吸收胞外胱氨酸，隨后胱氨酸在胞質(zhì)中通過煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸消耗還原反應(yīng)迅速還原為半胱氨酸。半胱氨酸作為GSH生物合成的限速前體，GSH是GPX4解毒脂質(zhì)過氧化物的主要輔助因子。在培養(yǎng)基中阻斷SLC7A11轉(zhuǎn)運蛋白的活性或剝奪胱氨酸可誘導(dǎo)許多癌細胞發(fā)生強效鐵死亡。

一些腫瘤抑制因子，包括p53、BAP1、ARF、KEAP1，通過抑制SLC7A11的表達或活性來促進鐵死亡。

在某些癌細胞中，經(jīng)硫化途徑可以通過半胱氨酸的從頭合成為GSH的合成提供部分細胞內(nèi)半胱氨酸，以及經(jīng)硫化途徑參與或受其調(diào)控的酶，這些酶可以調(diào)節(jié)癌細胞對鐵死亡的易感性。但此通路的細胞內(nèi)半胱氨酸通常不足以應(yīng)對高水平的氧化應(yīng)激癌細胞暴露，因此大多數(shù)癌細胞仍主要依靠從細胞外環(huán)境通過SLC7A11獲得半胱氨酸。

GPX4利用GSH作為輔助因子，將PL氫過氧化物還原為無毒PL醇，從而保持PL雙層膜的完整性，防止鐵死亡。GPX4失活，無論是在藥理學(xué)上還是在遺傳學(xué)上，都會導(dǎo)致毒性脂質(zhì)過氧化物的大量積累，并引發(fā)鐵死亡。某些癌細胞，如耐藥持久性癌細胞或耐治療的高間質(zhì)細胞，高度依賴于GPX4的活性，從而暴露出治療的潛在治療靶點。

GPX4是一種硒蛋白;GPX4中的硒酸半胱氨酸殘基是其抗鐵死亡活性所必需的。補充硒不僅能促進GPX4蛋白的合成，還能促進其轉(zhuǎn)錄，而擾亂甲戊酸途徑則會破壞含硒蛋白的翻譯，從而使細胞對鐵死亡敏感。

SLC7A11介導(dǎo)的胱氨酸攝取、GSH生物合成和GPX4活性共同構(gòu)成了一個強大的鐵死亡防御系統(tǒng)，該系統(tǒng)將脂質(zhì)過氧化氫保持在低于毒性閾值的水平，以維持細胞生存。

2.2、非依賴GPX4系統(tǒng)

NADH–鐵死亡抑制蛋白1泛素信號軸是最近建立的鐵死亡防御系統(tǒng)，與SLC7A11GSHGPX4軸平行運行。

CoQ源于甲戊酸途徑，主要在線粒體中合成，不僅是線粒體電子傳遞鏈的重要元素，而且其還原形式泛素醇還具有強效親脂抗氧化劑的作用。FSP1也被稱為凋亡誘導(dǎo)因子相關(guān)線粒體相關(guān)蛋白2，此前曾被認為參與誘導(dǎo)細胞凋亡，但其在細胞凋亡中的作用較為復(fù)雜，存在一定爭議。

FSP1是CoQ的一種氧化還原酶，F(xiàn)SP1定位于質(zhì)膜上，通過消耗NADH將CoQ還原為CoQH2，而CoQH2隨后通過捕獲親脂自由基抑制鐵死亡;因此，阻斷CoQ生物合成途徑會消除FSP1抑制鐵死亡的能力。

BH4及其限速酶鳥苷三磷酸環(huán)水解酶1最近被確定為獨立于GPX4的另一種鐵死亡防御系統(tǒng)。BH4是細胞膜中一種強有力的自由基捕獲抗氧化劑，能夠促進CoQH2和α生育酚的再生，以對抗脂質(zhì)過氧化和鐵死亡。

2.3、PUFAPL合成及過氧化

游離PUFAs，如花生四烯酸和腎上腺酸，主要由酰基輔酶A合成酶長鏈家族成員4催化生成酰基輔酶A衍生物。隨后，這些PUFACoAs被加工形成溶血磷脂，并進一步被溶血磷脂酰膽堿酰基轉(zhuǎn)移酶3和其他酶合并到L4或LPCAT3的消融抑制PUFAPL的合成，并顯著提高鐵死亡抗性。

由于PUFA中存在雙烯丙基部分，PUFAPLs特別容易發(fā)生過氧化。脂質(zhì)過氧化被認為是通過酶介導(dǎo)的反應(yīng)和稱為自氧化的酶獨立反應(yīng)發(fā)生的，其中脂質(zhì)過氧化物可以通過需要鐵和氧的自由基鏈反應(yīng)產(chǎn)生。雖然脂質(zhì)過氧化最初被認為是由脂氧合酶介導(dǎo)的，但ALOXs在脂質(zhì)過氧化中的作用隨后受到質(zhì)疑，最近的研究表明，至少在大多數(shù)癌細胞系中，細胞色素P450氧化還原酶似乎在介導(dǎo)脂質(zhì)過氧化中發(fā)揮著更主要的作用。

2.4、鐵代謝

活性鐵產(chǎn)生自由基，通過芬頓反應(yīng)介導(dǎo)脂質(zhì)過氧化。去鐵胺的鐵螯合作用可阻斷鐵死亡，而不穩(wěn)定鐵含量的增加則使細胞對鐵死亡敏感，從而證實鐵是鐵死亡的基礎(chǔ)。不穩(wěn)定的鐵池主要由負責(zé)其吸收、儲存和輸出的蛋白質(zhì)維持。

鐵的攝取主要依賴于轉(zhuǎn)鐵蛋白受體1，它通過受體介導(dǎo)的內(nèi)吞作用將鐵蛋白結(jié)合的鐵轉(zhuǎn)運到細胞內(nèi);TFR1最近也被確定為鐵死亡的生物標志物。

鐵主要以鐵的形式儲存在鐵蛋白中，不參與脂質(zhì)過氧化;因此，鐵蛋白的豐度，尤其是鐵蛋白重鏈的豐度對于抑制鐵死亡至關(guān)重要。

脂質(zhì)過氧化所必需的幾種酶，如ALOXs和POR，是鐵依賴的，而Fe在脂質(zhì)過氧化過程中不與這些酶結(jié)合，進一步加速過氧化物的增殖，導(dǎo)致廣泛的鐵死亡。

2.5、鐵死亡誘導(dǎo)因子

已經(jīng)鑒定并開發(fā)了幾類FIN，包括抑制SLC7A11活性并消耗GSH的I類FIN，通過共價結(jié)合GPX4活性位點的硒代半胱氨酸直接抑制GPX4活性的II類FIN，激活角鯊烯合酶的III類FIN，從而間接消耗CoQ和GPX4，以及其他類型的FIN。

已經(jīng)這些FINs不僅為鐵死亡的研究提供了有價值的工具，而且可以作為癌癥治療的潛在治療劑。

三、鐵死亡與放療

3.1、RT誘導(dǎo)鐵死亡的作用及已知機制

首先，RT能夠顯著增加癌細胞和腫瘤樣本中C11BODIPY和脂質(zhì)過氧化標志物丙二醛和4羥基壬烯醛的染色，表明RT誘導(dǎo)脂質(zhì)過氧化。

其次，經(jīng)照射后的細胞也表現(xiàn)出鐵死亡標志基因前列腺素內(nèi)過氧化物合酶2表達增加，線粒體萎縮，膜密度增強的形態(tài)學(xué)特征。鐵抑制劑或鐵螯合劑DFO可部分恢復(fù)多種癌細胞系在RT后的克隆原細胞生存。

不同的放療劑量和分級計劃導(dǎo)致鐵死亡程度不同;在單次照射的情況下，隨著劑量的增加，脂質(zhì)過氧化和鐵質(zhì)過氧化作用會增強。

3.1、RT誘導(dǎo)鐵死亡的作用及已知機制

SLC7A11的表達實際上是由IR誘導(dǎo)的，可能是一種適應(yīng)性反應(yīng)。雖然SLC7A11在IR作用下上調(diào)的機制尚不清楚，但可能與NRF2和/或ATF4有關(guān)，這兩種物質(zhì)通常被IR激活，并被已知調(diào)控SLC7A11的轉(zhuǎn)錄。

IR可以激活或抑制SLC7A11的表達，其作用方式與細胞系、IR劑量或持續(xù)時間有關(guān)。

3.2、其余潛在機制

p53通過直接結(jié)合SLC7A11啟動子區(qū)p53反應(yīng)元件或與泛素特異性蛋白酶7相互作用降低SLC7A11基因調(diào)控區(qū)H2B單泛素化水平來抑制SLC7A11的轉(zhuǎn)錄。從而在氧化應(yīng)激反應(yīng)中發(fā)揮促鐵死亡作用。p53可以通過上調(diào)p21來維持代謝應(yīng)激下的GSH水平，或者以不依賴于轉(zhuǎn)錄的方式阻斷二肽基肽酶4的活性，從而起到鐵死亡抑制劑的作用。有待進一步研究。

最近，MDM2被證明可以通過調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝和FSP1的表達來促進鐵死亡，提示MDM2可能在RT誘導(dǎo)的鐵死亡中發(fā)揮作用。

結(jié)果發(fā)現(xiàn)，IR降低了BH4在體內(nèi)的水平和生物利用度，可能是因為IR誘導(dǎo)了GCH1反饋調(diào)節(jié)蛋白的表達，從而增強了GFRP介導(dǎo)的對GCH1活性的抑制。