铁死亡是新发现的以过氧化脂质和活性氧堆积、游离铁增加为主要特征的程序性死亡方式，涉及谷胱甘肽代谢、铁代谢、脂质代谢和氧化应激生物学过程。肿瘤转移是肿瘤恶性程度的重要特征，也是癌症患者复发和死亡的主要原因之一，近年来大量研究表明铁死亡与肿瘤发生、发展密切相关，并提示铁死亡诱导剂有望成为防治肿瘤转移的新策略。文章就铁死亡相关调控机制及其在肿瘤转移侵袭、循环、定植３个阶段中的作用进行综述。
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铁死亡是一种不同于凋亡、坏死的程序性细胞死亡方式[1]，主要特征为细胞膜过氧化脂质堆积、细胞内活性氧簇（ROS）高达致死水平，主要涉及谷胱甘肽（GSH）代谢、铁代谢、脂质代谢和氧化应激等生物学过程。肿瘤转移是肿瘤恶性转化的重要特征，也是癌症患者复发和死亡的主要原因之一。近年来大量研究发现，铁死亡在抗肿瘤方面的作用，靶向铁死亡相关机制通路可以有效抑制肿瘤的发生、发展，铁死亡诱导剂有望成为治疗肿瘤转移的新策略[2]。现就铁死亡相关调控机制及其在肿瘤侵袭、循环、定植3个阶段中的作用进行综述。
经典的铁死亡调控通路基于Xc-系统（SLC7A11）、GSH、GPX4轴活性。Xc-系统是细胞膜上的SLC3A2/SLC7A11二聚体转运蛋白，运输胱氨酸进入细胞充当GSH合成原料，而后GSH作为辅助因子促进谷胱甘肽过氧化物酶4（GPX4）清除过氧化脂质，阻断该通路靶点导致脂质过氧化物无法及时清除从而诱导细胞发生铁死亡。Erastin、柳氮磺胺吡啶、索拉非尼通过阻碍Xc-系统转运诱导铁死亡；小分子化合物RSL3直接结合GPX4使之失活从而诱导铁死亡[3]。
铁离子是人体和细胞生长必需的营养素，参与细胞内各种氧化还原反应，铁摄取、存储和应用功能失调会引发芬顿反应造成ROS和过氧化脂质生成诱发铁依赖的细胞死亡[4]。外周循环中的铁离子与转铁蛋白（TF）结合成血清转铁蛋白-转铁蛋白受体（TFRC）复合体运送入细胞储存、利用，多余的铁通过膜铁转运蛋白（FPN）排出。而核受体共激活剂4（NCOA4）激活溶酶体吞噬铁蛋白，会导致不稳定的游离铁释放[5]，扰乱细胞内铁水平的相对稳定从而诱导铁死亡；与之相对，使用铁螯合剂，如DFO能消除不稳定的游离铁，抑制铁死亡发生。
肿瘤转移按发展进程可分为侵袭、循环、定植3个阶段：癌细胞从原发部位脱落或穿透细胞外基质（ECM），迁移侵袭间质；进入血液和淋巴循环系统，逃避免疫细胞的杀伤扩散至远端器官；癌细胞到达肿瘤特定好发部位后通过构建肿瘤微环境、促进新生血管生成、ECM降解等机制定植于继发部位。
研究发现肿瘤起始阶段ECM降解和损伤过程涉及铁死亡关键环节氧化应激反应和铁代谢，血红素氧合酶1（HO-1）介导的铁释放能上调基质金属蛋白酶（MMP）基因表达，如MMP-1[10]和MMP-2[11]降解ECM的蛋白成分；铁同时能参与芬顿反应、PI3K-Akt和Wnt信号通路产生过量ROS，破坏胶原纤维结构，其碎片在ECM堆积导致ECM物理结构受损和坍塌，最终ECM屏障损坏促进肿瘤细胞迁移浸润间质组织。总而言之，铁死亡与ECM高度相关，只是直接的作用机制有待进一步研究。
EMT在肿瘤细胞获得间质表型相关的高侵袭迁移能力过程中扮演重要角色。获得间质表型的高转移性癌细胞通常能抵抗凋亡、坏死等死亡程式，但往往表现出铁死亡易感性，这是由于炎症介质会在向间质转型的细胞中积累，促进细胞产生大量ROS、增加PUFA合成和代谢、抑制GSH代谢通路，导致细胞过氧化脂质容易达到致死水平而发生铁死亡[12,13]。目前已有研究利用特异性诱导这些高转移性癌细胞铁死亡的方法抑制肿瘤转移中的EMT进程：2，2'-二吡啶基酮腙二硫代氨基甲酸丁酸（DpdtbA）能够产生ROS和过氧化脂质、下调GPX4和Xc-系统表达，抑制胃癌细胞株SGC-7901和MGC-823发生EMT（E-钙黏蛋白上调、波形蛋白下调）[14]，具体机制是激活Keap1/Nrf2/HO-1/Fe2+铁蛋白吞噬介导的铁死亡途径，该效应能被fer-1逆转；β-榄香烯和西妥昔单抗联合使用也能消耗GSH，上调ROS、TF，诱导结直肠癌细胞铁死亡，进而抑制间充质表型波形蛋白、N-钙黏蛋白、Slug、Snail和MMP-9的表达[15]。
CTC是指从原发部位进入循环系统，最终能定植于远端形成肿瘤转移灶的癌细胞。一些CTC能够通过激活铁死亡相关通路来适应易诱导细胞氧化应激的循环环境[16]。转录组学结果显示黑色素瘤患者来源的CTC中脂肪合成途径和铁稳态途径显著升高；进一步研究发现SREBP2能直接结合和正向调控铁死亡关键靶点转录因子（TF），TF过表达一方面增加铁的摄取与利用，一方面限制不稳定铁生成，减少ROS和过氧化脂质生成，抵抗氧化应激和铁死亡。敲除SREBP2或TF可特异性降低CTC铁死亡抗性和对铁的利用效率，显著抑制其血源性转移能力，铁死亡抑制剂fer-1或维生素E处理后抑制效果被扭转[17]。另一项研究可以补充解释黑色素瘤CTC高表达脂肪合成途径适应循环环境的机制，黑色素瘤CTC能从淋巴循环中摄取油酸，通过ACSL3介导合成MUFA-PL取代PUFA-PL，减少过氧化脂质生成，抵抗erastin诱导的铁死亡，使用lipro-1能降低血液中黑色素CTC存活率，但对原发部位癌细胞生长无影响[18]。铁死亡与不同种类肿瘤CTC是否存在普遍联系暂不明确，但将铁死亡作为CTC治疗靶点是值得尝试的新策略。
散播性癌细胞（DTC）指经过循环系统达到远端器官和继发部位定植的CTC。CTC和DTC躲避外周免疫反应是转移中间过程的关键环节[19]。铁死亡相关生物学过程活跃的癌细胞（高表达铁死亡核心基因SLC7A11、TFRC、NCOA4、ACSL4等）被报道能通过降低单核细胞、M2型巨噬细胞、中性粒细胞和血液循环γδT细胞中抗肿瘤功能的亚群Vδ2+ γδT占比，显著抑制外周免疫反应，然而机制尚不明确[20,21]。DTC在不利的生长条件下会转化为休眠状态以逃脱免疫系统侦查[22]。最新研究发现，乳腺癌干细胞自发减弱干性特征和肿瘤启动能力但促进远端转移，提示肿瘤干细胞（CSC）重塑表型逃避免疫细胞杀伤的同时具有转化为休眠期DTC的倾向[23]。这类乳腺癌DTC能够分泌DDK1蛋白上调SLC7A11表达，促进过氧化脂质清除以保护自身免受铁死亡，使用erastin、RSL3能诱导乳腺癌DTC铁死亡，减少远端肺定植。
CSC能在远端定植并形成新的肿瘤，是肿瘤复发的重要原因的之一。CSC因其高度耐药性通常难以根治，部分原因是这些细胞大多停留在静止期且生长缓慢，使这些细胞逃过强效抗癌药物杀伤[24]。近年研究发现靶向激活铁死亡可能成为治疗CSC的一种有效手段，如乳腺癌、非小细胞肺癌、胶质细胞瘤CSC相比非CSC都表达更高水平的TF受体和更低水平FPN维持旺盛的铁代谢，而铁作为必需的营养物质促进CSC增殖和干性特征CD44high CD24low、CD133+等维持，这些效应可被DFO降低[25]。SLC7A11-GSH通路被发现在结直肠癌[26]和乳腺癌[27]CSC中上调，低水平ROS是CSC干性维持的条件之一，erastin处理后CSC活力和干性大幅减弱。此外盐霉素合成衍生物AM5降解CSC溶酶体铁蛋白、小分子埃博霉素类似物阻断Xc-系统、酸性纳米颗粒递送RSL3抑制GPX4活性都能靶向诱导CSC铁死亡并降低其干性表达[28,29,30]。
肿瘤微环境与癌细胞相互作用来构建适宜癌细胞定植的"土壤"，肿瘤相关巨噬细胞（TAM）、骨髓来源的抑制性细胞（MDSC）、肝星状细胞等微环境主要的促转移组分能帮助癌细胞定植于继发部位。多项细胞和动物实验已经证实铁死亡与促转移组分存在关联。阻碍GPX4功能诱导头颈部鳞状细胞癌铁死亡导致免疫刺激因子钙网蛋白和高迁移率族框蛋白B1（HMGB1）释放，TAM和M2样MDSC招募减少，浸润的CD4+和CD8+ T细胞增加[31]；癌细胞分泌的促黑激素释放抑制因子（MIF）能被TAM吞噬，激活GSH-GPX4轴增强TAM铁死亡抗性、促进转移[32]。汉黄芩苷可以通过抑制SLC7A11通路，下调纤维化标志物α-平滑肌肌动蛋白（α-SMA）和Ⅰ型胶原蛋白特异性诱导肝星状细胞铁死亡，而对巨噬细胞和正常细胞无明显作用[33,34]；索拉非尼除了抑制SLC7A11通路和纤维化标志物表达，还上调肝癌患者肝星状细胞铁蛋白吞噬标志物BECN1和MAP1LC3B的水平，并下调铁蛋白吞噬底物SQSTM1和FTH1，多途径诱导肝星状细胞铁死亡抑制肿瘤转移[35]。综上所述，肿瘤微环境促转移组分对铁死亡敏感，因此诱导其铁死亡能有效阻遏转移性微环境的形成。
铁死亡相关调控机制在肿瘤转移各阶段都发挥重要作用。铁死亡相关通路旺盛的癌细胞具有更强的转移能力，但与此同时表现出对铁死亡高度敏感；因此运用铁死亡诱导剂能靶向杀伤此类高转移性癌细胞，有效阻碍肿瘤转移各阶段的关键环节。虽然铁死亡诱导剂能作为抑制肿瘤转移的策略，但铁死亡对肿瘤发展的调控作用可能是双向的，如铁死亡机制促进EMT的同时也会抑制终末定植阶段癌细胞间质向上皮转化；诱导铁死亡会上调脂质代谢途径促进普通癌细胞增殖；诱导铁死亡在肿瘤免疫方面同时具有促癌和抑癌作用，而决定因素尚未明确。现阶段研究还无法全方面阐释铁死亡促进肿瘤转移的原因，因此铁死亡诱导剂距离临床应用还有一定距离。铁死亡和肿瘤转移多通路的复杂相互作用还需进一步深入研究。
所有作者均声明不存在利益冲突
