Erastin在铁死亡中的作用.docx

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1、Erastin在铁死亡中的作用铁死亡是近几年新发现的一种细胞死亡方式，以铁依赖性脂质过氧化物累积为主要特征1。铁死亡诱导剂主要有两大类：第一类包括Erastin,柳氮磺胺毗口定、谷氨酸盐等，可通过systemXC发挥作用；第二类包括RS13、DP17等，可直接抑制谷胱甘肽过氧化物酶(GPX)活性起作用2。其中，Erastin与其他铁死亡诱导剂通常介导单一通路不同，它可以介导多种分子，而且作用效果高效、迅速、持久3。本文就Erastin的作用通路及抗肿瘤的特点进行综述。1 Erastin的发现Do1ma等4在2003年发现一种小分子化合物，能够选择性杀死表达ST和RAS的工程肿瘤细胞，将其命名为

2、Erastino然而，与喜树碱可诱导表达ST和RAS的细胞凋亡不同，被EraStin诱导死亡的细胞中，未发现线粒体细胞色素c的释放、Caspase-3的激活、DNA片段化等凋亡经典特征，并且这种死亡方式不能被凋亡抑制剂抑制4,5,6。因此，EraStin所诱导的是一种新型的、非凋亡的细胞死亡形式。根据其特点，Dixon等1在2012年将Erastin诱导的细胞死亡方式命名为铁死亡。2铁死亡的特征及相关通路1.1 铁死亡的概念及特征铁死亡是一种表现为铁依赖性的、细胞内脂质活性氧（1-ROS）累积的细胞死亡形式。铁死亡与其他细胞死亡方式（如细胞凋亡、坏死、自噬等）在诸多方面均存在显著差异。在形态学

3、方面，铁死亡细胞表现为特有的线粒体皱缩和线粒体膜密度增加，而其他形式细胞死亡的典型特征在铁死亡中均不会出现1,7。在生化代谢方面，铁死亡细胞内氧化还原稳态被打破，抗氧化能力降低，细胞内活性氧升高。同时，这种死亡过程可以被抗氧化剂和铁螯合剂所抑制1。尽管诱导铁死亡的上游通路有多个，最终都会直接或间接导致细胞内1-ROS生成与降解平衡失调，1-ROS增多，发生铁死亡1,8。1.2 通过抑制胱氨酸-谷氨酸转运受体systemXC诱导铁死亡SyStemXe-是一种反向转运蛋白，由S1C7A11和S1C3A2亚基组成，可将谷氨酸转出细胞的同时将胱氨酸转入细胞9。转入细胞内的胱氨酸参与谷胱甘肽（GSH）的

4、合成。GPX对细胞内维持氧化还原稳态有重大作用，GSH是其活化的辅助因子10。多种铁死亡诱导剂可通过抑制systemXe-,阻碍胱氨酸吸收，导致GPX活性降低，细胞抗氧化能力降低，细胞内1-ROS升高，发生铁死亡1。1.3 p53参与介导的铁死亡及其他通路p53是一种经典的抑癌基因，对诱导癌细胞铁死亡也有重要作用。p53基因激活后抑制S1C7A11的表达从而抑制systemXC活性，使细胞抗氧化能力降低，进而引发铁死亡11oGPX4是GPX家族中一员，在维持细胞内氧化还原稳态中扮演重要角色8。RS13等诱导剂可直接抑制GPX4活性，发生铁死亡1。电压依赖性阴离子通道（VDAC）是线粒体外膜上的

5、交换通道，可被药物诱导而改变通透性，引起线粒体代谢紊乱，活性氧产生，发生氧化性死亡12。3 EraStin通过改变VDAC通透性引发铁死亡3.1 VDAC的结构与调控功能VDAC是线粒体外膜控制代谢物跨膜流动的通道13。呼吸底物分解后，维持线粒体膜电位（）和用于生成三磷酸腺昔（ATP）。在开放状态下，VDAC允许呼吸底物、二磷酸腺昔（ADP）、磷酸（Pi）进入线粒体，在关闭状态下则封闭线粒体14。VDAC动态”开放-封闭”将对线粒体代谢和细胞生物能量学产生重大影响。3.2 微管蛋白对VDAC的抑制作用微管蛋白是一种球形蛋白，它可以通过阻塞VDAC来动态调节线粒体代谢12。VDAC被微管蛋白阻塞

6、而关闭后，限制代谢物流入线粒体和ATP产生，随后线粒体代谢被抑制（A降低）并维持较低ATP/ADP比值，有利于癌细胞的有氧糖酵解，导致WarbUrg效应的发生15。3.3 Warburg效应在有氧条件下细胞主要通过氧化磷酸化获取能量，在缺氧时主要进行糖酵解16。然而，恶性肿瘤细胞在氧含量充足时仍然将糖酵解作为能量的来源这被称为“WarbUrg代谢,17oWarburg代谢是一种利于癌细胞增殖的代谢特征18。在癌细胞中，游离微管蛋白阻塞VDAC,导致线粒体功能受到抑制。因此，线粒体代谢减低，糖酵解升高，ATP/ADP比值降低是Warburg代谢主要特点。3.4 Erastin拮抗微管蛋白引起反W

7、arburg效应和双重打击效应Erastin可特异性抑制VDAC上的微管蛋白功能，阻止细胞质游离微管蛋白对VDAC的阻塞，使VDAC开放5。VDAC开放会引起线粒体代谢增加（即A升高），糖酵解减少，活性氧生成增加。由此将引发两个效应：增加活性氧的生成导致氧化应激（第一种打击）；随着糖酵解的减少,氧化磷酸化和ATP合成增加导致Warburg效应的逆转（第二种打击）o反WarbUrg效应可使癌细胞损伤或减少癌细胞增殖18。EraStin作为VDAC微管蛋白拮抗剂的一个优势是特异性杀伤癌细胞，因为在非增殖细胞中VDAC是结构性开放的，不受微管蛋白调控19。因此，这代表了一个新的药理学靶点,Erast

8、in可能成为一种新型的通过调控代谢发挥作用的抗癌药物（图1）。图1Erastin引起铁死亡的相关通路4 Erastin作用于systemXC-及激活p53引发铁死亡研究证实,Erastin通过直接抑制systemXC-活性降低细胞对胱氨酸的摄入1,19。作为合成GSH的原料，胱氨酸摄入的减少势必会引起细胞内GSH合成减少。检测发现，EraStin处理后显著消耗了细胞中的GSH2,20oGSH是GPX4发挥抑制1ROS生成作用的必须辅助因子，因此systemXC-被Erastin抑制间接导致GPX4合成减少，细胞抗氧化能力降低1。实验发现，EraStin处理后的多种癌细胞，均发现GPX4的活性降

9、低，Erastin抑制systemXe-或GPX4失活后引起的细胞死亡均涉及1-ROS的铁依赖性累积和多不饱和脂肪酸的消耗1,2,20。因此，EraStin通过抑制systemXC-阻止细胞外胱氨酸进入细胞并降低细胞内GSH水平，而GSH是GPX4发挥抗氧化作用必不可少的底物，因而GPX4活性降低，细胞氧化还原稳态被打破,1-ROS累积，引起铁死亡。p53基因的激活可抑制systemXC-活性从而引发铁死亡。研究表明，EraStin还可通过活化p53增强铁死亡。Erastin处理肺癌A549细胞后，p53的转录产物显著上调，活性氧水平显著升高。因此，Erastin暴露后产生活性氧，从而激活p5

10、3,随后作用下游通路。更重要的是，Erastin引起活性氧升高，随后引起p53激活，作为一个反馈回路，激活的p53又引起活性氧升高加剧了EraStin对A549细胞的细胞毒性和细胞抑制作用21（图1）。5 EraStin药效学和安全性评价Yang等2建立移植瘤小鼠模型，评估了Erastin类似物PE的药效。分别先后以每次40mg/kg,每次30mg/kg对荷瘤小鼠皮下、尾静脉PE注射，观察到PE治疗组的肿瘤生长与空白对照组相比明显延迟。另以60mg/kg尾静脉注射PE,评价其全身不良反应和药效学。该剂量下，未观察到明显的不良反应，未发现急性致死性损伤及显著体质量降低，证明该剂量的耐受性尚可。目

11、前已进行的体内实验中，给予EraStin后，肿瘤生长均受到抑制。药效学和毒理学研究表明，根据体表面积比例，药物在潜在治疗水平上具有耐受性22。鉴于目前关于Erastin的研究大多数来源于细胞实验，更多的体内实验有待进行。6 EraStin临床应用的可行性6.1 在化学治疗中应用化疗药物的连续大量使用会发生肿瘤耐药23,24,肿瘤细胞凋亡受抑或易感性降低是耐药产生的重要机制25。那么，是否可以通过其他非凋亡方式来克服耐药性呢？如前文所述，Erastin导致癌细胞死亡为非凋亡的铁依赖性死亡，除了本身诱导铁死亡外,Erastin与化疗药物联合可增强癌细胞化疗敏感性26。Erastin可分别增强肺癌细

12、胞对顺钳27,横纹肌肉瘤细胞对多柔比星、放线菌素D28,胶质母细胞瘤细胞对替莫理胺的敏感性等29。除此之外，EraStin还可以消除多种化疗耐药细胞的耐药性30,这为Erastin作为抗癌药物提供了更多可行性。6.2 在放射治疗中应用放射治疗是仅次于手术的恶性肿瘤第二大治疗手段，如何增加肿瘤对射线的敏感性从而提高放疗疗效，是目前亟待解决的难题。放疗增敏剂可提高肿瘤细胞的放射敏感性31,32。Erastin除了铁死亡诱导作用，还可增加癌细胞对射线的敏感性。Erastin可以通过抑制systemxc曾加乳腺癌细胞对Y射线的敏感性，延长了射线对DNA的破坏作用33。更有利的是，大多数正常细胞并不表达

13、S1C7A1133,所以Erastin抑制systemXC-可以特异性增强肿瘤细胞放射敏感性而使正常细胞免受放射损伤，拥有巨大的临床应用价值。7总结与展望Erastin是一种小分子化合物，可以特异性杀死肿瘤细胞,且整个过程迅速、不可逆。EraStin作为一种铁死亡诱导剂，与其他铁死亡诱导剂通常介导单一通路不同，它可以介导多种通路，抑制SyStemXe-的胱氨酸-谷氨酸转运、作用VDAC以解除微管蛋白对VDAC的抑制作用、可能通过激活p53基因间接抑制systemxc-,引起铁死亡的发生。Erastin比其他铁死亡诱导剂作用效果更高效、迅速，效果持续更长久,且仅需要极低的浓度。更重要的是，Erastin可以增强多种癌细胞化疗敏感性,可以增强癌细胞放射敏感性，因此可以作为一种新型的化疗药物或放疗增敏剂应用于临床。然而鉴于目前关于Erastin的体外和体内研究数量还不够多，更多实验有待开展。