谷胱甘肽過氧化酶4在胃腸道腫瘤中的作用與治療

陳雅茹, 高 芳, 賈彥彬*

(1)包頭醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)與法醫(yī)學(xué)院, 內(nèi)蒙古 包頭 014040;2)包頭醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)技術(shù)與麻醉學(xué)院, 內(nèi)蒙古 包頭 014040)

2021年全球癌癥統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示,我國惡性腫瘤發(fā)病和死亡數(shù)持續(xù)上升。2020年我國發(fā)病率前3的癌癥為:肺癌、結(jié)直腸癌和胃癌。死亡率前3的癌癥為:肺癌、肝癌和胃癌。其中,胃腸道腫瘤的發(fā)病率為22.7%,死亡率為21.9%[1]。只有提前預(yù)防加有效治療雙管齊下,才能更好地降低癌癥負(fù)擔(dān),因此,需要深入研究胃腸道腫瘤的分子機(jī)制和可能潛在的生物標(biāo)志物及藥物靶點(diǎn)。

鐵死亡是一種鐵依賴的,區(qū)別于細(xì)胞凋亡、壞死、自噬的細(xì)胞程序性死亡方式,與腫瘤的發(fā)生發(fā)展和耐藥密切相關(guān)。谷胱甘肽過氧化物酶4(glutathione peroxidase 4,GPX4)是鐵死亡核心因子之一,其主要作用是抵抗細(xì)胞磷脂過氧化,進(jìn)而抵御鐵死亡。GPX4在胃腸道腫瘤中表達(dá)異常,并參與癌癥相關(guān)基因及藥物調(diào)控腫瘤發(fā)生發(fā)展的過程。本文就觸發(fā)鐵死亡的間接靶點(diǎn)——GPX4在胃腸道腫瘤中的研究進(jìn)展進(jìn)行詳細(xì)闡述,為胃腸道腫瘤的研究提供新的參考方向。

1 鐵死亡概述

鐵死亡受磷脂過氧化驅(qū)動,其過程主要表現(xiàn)為膜結(jié)構(gòu)脂質(zhì)過氧化損傷,進(jìn)而導(dǎo)致細(xì)胞的完整性破壞并崩解死亡。鐵死亡有兩大系統(tǒng):氧化系統(tǒng)和抗氧化系統(tǒng)。氧化系統(tǒng)由磷脂過氧化引起,無限制的脂質(zhì)過氧化激活鐵死亡。簡而言之,在細(xì)胞內(nèi)外信號或環(huán)境壓力下,細(xì)胞代謝發(fā)生改變,產(chǎn)生活性氧(reactive oxygen species,ROS)、過渡金屬鐵和含有多不飽和脂肪酸鏈的磷脂,進(jìn)而觸發(fā)脂質(zhì)過氧化,生成磷脂氫過氧化物(phospholipid hydroperoxides,PLOOHs)。當(dāng)細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生的PLOOHs大于閾值時,其會作為執(zhí)行者使細(xì)胞發(fā)生鐵死亡?？寡趸到y(tǒng)包括3條通路:經(jīng)典的由GPX4介導(dǎo)的通路、獨(dú)立于GPX4調(diào)控鐵死亡的鐵死亡抑制蛋白1(ferroptosis suppressor protein 1,FSP1)通路、以及GTP環(huán)化水解酶1(GTP cyclohydrolase-1,GCH1)通路。抗氧化系統(tǒng)執(zhí)行抵抗鐵死亡的命令,因此,鐵死亡受氧化系統(tǒng)和抗氧化系統(tǒng)的平衡調(diào)節(jié)[2]。

許多腫瘤抑制因子能使細(xì)胞發(fā)生鐵死亡,例如p53和乳腺癌Ⅰ型易感性蛋白相關(guān)蛋白1(breast cancer type 1 susceptibility protein associated protein 1,BAP1)[3,4],鐵死亡能促進(jìn)這些腫瘤抑制因子的抗腫瘤活性[5],提示腫瘤抑制是鐵死亡重要的生理功能[2]。誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞鐵死亡對于癌癥治療表現(xiàn)出巨大的潛力。在癌癥治療中,特別是對傳統(tǒng)療法耐藥的侵襲性惡性腫瘤,更容易觸發(fā)鐵死亡[6],例如間充質(zhì)癌細(xì)胞和去分化癌細(xì)胞通常對凋亡和常規(guī)治療手段具有抵抗力,但對鐵死亡誘導(dǎo)劑敏感,提示誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞鐵死亡可能是治療腫瘤耐藥的一個新方向。

2 谷胱甘肽過氧化酶4

GPX4是鐵死亡抗氧化系統(tǒng)的中心成員,其介導(dǎo)的經(jīng)典通路由半胱氨酸(cysteine,Cys)、谷胱甘肽(glutathione,GSH)和GPX4組成,即Cys-GSH-GPX4通路。Cys是合成GSH的限速底物,且Cys的巰基作為GSH的活性基團(tuán)。GSH本身是一種抗氧化劑,又是GPX4的輔因子。這一系統(tǒng)還包括細(xì)胞膜上胱氨酸/谷氨酸反向轉(zhuǎn)運(yùn)體(cystine/glutamate antiporter,System Xc-),此系統(tǒng)由溶質(zhì)載體家族7成員11(solute carrier family 7 member 11,SLC7A11)的催化亞基和溶質(zhì)載體家族3成員2(solute carrier family 3 member 2,SLC3A2)調(diào)節(jié)亞基組成[7]。Xc-系統(tǒng)以1∶1的比例將谷氨酸運(yùn)送到細(xì)胞外,將胱氨酸運(yùn)送到細(xì)胞內(nèi)。在氧化應(yīng)激條件下,由Xc-系統(tǒng)轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)來的胱氨酸被還原為Cys,并參與GSH的合成。合成的GSH被GPX4氧化為氧化形式的谷胱甘肽,同時,GPX4可以將PLOOHs還原為對應(yīng)的羥基脂(PLOH),從而抵抗鐵死亡。已有研究表明,抑制Xc-/GSH/GPX4軸中的關(guān)鍵分子是治療耐藥性實體瘤的一種新的有效方法[8]。

硒蛋白是微量元素硒實現(xiàn)生理功能的關(guān)鍵生物分子,GPX4是人類25種專用硒蛋白之一,屬于谷胱甘肽過氧化物酶系(GPX)。GPX4功能和活性的關(guān)鍵是硒作為硒代半胱氨酸殘基摻入GPX4的催化中心。GPX4在多種腫瘤細(xì)胞及組織中高表達(dá),與腫瘤的不良生物學(xué)行為相關(guān)[6]。GPX4高表達(dá)有利于腫瘤細(xì)胞應(yīng)對氧化應(yīng)激,增強(qiáng)增殖能力,進(jìn)而抵抗鐵死亡,促進(jìn)腫瘤的發(fā)展。研究證實,鐵死亡的內(nèi)在機(jī)制取決于GPX4的活性和脂質(zhì)過氧化,目前,至少已經(jīng)開發(fā)了四類鐵死亡誘導(dǎo)劑,包括Xc-系統(tǒng)抑制劑(erastin)、GPX4抑制劑(RSL3)、FIN56(消耗GPX4蛋白)和FINO2(間接抑制GPX4)[9]。其中,一些GPX4抑制劑已被證實可以促進(jìn)耐藥性腫瘤細(xì)胞發(fā)生鐵死亡[6]。有研究認(rèn)為,無論上游基因如何,GPX4都是鐵死亡的主要靶點(diǎn),是調(diào)節(jié)鐵死亡的關(guān)鍵末端效應(yīng)器[10]。由此可見,靶向作用于GPX4從而誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞鐵死亡的重要性,這將為耐藥性腫瘤細(xì)胞的治療提供有力的策略。

3 谷胱甘肽過氧化酶4與胃腸道腫瘤

GPX4作為鐵死亡重要的靶點(diǎn)之一,與胃腸道腫瘤的發(fā)生發(fā)展、治療及耐藥密切相關(guān)。針對胃腸道腫瘤中GPX4的調(diào)節(jié),最近開發(fā)了用于胃腸道腫瘤治療的GPX4抑制劑,例如小分子化合物、納米反應(yīng)器和藥物等(Table 1),以GPX4為靶點(diǎn)的策略有望成為治療胃腸道腫瘤的新途徑。

Table 1 Novel drugs for ferroptosis in gastrointestinal tumors

3.1 GPX4與胃癌

胃癌(gastric cancer,GC)是一種高致死性的惡性腫瘤,與幽門螺桿菌感染、吸煙、遺傳、人口老齡化等因素緊密相關(guān),早期的診斷和治療可以增加GC患者生存和康復(fù)的機(jī)會。GPX4在GC中表達(dá)異常,并受到多種信號通路和相關(guān)因子的調(diào)控(Fig.1),進(jìn)而直接或間接調(diào)節(jié)GC中鐵死亡的發(fā)生。抑制GPX4的表達(dá)有助于提升GC患者化療的藥物敏感性,以GPX4為樞紐調(diào)控鐵死亡的靶點(diǎn)與通路將會是GC有前景的治療策略。

Fig.1 The main regulation of GPX4 in GC

3.1.1 GPX4在GC中的表達(dá) 王首寒等[11]在Oncomine和基因表達(dá)譜動態(tài)分析(gene expression profiling interactive analysis,GEPIA)數(shù)據(jù)庫中分析表明,GPX4 mRNA在GC組織中明顯高表達(dá),且與患者不良的總生存(overall survival,OS)率密切相關(guān)。Hu等[12]利用TIMER數(shù)據(jù)庫發(fā)現(xiàn),GC中GPX4 mRNA升高,免疫組化結(jié)果顯示,GPX4蛋白質(zhì)水平上升。而Ye等[13]利用Kaplan-Meier 繪圖儀發(fā)現(xiàn),只有在GC患者臨床Ⅲ期后,GPX4 mRNA表達(dá)上調(diào)才與OS顯著相關(guān),但GPX4表達(dá)的增加對GC患者的預(yù)后未見顯著影響。然而,Lan等[14]利用qRT-PCR方法,研究40例GC患者中硒蛋白在GC中的表達(dá)情況時發(fā)現(xiàn),GPX4 mRNA呈低表達(dá)水平。Zhao等[15]利用免疫組化染色發(fā)現(xiàn),在89例GC患者中GPX4蛋白呈低表達(dá)狀態(tài),并與不良預(yù)后有關(guān)。目前,有關(guān)GPX4 在GC中的相關(guān)研究報道較少,且由于個體研究樣本量的局限性及研究方法不同,所得的結(jié)論一致性不高。因此,GPX4在GC中的表達(dá)情況仍需擴(kuò)大樣本量,并用多種方法研究以得出確切的結(jié)果。

3.1.2 GPX4在GC中的調(diào)控機(jī)制 GPX4-MPND融合基因是GC中發(fā)現(xiàn)的一個新的分子事件,此融合基因能夠促進(jìn)GC細(xì)胞的增殖和侵襲能力[16]。半胱氨酸雙加氧酶1(cysteine dioxygenase 1,CDO1) 可以將Cys轉(zhuǎn)化為?；撬?taurian),從而競爭性地掠奪細(xì)胞用于合成GSH的Cys。而轉(zhuǎn)錄因子c-Myb可以與CDO1的啟動子相互作用,抑制CDO1的表達(dá)。當(dāng)CDO1表達(dá)受到抑制時,GSH向牛磺酸的轉(zhuǎn)化減少,GSH生成增多,GPX4活性得到促進(jìn),導(dǎo)致GC細(xì)胞抵抗鐵死亡[17]。Ouyang等[18]發(fā)現(xiàn),信號轉(zhuǎn)導(dǎo)子和轉(zhuǎn)錄激活子3(signal transducer and activator of transcription 3,STAT3)能與GPX4基因啟動子中的共有應(yīng)答元件結(jié)合并上調(diào)其表達(dá),進(jìn)而增加GC的化療耐藥性,靶向STAT3為晚期GC和化療耐藥提供了一種新的治療策略。此外,下調(diào)ADP核糖基化因子6(ADP ribosylation factor 6,ARF6)的表達(dá)可以增強(qiáng) GPX4的表達(dá),并減弱erastin誘導(dǎo)GC細(xì)胞鐵死亡[19]。半胱氨酸蛋白酶抑制劑SN(cystatin SN,CTS1)能通過招募去泛素化酶OTUB1來緩解GPX4的泛素化修飾,增強(qiáng)GPX4的穩(wěn)定性,進(jìn)而抑制鐵死亡并促進(jìn)GC細(xì)胞的轉(zhuǎn)移[20]。最近還發(fā)現(xiàn),下調(diào)miR-221-3p的表達(dá)時其下游激活轉(zhuǎn)錄因子3(activating transcription factor 3,ATF3)在GC中被上調(diào),ATF3的上調(diào)可通過抑制GPX4的表達(dá)促進(jìn)GC細(xì)胞鐵死亡,并顯著減弱小鼠GC細(xì)胞的生長[21]。Gomaa等[22]發(fā)現(xiàn),下調(diào)miR-4715-3p可以促進(jìn)極光激酶A(aurora kinase A,AURKA)的表達(dá),AURKA可以顯著下調(diào)GPX4的表達(dá)水平,并促進(jìn)GC細(xì)胞的鐵死亡,提示miRNA/GPX4軸可能也是GC治療的重要靶點(diǎn)。

GPX4可參與GC細(xì)胞的多種信號通路。研究表明,多數(shù)GC患者中存在Wnt/β-catenin信號通路的失調(diào)[23],與GC的發(fā)展和化療耐藥性密切相關(guān)。Wang等[24]發(fā)現(xiàn),轉(zhuǎn)錄因子TCF4可以作為Wnt/β-catenin信號通路的開關(guān),并且與β-聯(lián)環(huán)蛋白(β-catenin)結(jié)合形成轉(zhuǎn)錄復(fù)合物。TCF4/β-catenin可以與GPX4的啟動子區(qū)結(jié)合并誘導(dǎo)其表達(dá),抑制GC鐵死亡。LF3是一種4-硫脲基-苯磺酰胺衍生物,可以強(qiáng)烈抑制β-聯(lián)環(huán)蛋白和TCF4之間的相互作用[25]。利用LF3靶向抑制TCF4后,GPX4的表達(dá)降低,并且在體內(nèi)外顯著增強(qiáng)了GC對順鉑的敏感性。提示靶向Wnt/β-catenin/TCF4/GPX4在治療GC中的潛在策略。此外,該研究還發(fā)現(xiàn)感染幽門螺桿菌的GC細(xì)胞中TCF4和GPX4 的表達(dá)水平上升,缺乏TCF4時GPX4的表達(dá)下調(diào),說明幽門螺桿菌通過TCF4上調(diào)GPX4的表達(dá)和活性,從而導(dǎo)致GC的高抗氧化狀態(tài)。因此,根除幽門螺桿菌有利于引發(fā)鐵死亡,提高幽門螺桿菌陽性GC患者化療的敏感性。沉默NAD依賴性脫乙酰酶6(sirtuins 6,SIRT6)可以抑制Keap1/Nrf2信號通路,并下調(diào)GPX4的表達(dá),進(jìn)而來克服索拉非尼的耐藥性[26]。因此,SIRT6/ Keap1/Nrf2/GPX4軸的抑制可能是提高索拉非尼療效的潛在策略。同樣的,潛在轉(zhuǎn)化生長因子β結(jié)合蛋白(latent transforming growth factor β binding proteins,LTBPs)以極為相似的方式通過p62/Keap1/Nrf2/GPX4軸調(diào)控GC細(xì)胞鐵死亡[27]。沉默與SIRT6同家族的SIRT1可以上調(diào)p53的表達(dá)水平并下調(diào)GPX4的水平,進(jìn)而促進(jìn)GC鐵死亡[28]。最新研究表明,B細(xì)胞淋巴瘤6(B-cell lymphoma 6,BCL6)的上調(diào)可在體外和體內(nèi)顯著抑制GC細(xì)胞的增殖和轉(zhuǎn)移,其內(nèi)在機(jī)制是由于BCL6可以通過FZD7/β-catenin/TP63/GPX4途徑促進(jìn)脂質(zhì)過氧化,導(dǎo)致GC細(xì)胞鐵死亡[29]。此外,GPX4還參與免疫相關(guān)途徑,在GC腫瘤微環(huán)境中發(fā)現(xiàn)自然殺傷細(xì)胞(natural killer,NK)的浸潤顯著減少,導(dǎo)致GC細(xì)胞易發(fā)生免疫逃逸。Cui等[30]發(fā)現(xiàn)高表達(dá)GPX4會降低NK細(xì)胞生存能力,GC細(xì)胞也表現(xiàn)出耐藥性,而敲除GPX4后則表現(xiàn)出顯著的療效,表明降低GPX4的表達(dá)可能是GC免疫治療的潛在策略。

靶向誘導(dǎo)GC細(xì)胞鐵死亡也是目前研究的熱點(diǎn)。Zhang等[31]首次將生物活性化合物6-硫鳥嘌呤(6-thioguanine,6-TG)鑒定為GC細(xì)胞潛在的鐵死亡誘導(dǎo)劑,6-TG可以使Xc-系統(tǒng)中的SLC7A11失活,阻斷GSH的產(chǎn)生,下調(diào)GPX4的表達(dá)。Hu等[12]發(fā)現(xiàn),小分子GPX4抑制劑—多酚B(polyphyllin B,PB)在GC細(xì)胞和小鼠模型中均顯示出良好的抗腫瘤療效,這是由于PB可以抑制GPX4的表達(dá)并促進(jìn)GC鐵死亡,驚喜的是該過程不會引起顯著的宿主毒性,提示進(jìn)一步研究更多毒性低的GPX4抑制劑對于GC的治療是必不可少的。納米顆粒(nanoparticles,NPs)誘導(dǎo)癌細(xì)胞鐵死亡的新型治療方法在GC中也被廣泛研究。mPEG-PLG(DNs)自組裝形成的納米顆粒NP-DNs,可以通過消耗GSH和釋放SO2下調(diào)GPX4的表達(dá),從而觸發(fā)GC細(xì)胞鐵死亡[32]。Atranorin是一種地衣的次生代謝產(chǎn)物,根據(jù)Atranorin設(shè)計的超順磁性氧化鐵納米顆粒(superparamagnetic iron oxide nanoparticles,SPION)復(fù)合物(Atranorin@SPION)可以減弱SLC7A11和GPX4 mRNA 3′ UTR的hm5C修飾水平,并降低二者的表達(dá)水平,進(jìn)而引起GC干細(xì)胞鐵死亡[33]。日本圓菊(Cirsiumjaponicum)是一種植物中草藥,根據(jù)其合成的金納米顆粒CJ-AuNPs可以通過靶向抑制GPX4,介導(dǎo)GC細(xì)胞鐵死亡[34]。上述多項研究結(jié)果提示,GPX4可以作為納米材料誘發(fā)鐵死亡的有效靶點(diǎn)。

3.1.3 GPX4與藥物 阿帕替尼(apatinib)是血管內(nèi)皮生長因子受體-2(vascular endothelial growth factor receptor-2,VEGFR2)的競爭性抑制劑,轉(zhuǎn)錄因子類固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白1a(sterol regulatory element-binding protein-1a,SREBP-1a)可以通過結(jié)合GPX4啟動子區(qū)激活GPX4的轉(zhuǎn)錄。阿帕替尼可以通過抑制SREBP-1a的表達(dá)而下調(diào)GPX4的表達(dá),進(jìn)而增強(qiáng)GC細(xì)胞鐵死亡。值得注意的是,多耐藥GC細(xì)胞更易受阿帕替尼誘導(dǎo)的GPX4抑制作用的影響[15],提示GPX4可能是阿帕替尼對GC療效評估和治療的潛在靶點(diǎn)。喻鑫等[35]發(fā)現(xiàn),雙硫侖(disulfiram,DSF)協(xié)同奧沙利鉑(oxaliplation,Oxa)聯(lián)合用藥作用于GC細(xì)胞時,GPX4的mRNA表達(dá)水平明顯下降,并通過時間和劑量依賴性協(xié)同抑制GC細(xì)胞增殖。

近幾年,越來越多的研究表明,中藥治療腫瘤的潛在機(jī)制可能與鐵死亡相關(guān)。如研究證實麥冬皂苷B(ophiopogonin B,OP-B)可通過阻斷SLC7A11/GPX4通路在體內(nèi)外觸發(fā)GC細(xì)胞鐵死亡[36]。獼猴桃根(actinidia chinensis planch,ACP)已被批準(zhǔn)為一種在臨床上廣泛應(yīng)用的抗腫瘤藥物,研究發(fā)現(xiàn),ACP可通過抑制GPX4誘導(dǎo)GC細(xì)胞鐵死亡,斑馬魚異種移植物研究進(jìn)一步在體內(nèi)證實了這一結(jié)果[37]。黃芩苷可以通過抑制GPX4的表達(dá),有效抑制GC細(xì)胞的增殖[38]。濟(jì)源冬凌草甲(jiyuan oridonin A,JDA)是從中草藥濟(jì)源冬凌草中分離得到的一種天然化合物,其衍生物a2可以降低CRC中GPX4的表達(dá),在異種移植小鼠模型中,a2表現(xiàn)出比5-氟尿嘧啶更強(qiáng)的抗癌活性[39]。扶正泥增湯(fuzheng nizeng decoction)可以降低GPX4/GSH水平,促進(jìn)GC前病變細(xì)胞鐵死亡,有助于GC的預(yù)防[40]。

3.2 GPX4與結(jié)直腸癌

結(jié)直腸癌(colorectal cancer,CRC)是世界上第三大常見惡性腫瘤[41],發(fā)病率呈不斷上升趨勢。飲食、環(huán)境及腸道菌群等因素與CRC密切相關(guān)[42]。CRC的特征是頻繁突變的基因,例如TP53和Kirsten大鼠肉瘤病毒癌基因同源物(kirsten rat sarcoma viral oncogene homolog,KRAS)。GPX4在CRC中表達(dá)異常,其可以作為多種物質(zhì)的靶點(diǎn)(Fig.2),并參與化療耐藥的調(diào)控。

Fig.2 The main regulation of GPX4 in CRC

3.2.1 GPX4在CRC中的表達(dá) 研究發(fā)現(xiàn),結(jié)腸癌患者組織中的GPX4 mRNA及蛋白質(zhì)水平均升高[43,44]。藍(lán)煒強(qiáng)等[44]研究表明,GPX4高表達(dá)是結(jié)腸癌患者不良預(yù)后的獨(dú)立影響因素,與結(jié)腸癌腫瘤直徑和低生存率相關(guān)。羅壽等[45]發(fā)現(xiàn),GPX4 在左半結(jié)腸腺癌組織中的高表達(dá)率高于右半結(jié)腸腺癌組織,但此表達(dá)差異是否對患者預(yù)后存在影響仍需進(jìn)一步研究。Yagublu等[46]發(fā)現(xiàn),GPX4在不同分期的結(jié)腸癌組織中表達(dá)也有差異,除了T3期患者腫瘤樣本外,其他階段的GPX4蛋白表達(dá)水平均顯著上調(diào)。在T3和T4期患者腫瘤樣本中也發(fā)現(xiàn)了較高的mRNA水平,提示在晚期腫瘤中,GPX4可以確保對氧化應(yīng)激的防御,并抑制腫瘤細(xì)胞的死亡。此外,JIA等[47]進(jìn)行的甲基化分析結(jié)果顯示,CRC中GPX4高甲基化與患者的低生存率有關(guān)。提示GPX4的甲基化對于CRC機(jī)制研究可能是一個新的切入點(diǎn)。

3.2.2 GPX4在CRC中的調(diào)控機(jī)制 GPX4的活性關(guān)鍵在于硒的摻入,而硒的摻入需要GPX4 mRNA 3′ UTR中特定的RNA莖環(huán)結(jié)構(gòu)。GPX4單核苷酸多態(tài)性rs713041 T/C位于3′-UTR區(qū),rs713041核苷酸的變化改變了mRNA與相關(guān)蛋白質(zhì)的親和力,以此來調(diào)節(jié)GPX4的合成[48],與T等位基因相比,C等位基因促進(jìn)了GPX4合成的能力[49]。研究發(fā)現(xiàn),rs713041與CRC易感性有關(guān),最初G. Bermano等[50]2006年在蘇格蘭546例的人群中研究發(fā)現(xiàn),與C等位基因相比,rs713041 T等位基因降低了CRC風(fēng)險。之后2010年Meéplan等人[51]在捷克共和國1 400多名人群中的研究卻得到了相反的結(jié)果,研究表明,與CC和TT基因型相比,CT基因型增加了CRC的發(fā)病風(fēng)險,作者認(rèn)為應(yīng)該進(jìn)一步在更大的人群中進(jìn)行研究。2022年,一項Meta分析顯示,rs713041 T等位基因攜帶者與CRC風(fēng)險增加相關(guān)[52]。由于rs713041在CRC中的研究報道有限,且不同的地區(qū)、不同的人群亞結(jié)構(gòu)和生活環(huán)境因素等都可能影響結(jié)果,因此,后續(xù)應(yīng)進(jìn)一步在大范圍人群中研究以得到可靠的結(jié)果。在藥物聯(lián)合治療轉(zhuǎn)移性CRC的研究中發(fā)現(xiàn),GPX4單核苷酸多態(tài)性rs4807542與西妥昔單抗/FOLFIRI組的OS顯著相關(guān),與AA和AG基因型相比,GG基因型有更好的OS,但在多變量分析中其影響是邊緣的[53],推測可能是因為樣本量較少,后續(xù)可擴(kuò)大樣本量進(jìn)行驗證。

p53是重要的抑癌基因,也是人類癌癥中最常見的突變基因。研究發(fā)現(xiàn),突變型p53可以直接靶向SLC7A11,并通過下調(diào)GPX4的表達(dá)和增加ROS的產(chǎn)生促進(jìn)CRC鐵死亡[54]。Wang等[55,56]發(fā)現(xiàn),在一些腫瘤中被認(rèn)為是原癌基因的富含絲氨酸和精氨酸的剪接因子9(serine and arginine rich splicing factor 9,SFRS9)在CRC中高表達(dá),并且可以和GPX4的mRNA結(jié)合從而促進(jìn)GPX4表達(dá),進(jìn)而抑制CRC鐵死亡。因此,進(jìn)一步敲低SFRS9,發(fā)現(xiàn)在體內(nèi)和體外都可以抑制CRC的發(fā)展。類似地,Wang等[57]發(fā)現(xiàn),70 kD熱激蛋白5(heat shock 70 kD protein 5,HSPA5)可以直接與GPX4蛋白結(jié)合維持其穩(wěn)定性,并調(diào)控CRC的免疫微環(huán)境,促進(jìn)CRC的發(fā)展。?；o酶A脫氫酶,短/支鏈(Acyl-CoA dehydrogenase,short/ branched chain,ACADSB)是?；o酶A脫氫酶家族的一員,在CRC組織中低表達(dá),其可以負(fù)調(diào)控GPX4的表達(dá)[58]。

GPX4蛋白質(zhì)水平的上調(diào)可能參與細(xì)胞周期的調(diào)控,并促進(jìn)上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial-mesenchymal transition,EMT),導(dǎo)致腫瘤抵抗鐵死亡并發(fā)生侵襲和遷移等行為,最終導(dǎo)致腫瘤對化療藥物不敏感。張波等[59]研究發(fā)現(xiàn),在瑞格菲尼抵抗的CRC細(xì)胞株中,GPX4 mRNA及蛋白質(zhì)水平均顯著增高,磷脂酰肌醇3-激酶(phosphoinositide 3-kinase,PI3K)、蛋白激酶B (Akt)及波形蛋白(vimentin)表達(dá)升高,E-鈣黏著蛋白(E-cadherin)表達(dá)降低,前2種蛋白質(zhì)與細(xì)胞周期調(diào)控有關(guān),后2種蛋白質(zhì)是EMT的標(biāo)志物,表明GPX4可以促進(jìn)細(xì)胞的EMT,介導(dǎo)CRC細(xì)胞瑞格菲尼抵抗的形成。Yan等[60]發(fā)現(xiàn),KRAS基因突變的男性CRC患者中GPX4高表達(dá),KRAS可以通過Xc-GSH-GPX4途徑抑制鐵死亡,其生存期較差,這些KRAS突變的CRC患者用表皮生長因子受體(epidermal growth factor receptor,EGFR)單藥(如西妥昔單抗)治療效果受限。此后,Chen等[61]為了進(jìn)一步研究CRC的耐藥機(jī)制,使用欖香烯和西妥昔單抗聯(lián)合應(yīng)用于KRAS突變的CRC細(xì)胞,發(fā)現(xiàn)GPX4表達(dá)受到抑制,E-鈣黏著蛋白表達(dá)升高且波形蛋白表達(dá)降低,提示二者是通過誘導(dǎo)鐵死亡和抑制EMT使CRC細(xì)胞敏感。有趣的是,與非耐藥的癌細(xì)胞相比,經(jīng)歷了EMT的耐藥癌細(xì)胞更有可能被鐵死亡誘導(dǎo)物殺死[62]。因此,抑制GPX4在一定程度上抑制大腸癌的EMT,提示靶向GPX4作用于KRAS突變的患者可能克服傳統(tǒng)的CRC耐藥性。在腸上皮細(xì)胞的研究中,發(fā)現(xiàn)GPX4通過對凋亡誘導(dǎo)因子(apoptosis-inducing factor,AIF)的影響,保護(hù)線粒體免受氧化損傷,維持氧化磷酸化復(fù)合物的穩(wěn)定性。GPX4活性改變導(dǎo)致的線粒體氧化功能的變化可能會影響結(jié)腸細(xì)胞增殖,但需要進(jìn)一步的研究來確定這種情況是否存在以及是否影響CRC風(fēng)險[63]。

GPX4還參與CRC的某些信號通路。Yang等[64]發(fā)現(xiàn),抑制KIF20A/NUAK1/Nrf2/GPX4信號通路誘導(dǎo)CRC鐵死亡,并增強(qiáng)CRC對奧沙利鉑的敏感性,這一通路為逆轉(zhuǎn)CRC的耐藥性提供了新思路。

在CRC中,GPX4是許多物質(zhì)的作用靶點(diǎn)。小分子化合物RSL3可以以時間及劑量依賴性的方式特異性抑制GPX4的活性,抑制結(jié)腸腺癌細(xì)胞的生長,使其細(xì)胞增殖減慢,活性減弱[65]。有證據(jù)表明,5-氟尿嘧啶(5-fluorouracil,5-Fu)聯(lián)合RSL3治療小鼠異種移植物能有效抑制CRC腫瘤再生[66],同樣,將索拉非尼和RSL 3給予索拉非尼耐藥的CRC細(xì)胞時發(fā)現(xiàn),可以導(dǎo)致鐵和脂質(zhì)過氧化物水平升高,最終導(dǎo)致CRC細(xì)胞鐵死亡[67]。提示GPX4抑制劑聯(lián)合化療或靶向治療可能是大腸癌的一種有前途的治療方法。

GPX4還可以作為miRNA的靶點(diǎn),在CRC中過表達(dá)miR-15a-3p[68]和miR-124-3p[69]基因,發(fā)現(xiàn)二者均可以直接與GPX4的3′-UTR結(jié)合來抑制GPX4。在耐奧沙利鉑的細(xì)胞中高表達(dá)miR-124-3p基因,可通過降低GPX4蛋白的表達(dá)誘導(dǎo)鐵死亡而逆轉(zhuǎn)其耐藥性。miR-539可以激活SAPK/JNK通路,并下調(diào)GPX4的表達(dá)并促進(jìn)CRC鐵死亡[70]。因此,miRNA/GPX4調(diào)節(jié)體系可能也會成為今后CRC治療的重要靶點(diǎn)。研究發(fā)現(xiàn),中藥化學(xué)單體白藜蘆醇(resveratrol,RSV)可以通過下調(diào)miR-31的表達(dá),抑制SLC7A11和GPX4的表達(dá),從而促進(jìn)CRC死亡[71]。為了提高遞送效率,Zhang等[72]開發(fā)了一種RSV仿生納米載體(RSV-NPs@RBCm),這種納米載體可以特異性穿透腫瘤,并顯著降低GPX4的表達(dá),促進(jìn)CRC鐵死亡,體內(nèi)研究結(jié)果顯示,其對CRC具有良好的治療效果,這一發(fā)現(xiàn)表明,RSV有作為GPX4抑制劑的潛力,為RSV納米載體應(yīng)用在CRC治療中鋪平道路。與此類似,Mu等[73]利用微管蛋白抑制劑多西他賽(docetaxel ,DOC)設(shè)計了一種基于單寧酸(tannic acid, TA)、鐵離子和多西他賽DOC的超分子納米反應(yīng)器(DOC@TA-Fe3+),這種納米反應(yīng)器被CRC細(xì)胞內(nèi)化后可以從溶酶體逃逸并釋放有效載荷,隨后由TA介導(dǎo)的Fe3+/Fe2+轉(zhuǎn)化可以觸發(fā)芬頓(Fenton)反應(yīng),引起ROS濃度升高。此外,Fe3+通過消耗GSH來抑制GPX4的活性,從而誘導(dǎo)鐵死亡。同時,釋放的DOC控制微管動力學(xué)以激活細(xì)胞凋亡途徑。其優(yōu)越的抗腫瘤功效在小鼠模型中得到了驗證。Zhou等[74]發(fā)現(xiàn),微波誘導(dǎo)的基于銅-半胱氨酸(Cu-Cy)納米顆粒的光動力療法對CRC治療有效果,這是因為Cu-Cy可以耗盡GPX4并誘導(dǎo)鐵死亡來殺死CRC細(xì)胞,小鼠體內(nèi)模型也證實Cu-Cy優(yōu)越的體內(nèi)抗腫瘤功效。總的來說,納米材料有望成為靶向GPX4使CRC發(fā)生鐵死亡的潛在分子。

GPX4還可以作用于許多蛋白質(zhì),共同調(diào)控CRC的發(fā)展。早在20年前就有研究表明,GPX4過表達(dá)會誘導(dǎo)結(jié)腸癌細(xì)胞環(huán)氧合酶2(cyclooxygenase-2,COX-2)活性增加,COX已被證明是非甾體抗炎藥的靶點(diǎn),而非甾體抗炎藥的使用與結(jié)腸癌風(fēng)險降低之間存在相關(guān)性[75]。另有研究表明,GPX4與鳥嘌呤核苷酸結(jié)合蛋白3(guanine nucleotide-binding protein-like 3,GNL3)表達(dá)呈正相關(guān),GLN3參與細(xì)胞自我更新、增殖、凋亡、維持細(xì)胞基因組穩(wěn)定性和端粒完整性等多種細(xì)胞生物學(xué)功能,說明GPX4、GLN3蛋白在結(jié)腸癌中共同作用參與調(diào)控腫瘤的發(fā)生發(fā)展[45]。

最新研究表明,CRC中存在非突變藥物耐受持久性(drug-tolerant persister cells,DTP)細(xì)胞,DTP細(xì)胞的關(guān)鍵特征包括其靜止?fàn)顟B(tài)和在絕大多數(shù)細(xì)胞群被快速殺死的條件下保持存活的能力,DTP細(xì)胞表現(xiàn)出可逆狀態(tài),移除藥物后可恢復(fù)增殖和生長,并對初始治療保持敏感。而在這種細(xì)胞中,發(fā)現(xiàn)GPX4顯著上調(diào),這導(dǎo)致CRC對模型藥物的敏感性降低,使用GPX4抑制劑誘導(dǎo)使得敏感性增強(qiáng)[66]。提示抑制GPX4能作為DTP細(xì)胞的治療靶點(diǎn),可以選擇性消除殘留的CRC細(xì)胞庫。

腸道菌群在CRC的腫瘤發(fā)生中發(fā)揮重要作用。腸道菌群失調(diào)、特定致病微生物、相關(guān)代謝產(chǎn)物和毒力因子會促進(jìn)CRC的發(fā)生和發(fā)展[76]。腸道菌群與放化療和免疫治療等抗腫瘤治療的療效或不良反應(yīng)有關(guān),相關(guān)干預(yù)措施可以提高抗腫瘤治療的療效和嚴(yán)重的腸道毒性作用[77]。有證據(jù)顯示,飲食和腸道菌群協(xié)同作用會降低結(jié)CRC風(fēng)險,膳食纖維經(jīng)過腸道菌群發(fā)酵可以生成丁酸鹽,丁酸鹽與ω-3多不飽和脂肪酸(omega-3 polyunsaturated fatty acids,n-3 PUFA)聯(lián)合作用可以促進(jìn)GPX4依賴性的鐵死亡作用,從而降低CRC風(fēng)險[78]。提示GPX4在介導(dǎo)飲食、腸道菌群與CRC之間的關(guān)聯(lián)有潛在重要作用。

3.2.3 GPX4與藥物 越來越多的研究表明,中藥與結(jié)腸癌細(xì)胞鐵死亡相關(guān)。雷公藤內(nèi)酯酮(triptoinde,TN)是從雷公藤根莖分離提取的三萜類化合物,研究發(fā)現(xiàn),TN 具有抗結(jié)腸癌的作用,而GPX4是TN抗癌的關(guān)鍵靶點(diǎn),TN通過抑制GPX4激活結(jié)腸癌細(xì)胞鐵死亡[79]。Miyazaki等[80]發(fā)現(xiàn),姜黃素(curcumin)和穿心蓮(andrographis)聯(lián)合使用可以通過激活鐵死亡和雙重抑制GPX4和FSP-1在CRC中發(fā)揮抗腫瘤作用。Cai等[81]在小鼠模型中發(fā)現(xiàn),龍須菜多糖可以通過激活GPX4通路增強(qiáng)CRC順鉑化療的敏感性?？汞懠菜幬锴噍镧?artesunate)可以通過抑制System Xc-/ GSH/ GPX4信號通路誘導(dǎo)CRC細(xì)胞發(fā)生鐵死亡[82]。Honokiol作為潛在的高效特異的抗癌中草藥,被發(fā)現(xiàn)可以通過降低GPX4的活性誘導(dǎo)CRC細(xì)胞鐵死亡[83]。同樣也有針對西藥對GPX4的調(diào)控機(jī)制的研究,伊曲康唑(itraconazole,Itra)是一種抗真菌藥物,其可以通過激活A(yù)MPK信號通路抑制GPX4的表達(dá),促進(jìn)CRC細(xì)胞鐵死亡[84]。靜脈麻醉藥異丙酚(propofol)可以通過調(diào)節(jié)STAT3并下調(diào)GPX4的表達(dá),誘導(dǎo)CRC鐵死亡[85]。上述研究為治療結(jié)腸癌提供了很好的藥理依據(jù),但進(jìn)一步在動物模型體內(nèi)的毒理藥理研究也至關(guān)重要。

4 問題與展望

GPX4與胃腸道腫瘤的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān),有望成為治療胃腸道腫瘤的藥物靶點(diǎn)以及檢測預(yù)后和復(fù)發(fā)轉(zhuǎn)移的生物標(biāo)志物。目前,仍有一些領(lǐng)域需要我們繼續(xù)探索,例如,需進(jìn)一步研究和闡明GPX4在胃腸道腫瘤中的分子機(jī)制,及其涉及的信號通路之間的干擾和交互作用。靶向GPX4使癌細(xì)胞鐵死亡固然誘人,但是GPX4 抑制劑是否能應(yīng)用于臨床尚不清楚。抑制GPX4對胚胎、生殖發(fā)育和腦神經(jīng)等產(chǎn)生著不可小覷的危害, 對其他生理過程也可能會有重大影響。因此,后期應(yīng)著重探索有效安全的GPX4抑制劑,減少由于GPX4 缺失而引起的機(jī)體損傷,最終目標(biāo)是確定抑制GPX4的藥物與其他癌癥療法(如化療和放療)的最有效組合,以實現(xiàn)治療效果最大化。