肿瘤微环境中的靶向铁死亡研究

韩 旭,谢曜鸿,朴金花

(佳木斯大学基础医学院,黑龙江 佳木斯 154000)

铁死亡作为一种新定义的细胞程序性死亡形式,其特征在于脂质过氧化物(lipid peroxides,LPO)以铁依赖性方式积累到致死水平。近年来铁死亡已被证明可以有效杀死各种癌细胞,在影响癌细胞对铁死亡的敏感性方面取得了进展。抑制System Xc-或谷胱甘肽过氧化物酶4(GPX4)是诱导铁死亡发生的经典途径,并且在多种研究中发现可以有效杀死耐药癌细胞。同时有研究探索TME中的免疫细胞是如何适应致命的LPO。TME是一个促进铁死亡发生的环境,具有脂肪酸、氧化还原应激、胱氨酸竞争和其他促铁死亡发生因素。阐明免疫细胞对铁死亡诱导剂处理后发生的不同反应以及肿瘤细胞和免疫细胞之间基于铁死亡的复杂串扰,通过利用TME的铁死亡的发生可能为癌症的治疗提供新思路。

铁死亡是一种调节细胞死亡的非凋亡形式,在癌症和多种退行性疾病中起重要作用[1]。铁死亡特征是由铁催化的多不饱和脂肪酸磷脂(PUFA-PL)和细胞膜中的过氧化物积累到致死水平[2]。铁死亡主要是由于GPX4的生物活性降低,LPO和活性氧(ROS)水平升高导致的。LPO可以增加细胞膜的通透性并诱导其发生破裂,从而导致细胞死亡[3]。GPX4是体内环境中主要的还原酶,使用还原型谷胱甘肽作为底物来减少LPO。在铁死亡主要过程中,细胞通过System Xc-系统摄入胞外胱氨酸交换胞内谷氨酸,System Xc-是一种由SLC7A11和SLC3A2组成的反转运蛋白。胱氨酸进入胞内会迅速还原,生成用于谷胱甘肽生物合成的半胱氨酸[4]。摄入的胱氨酸经历一系列反应,从而用于合成谷胱甘肽,同时维持GPX4活性。此外,铁死亡抑制蛋白1(FSP1)和GTP环水解酶1(GCH1)生成一些内源性抗氧化剂,包括还原型辅酶Q10(CoQ10)(泛醇)和四氢生物蝶呤(BH4),并且具有减少LPO生成的能力[5]。

TME中包括癌细胞和免疫细胞,其中免疫细胞包括T细胞、巨噬细胞、髓源性抑制细胞(MDSC)、树突状细胞(DC)、B细胞和自然杀伤(NK)细胞。研究表明,TME中的免疫细胞(如DC、T细胞和巨噬细胞)具有与癌细胞相似的生长信号和代谢特性。这种特性重叠使得免疫细胞难以在不影响抗肿瘤免疫的情况下治疗肿瘤[10],因此铁死亡诱导剂也会引起TME中免疫细胞的脂质过氧化发生,影响其功能和活力(见图1)。肿瘤的免疫治疗是临床研究的潜力方向之一,近年来肿瘤细胞关于铁死亡的研究增多,由于TME是免疫治疗发生的重要场所,因此研究TME中铁死亡发生也是一种有潜力的治疗方法。

图1 多种免疫细胞在肿瘤微环境中对铁死亡的敏感性

2.1 抗肿瘤T细胞对铁死亡敏感T细胞是抗肿瘤免疫的关键细胞之一,有研究表明来源于肿瘤的CD8+T细胞中可以检测到大量非来源淋巴结的LPO,共培养T细胞受体(TCR)转基因CD8+T细胞和表达抗原的癌细胞相比,发现活化的CD8+T细胞对GPX4抑制剂更敏感。在没有影响癌细胞存活率的前提下,GPX4抑制剂降低了特异性杀伤率和CD8+T细胞的数量,且传统CD4+T细胞(Tconv)对GPX4抑制剂的敏感性与活化后的CD8+T细胞相似[16]。

近年来,有关对T细胞影响肿瘤细胞铁死亡敏感性的机制研究较少,但有研究证实了酰基辅酶A合成酶长链家族成员4(ACSL4)在诱导活化的CD8+T细胞对铁死亡的敏感性中起关键作用。ACSL4的缺失已被证明可潜在预防GPX4抑制剂在这些细胞中诱导的铁死亡。进一步说明表达脂肪酸转位酶CD36的CD8+T细胞经历了铁死亡,并在具有丰富脂肪酸或氧化脂质的TME中产生较低的干扰素γ (IFNγ)水平。

据报道,在脂肪酸或氧化脂质诱导的铁死亡中,CD36的表达是所必需的,并在体内外产生细胞毒性细胞因子从而发挥抗肿瘤功能[17]。有文献证明:(1)由于脂肪酸转位酶CD36的表达,活化的CD8+T细胞,产生大量的LPO,并且对GPX4抑制剂诱导的铁死亡敏感。(2)在抑制System Xc-时,TME中的CD8+T细胞依赖于由丙氨酸-丝氨酸-半胱氨酸偏好(ASC)转运蛋白转运的外源半胱氨酸存活。(3)调节性T细胞(Treg)通过TCR/CD28共刺激,然后激活诱导GPX4的表达,Treg中GPX4的缺失导致铁死亡,同时促进IL-1β的产生从而增强抗肿瘤免疫。(4)由于高水平的诱导型一氧化氮合酶(iNOS)和一氧化氮自由基(NO·)的产生,M1肿瘤相关巨噬细胞(TAM)对GPX4缺失诱导的铁死亡具有高度抗性。靶向System Xc-可降低TAM的存活率,因为iNOS依赖性NO·产生必需胱氨酸。由于iNOS的表达受到抑制,M2样肿瘤相关巨噬细胞可被铁死亡诱导剂杀死或复极化为M1表型。(5)MDSC选择性地积累花生四烯酸酯(AA)-酯化甘油三酯(AA-TAGs)和前列腺素E2 (PGE2),但不积累含花生四烯酸的LPO,有助于抵抗铁死亡发生。MDSC表现出对铁死亡的抵抗力,表达出高水平的System Xc-,对胱氨酸具有强摄取能力,但由于缺乏ASC转运蛋白,并不转运半胱氨酸。(6)TME中的NK细胞表现出参与脂质过氧化的蛋白表达增加,并有与铁死亡细胞相似的形态。氧化应激的发生抑制了NK细胞的葡萄糖代谢,导致其在TME中的功能缺失。靶向GPX4或System Xc-可通过诱导4-羟基壬烯醛(4-HNE)和脂质氧化产物的产生来减少幼稚树突状细胞的成熟并削弱正常的树突状细胞功能。

2.2 GPX4防止铁死亡以维持活化的调节T细胞存活Treg对于维持免疫细胞的自我耐受和稳态非常重要,肿瘤免疫治疗的主要阻碍之一是Treg介导的免疫抑制。同时Treg是CD4+T细胞的一部分,可抑制抗肿瘤免疫。与肿瘤特异性CD8+T细胞相比,肿瘤衍生的Treg显示少量的LPO,表明TME中很少有Treg发生铁死亡。这可能是因为Treg在TCR/CD28共刺激激活,然后迅速诱导GPX4表达。GPX4可以保护活化的Treg,避免异常脂质过氧化和铁死亡的影响。Treg中GPX4基因缺失导致铁死亡,而不是导致Treg中发生其他细胞死亡类型。在这个过程中,同时促进IL-1β的产生,从而促进T辅助17 (Th17)细胞反应,抑制肿瘤生长和增强抗肿瘤免疫作用。铁死亡抑制剂促进了活化的GPX4缺陷型Treg的铁死亡,并在肿瘤细胞中恢复其免疫抑制功能。这些表明,通过靶向GPX4诱导Treg中的铁死亡可能是一种癌症治疗策略,然而这项研究未调查GPX4抑制剂对全身给药的肿瘤免疫和肿瘤生长的影响。

2.3 M1巨噬细胞对铁死亡的抵抗力高于M2表型TME中的巨噬细胞被称为TAM。静止的巨噬细胞可以极化成两种不同的激活态,分别为M1和M2表型。TAM主要表现出M2样表型抑制抗肿瘤免疫,M1和M2巨噬细胞中LPO和ACSL4、LPCAT3和GPX4的表达水平相似,然而M1亚型对GPX4缺失诱导的铁死亡表现出高度抗性[19]。从机制上讲,可以通过M1细胞中高水平的诱导型一氧化氮(NO)合酶(iNOS)和NO自由基(NO·)产生,而在M2样和静息巨噬细胞的机制中iNOS表达和NO·产生受到抑制。NO·可以容易地与脂质自由基和源自脂质过氧化的反应性中间体反应,取代GPX4作为抗铁死亡因素[20]。因此研究铁死亡诱导剂对TME中巨噬细胞活力和功能的影响是比较重要的。

3.1 免疫细胞调节肿瘤细胞铁死亡癌细胞可以通过分泌各种细胞因子、趋化因子等来构成TME,导致周围细胞的重新适应,使其能在肿瘤生存和进展中发挥作用。免疫细胞是肿瘤间质的重要组成部分,在重新适应的过程中发挥重要作用。研究表明,先天性的免疫细胞(巨噬细胞、中性粒细胞、DC、先天淋巴细胞、MDSC和NK细胞)以及适应性免疫细胞(T细胞和B细胞)在TME中有助于肿瘤发生发展。癌细胞和近端免疫细胞之间的串扰最终导致了一个促肿瘤生长和转移的环境,更好地了解该环境将有助于改进癌症治疗方法。例如,活化的CD8+T细胞可在肿瘤细胞中引发升高脂质过氧化水平并诱导铁死亡发生,有助于抗肿瘤作用[21]。从机制上讲,活化的CD8+T细胞释放的IFNγ通过激活肿瘤细胞中的JAK-STAT1通路来抑制System Xc-的表达,使肿瘤细胞对促凋亡刺激敏感。这表明CD8+T细胞介导的肿瘤细胞的铁死亡是一种未定义的重要机制,有助于T细胞和ICI免疫疗法的抗肿瘤功效[22]。然而在IFNγ的促凋亡刺激下,肿瘤细胞也可能增加免疫抑制信号的释放,抑制T细胞存活并促进免疫抑制和免疫细胞浸润,起到反馈保护机制的作用。因此,评估IFNγ诱导的铁死亡的利弊非常重要。我们推测在不同的情况下,免疫逃避和免疫消除之间基于铁死亡介导的的平衡可能会发生变化,并直接影响ICI免疫疗法的疗效。当平衡转向由铁死亡介导的免疫抑制时,IFNγ诱导的肿瘤细胞铁死亡可能会削弱抗肿瘤免疫能力,甚至导致对免疫治疗获得性耐受。

3.2 在癌症免疫治疗中靶向铁死亡的观点TME是一个促铁死亡发生的环境,具有脂肪酸、氧化还原应激、胱氨酸竞争和其他促铁死亡因素,可诱导CD8+T细胞发生铁死亡[24]。在某些情况下,铁死亡抑制剂可用于保护T细胞免于铁死亡,阻断来自促铁死亡肿瘤细胞的免疫抑制信号的释放,从而增强ICI免疫疗法的疗效。这一推测得到以下支持:铁死亡抑制剂ferrostatin-1促进肿瘤中的IFNγ生成和CD8+T细胞的增殖,并通过靶向CD36预防CD8+T细胞铁死亡,从而增强ICI免疫疗法的疗效。然而并未研究ferrostatin-1和ICI免疫疗法的联合作用,需要进一步的探索在TME中关于CD8+T细胞铁死亡的因素,并确定肿瘤和免疫抑制细胞如何影响CD8+T细胞铁死亡的发生,还应阐明ICI免疫疗法是否使CD8+T细胞在其重激活期间对促铁死亡TME的敏感。

3.3 在TME中靶向铁死亡的展望TME是免疫逃逸和癌症进展中发挥重要作用,恶性癌细胞和TME内异质细胞的相互作用对癌变过程至关重要。研究发现,在肿瘤细胞中积累了高水平的铁,铁和硫醇氧化还原信号共同维持平衡、决定细胞能否逃逸铁死亡。还需更多的研究来阐明铁死亡和肿瘤发展间的关系。总之,肿瘤由TME相关的非恶性细胞组成,与纯克隆性癌性细胞组成数量几乎同等。无论是促进治疗耐药性的免疫抑制细胞还是ECM的结构成分,TME都是肿瘤进展和治疗耐药的主要介质。这些细胞在肿瘤组织内的存在和渗透与预后不良有关。然而,TME也为小分子抑制提供了合理的靶点,通过这些靶点可以进行免疫调节,小分子免疫调节抑制剂与免疫疗法相结合,使免疫系统恢复到抗肿瘤更好的状态水平。

细胞毒性化疗、手术、放疗和靶向治疗都是癌症治疗的支柱。免疫疗法现已成为肿瘤治疗的第五大支柱。高ROS水平是肿瘤的固有特征,癌细胞须提高其抗氧化防御能力,以克服这种氧化应激水平的提高。因此,针对癌细胞的抗氧化防御机制,靶向铁死亡可能是一种有效的潜在治疗策略。5-FU、奥沙利铂和紫杉醇等化疗药物诱导的细胞毒性与ROS升高有关,铁死亡被认为是克服癌症细胞治疗耐药性的一种好方法[25]。

尽管现有研究有限,但表明免疫细胞对铁死亡诱导剂的不同反应以及肿瘤细胞和免疫细胞之间基于铁死亡的复杂串扰,阐明通过促铁死亡疗法(包括System Xc-/GPX4抑制剂、免疫疗法和放化疗)以及TME中的促凋亡因素(包括胱氨酸竞争、某些代谢物和氧化还原应激)对癌症免疫的调节很重要。虽然研究强调了铁死亡诱导剂在加强ICI免疫治疗效果方面的有希望作用,但还需要进一步研究确定何时应用铁死亡诱导剂来增加肿瘤细胞的免疫原性或杀死免疫抑制细胞,以及如何应用铁死亡抑制剂来保护细胞免受铁死亡,理清这些问题,将有助于开发针对某些肿瘤的基于铁死亡的联合免疫疗法。

猜你喜欢 胱氨酸诱导剂免疫抑制 间歇浸没植物生物反应器培养栀子愈伤组织及产藏红花素条件研究江苏农业科学(2022年2期)2022-02-15猪免疫抑制性疾病的病因、发病特点及防控措施现代畜牧科技(2021年7期)2021-07-28石墨相氮化碳纳米片负载胱氨酸醌的合成、表征及其对痕量Cd2+和Pb2+的去除*环境污染与防治(2021年11期)2021-01-09胱氨酸贮积症诊疗进展临床儿科杂志(2020年2期)2020-03-12头发是怎么被烫弯的发明与创新(2019年42期)2019-11-18防控猪群免疫抑制的技术措施兽医导刊(2019年1期)2019-02-21诱导剂对乳白耙齿菌产MnP活性影响研究江西农业大学学报(2018年5期)2018-11-22英国警示含左炔诺孕酮的紧急避孕药与肝酶诱导剂联合使用可能降低紧急避孕效果上海医药(2016年23期)2016-12-22葡聚糖类抗病诱导剂在水稻上的试验初报现代农业(2016年6期)2016-02-28丹参总酚酸对大鼠缺血性脑卒中后免疫抑制现象的改善作用中国药理学与毒理学杂志(2015年3期)2015-12-16