铁下垂的机制与调控
铁下垂主要由脂质过氧化驱动，并在多个水平上进行调节，包括谷胱甘肽（GSH）依赖和独立的抗氧化途径、脂质过氧化的生物学相关性和复杂的铁代谢（图).
铁下垂的核心机制。铁下垂是一种铁依赖性的调节性细胞死亡形式。铁2+可以参与芬顿反应并诱导脂质过氧化。LTF和TF介导的铁摄取和NCOA4介导的铁蛋白降解可促进铁沉降，而铁输出蛋白SLC40A1是铁沉降的阻遏物。GSH依赖系统（SLC7A11-GSH-GPX4途径）和GSH非依赖系统（CoQ、BH4和ESCT-III途径）通过抑制脂质过氧化或膜损伤来抑制铁中毒细胞死亡。ACSL4、LPCAT3和ALOX促进膜上的脂质过氧化。此外，POR和NOX也以上下文相关的方式促进脂质过氧化。SLC7A11或GPX4的复杂调控通过多种机制影响铁沉降敏感性（见正文）。缩写：ACO1，乌头糖1；酰基辅酶A合成酶长链家族成员4；ALOX、脂氧合酶；凋亡诱导因子线粒体相关2；ATF3，激活转录因子3；ATF4，激活转录因子4；BECN1，beclin 1；胱硫醚β合成酶；辅酶Q10；辅酶Q10H2，还原辅酶Q10；CREB、CAMP反应元件结合蛋白；半胱氨酸；胱氨酸；DHODH，二氢鸟酸脱氢酶；ESCRT-III，转运-III所需的内体分选复合物；谷氨酸-半胱氨酸连接酶催化亚基；谷氨酸；甘氨酸；谷胱甘肽过氧化物酶4；谷胱甘肽；谷胱甘肽合成酶；谷胱甘肽还原酶；GSSG，氧化谷胱甘肽；HSPA5，热休克蛋白家族A成员5；热休克蛋白90；IREB2，铁反应元件结合蛋白2；LCN2，脂蛋白2；LIP，不稳定铁池；LPCAT3，溶血磷脂转移酶3；LTF，乳铁蛋白；LSH，淋巴特异性解旋酶；蛋氨酸；NFE2L2，核因子类红细胞2；核受体辅活化子4；NOX、NADPH氧化酶；OTUB1，OTU去泛素酶，泛素醛结合1；细胞色素P450氧化还原酶；PUFAs，多不饱和脂肪酸；PUFAs-CoA、多不饱和脂肪酸-CoA；PUFA-PLs，含有多不饱和脂肪酸的磷脂；活性氧；SLC3A2，溶质载体家族3成员2；SLC40A1，溶质载体家族40成员1；SLC7A11，溶质载体家族7成员11；TF，转铁蛋白；TFRC，转铁蛋白受体；TP53，肿瘤蛋白p53；USP35，泛素特异性肽酶35
谷胱甘肽依赖性抗氧化途径
系统xc−-GSH-谷胱甘肽过氧化物酶4（GPX4）通路在调节铁中毒细胞死亡中起着核心作用。谷胱甘肽对细胞内氧化还原平衡很重要。因此，谷胱甘肽的消耗将阻碍GPX4介导的抗氧化防御，导致细胞脂质ROS的积累，而ROS对细胞膜有毒。
系统xc−是一种氨基酸转运蛋白，具有两个关键成分，溶质载体家族3成员2（SLC3A2）和溶质载体家庭7成员11（SLC7A11）。系统xc−以1:1的化学计量比调节细胞外胱氨酸和细胞内谷氨酸的交换。胱氨酸进入细胞后转化为半胱氨酸，半胱氨酸是谷胱甘肽连接酶催化亚基（GCLC）和谷胱甘苷合成酶（GSS）产生谷胱甘氨酸的必要前体。临床前研究表明，小分子（包括橡皮素、索拉非尼、谷氨酸和柳氮磺胺吡啶）通过抑制系统xc的活性而诱导铁下垂−或体内外SLC7A11[4,10]. 然而，小分子化合物HG106对SLC7A11的药理抑制可诱导活性氧依赖性而非铁凋亡依赖性抑制KRAS突变肺癌细胞的肿瘤生长[11]支持SLC7A11在调节铁蛋白和非铁蛋白细胞死亡中的广泛作用[12]. 无论如何，多种证据支持SLC7A11作为治疗靶点，因为它可以在体内外促进肺癌的进展[11,13]. 值得注意的是，铁下垂的概念可能来源于“氧中毒”，即谷氨酸诱导的系统xc引起的神经细胞内ROS依赖性细胞死亡−抑制[14].
已经提出了几种通过调节SLC7A11的表达和/或活性来调节铁凋亡的重要分子机制。在转录水平上，SLC7A11在癌细胞中被转录因子上调，如核因子类红细胞2（NFE2L2/NRF2）[15]和激活转录因子4（ATF4）[16]. SLC7A11也可能被某些转录因子下调，例如肿瘤蛋白p53（TP53）[17]和激活转录因子3（ATF3）[18]. 在转录后水平，SLC7A11通过泛素醛结合1（OTUB1）介导的泛素化作用在H1299肺癌细胞中被OTU氘酶稳定[19]. 在表观遗传水平上，非编码RNA，如MIR382[20]和MIR1261[21]，还可以降低SLC7A11的表达，促进铁凋亡。此外，由AMP-活化蛋白激酶（AMPK）介导的beclin1（BECN1）磷酸化通过抑制系统xc-的活性和随后的GSH生成促进铁下垂[22]. 除了系统xc-外，转硫途径通过介导半胱氨酸合成为谷胱甘肽维持提供了额外的资源。胱硫醚合成酶（CBS）是激活转硫作用的关键酶，起到铁沉积抑制剂的作用[23].
GPX4是一种含硒酶，可以利用谷胱甘肽直接抑制膜过氧化。在这个过程中，GSH被氧化成GSSG，GSSG被谷胱甘肽还原酶（GSR）重新转化为GSH。各种GPX4抑制剂（包括RSL3）均可诱导铁下垂[24]，财务56[25]和FINO2[26]，尽管它们对脱铁性贫血的活性可能不同。抑制上游SLC7A11可抑制GPX4活性，并通过抑制其合成降低其蛋白表达[27]或增强其蛋白质降解[28,29]. GPX4的蛋白质合成或降解受到多种机制的严格控制。例如，除硒外，甲羟戊酸途径产生的异戊烯基焦磷酸（IPP）也有利于GPX4蛋白的合成[25,30]. 热休克蛋白家族A成员5（HSPA5，最为人所知的是BIP）是内质网中的一种分子伴侣，它直接结合GPX4以阻止其降解，从而诱导癌细胞对脱铁性贫血的抵抗[28]. 然而，热休克蛋白90（HSP90）通过伴侣介导的自噬（CMA）介导的GPX4降解促进了铁沉积[29]强调不同的HSP成员在GPX4蛋白稳定性的调节中发挥不同的作用。此外，氘激酶抑制剂PdPT促进GPX4的蛋白酶体降解[31]尽管自噬或泛素蛋白酶体系统对GPX4降解的选择性机制尚不清楚。此外，cAMP反应元件结合蛋白（CREB）刺激GPX4转录以抑制肺癌细胞中的铁下垂[32]. 总的来说，这些发现建立了一个控制GPX4在铁凋亡中的表达和活性的复杂网络，此外GPX4还参与调节其他非铁中毒细胞的死亡，如凋亡、坏死和焦凋亡[33——35]. 进一步了解GPX4的结构、位置和功能对于癌症患者细胞死亡治疗的发展至关重要。
GSH非依赖性抗氧化途径
几个GSH非依赖性系统，如凋亡诱导因子-线粒体相关2（AIFM2）-辅酶Q10（CoQ10）、二氢鸟酸脱氢酶（DHODH）-CoQ10、GTP环水解酶1（GCH1）-四氢生物蝶呤（BH4），以及运输-III（ESCRT-III）膜修复系统所需的内体分选复合物，可以通过不同的机制防御铁下垂。辅酶Q10是线粒体电子传递链的一个组成部分，可以在线粒体和质膜中充当抗氧化剂。除了其在线粒体中的促凋亡作用外，AIFM2还作为质膜上的氧化还原酶发挥作用，将辅酶Q10还原为其还原形式，泛喹诺酮，捕获自由基以抑制脂质过氧化[36,37]. 这种位置依赖性的从促凋亡功能到反铁中毒功能的转变是由AIFM2肉豆蔻酰化介导的[36,37]. AIFM2在负责抑制铁下垂的质膜上的另一个功能是其通过激活ESCRT-III机制修复细胞膜的能力[38]. 关键的是，AIFM2在体内外介导肺癌细胞对铁凋亡的抵抗[36]. 与作用于质膜的AIFM2不同，DHODH（一种黄素依赖性线粒体酶）通过将线粒体中的辅酶Q10还原为泛喹啉来抑制铁下垂[39]. 尽管这些发现表明，不同细胞器中CoQ10的产生具有抑制铁凋亡的能力，但尚未解决的一个关键问题是，这种防御机制是否是肿瘤类型特异性的。
此外，BH4作为几种酶（例如一氧化氮合酶[NOS]）的辅因子发挥作用，并发挥强大的抗氧化作用。GCH1是BH4生物合成中的速率限制酶，从而保护细胞免受铁下垂[40,41]. 在最后阶段，由铁电信号引起的质膜损伤可以通过ESCRT-III机器进行修复，该机器执行拓扑上独特的膜弯曲和断裂反应[42,43]. 一旦膜的修复能力弱于连续损伤信号，铁电死亡将是不可逆的。质膜破裂的直接后果是细胞内容物的释放，特别是损伤相关分子模式（DAMP）[44]，介导由嗜铁细胞死亡引起的炎症反应。
脂质过氧化
细胞内脂质过氧化的积累是铁下垂最典型的代谢特征。生物膜中脂质的过氧化会导致膜的氧化损伤，最终导致细胞死亡。脂质过氧化主要发生在多不饱和脂肪酸（PUFA）中，PUFA含有多个双键，容易受到ROS的攻击。在脂质过氧化过程中，参与脂质代谢的几种酶作为铁沉积的正调节因子。酰基CoA合成酶长链家族成员4（ACSL4）促进PUFA合成PUFA-CoA，如花生四烯醇（AA）和肾上腺（AdA），从而激活PUFA[45——47]. 在ACSL4驱动的酯化反应后，溶血磷脂转移酶3（LPCAT3）将PUFA融合成磷脂，形成含有多不饱和脂肪酸（PUFA-PL）的磷脂[45]. 同时，脂氧合酶（ALOX）、非血红素含铁酶是介导PUFA在铁沉降过程中直接氧化的主要酶。ALOX抑制剂（例如肉桂基-3,4-二羟基-氰氰酸酯、黄芩素、PD146176、齐鲁通和AA-861）可以有效抑制橡皮素或RSL3诱导的铁下垂，这一发现支持了这一观点[48]. 此外，ALOX的基因抑制，包括ALOXE3、ALOX5、ALOX12和ALOX15，也以上下文相关的方式抑制铁下垂[48——52]. 值得注意的是，ALOX15沉默抑制了erastin和RSL3在Calu-1肺癌细胞中诱导的脱铁性贫血[51]而ALOX12和ALOX15在H1299肺癌细胞中介导TP53依赖性铁下垂[52,53]. 这些发现支持ALOX家族可能在不同的肺癌细胞中发挥细胞类型依赖性作用。虽然像细胞色素P450氧化还原酶（POR）这样的酶[54,55]和NADPH氧化酶（NOX）[56,57]在脱铁过程中也参与脂质过氧化，它们对肺癌细胞的可能影响尚未确定。
铁代谢
大多数细胞内铁以铁的形式存在2+处于游离状态或以铁的形式储存3+铁蛋白。铁2+与过氧化氢（H）反应2O（运行）2)通过芬顿反应生成羟基自由基，在铁沉降过程中可以攻击膜上的PUFA。铁蛋白是主要的铁存储蛋白，可防止铁2+被H氧化2O（运行）2相反，铁蛋白通过选择性自噬降解，称为铁蛋白噬菌体，在许多细胞模型中促进铁下垂[58,59]包括肺癌细胞[60]. 事实上，许多可以改变铁吸收、储存、利用和输出的任何步骤的细胞过程可能会影响细胞对铁下垂的敏感性。例如，转铁蛋白受体（TFRC）增加铁吸收[61]或乳铁蛋白（LTF）[62]促进铁下垂，而溶质载体家族40个成员1（SLC40A1）介导的铁输出可防止铁下垂细胞死亡[63,64]. 自噬和泛素蛋白酶体系统在不同条件下均介导SLC40A1降解。在肺癌细胞中，SLC40A1的蛋白酶体降解被泛素特异性肽酶35（USP35）抑制，该酶是一种在许多癌症中异常表达的氘化酶[65]. 此外，脂蛋白2（LCN2）通过限制铁摄取抑制铁下垂[66——68]而乌头糖1（ACO1，也称为IRP1）和铁反应元件结合蛋白2（IREB2，也称为IRP2）通过调节铁代谢相关蛋白的翻译促进癌细胞中的铁下垂[69]. 然而，关于体内铁代谢（例如铁吸收和组织分布）对铁中毒反应的影响的全球观点仍然是一个秘密。
肺癌中铁下垂的调控
吸烟引起的慢性阻塞性肺病（COPD）是肺癌的主要风险之一。整个香烟烟雾冷凝物诱导人支气管上皮细胞的铁下垂，导致肺癌患者COPD的发病机制[70,71]. 这些发现确立了铁下垂、COPD和肺癌之间的第一种联系。此外，铁蛋白噬菌体的铁蓄积参与了吸烟诱导的铁下垂，伴随着肺上皮细胞释放损伤相关分子模式（DAMP）和促炎细胞因子[71]. 一项生物信息学预测研究报告称，五个脱铁相关基因（ALOX5、二肽基肽酶4[DPP4]、FA互补组D2[FANCD2]、GCLC和SLC7A11）可能参与NSCLC的进展和预后[72]. 进一步的新证据证实了肺癌中各种途径对铁下垂的调节作用（图). 总之，这些实验结果和生物信息学分析支持了铁下垂在肺肿瘤发生中的潜在作用。
肺癌中铁中毒细胞死亡调控的关键途径。一些关键调控因子，如KRAS、TP53、NFE2L2、YAP、NFS1、STYK1、LSH、RNF113A和非编码RNA在形成铁下垂敏感性方面发挥着多重作用（见正文）。缩写：ACO1，乌头糖1；酰基辅酶A合成酶长链家族成员4；腺苷酸环化酶10；凋亡诱导因子线粒体相关2；ALOX、脂氧合酶；ALOX12，脂氧合酶12；ALOX15，脂氧合酶15；环磷酸腺苷；胱硫醚β合成酶；辅酶Q10；脂肪酸去饱和酶2；FTH1，铁蛋白重链1；谷氨酸-半胱氨酸连接酶催化亚基；谷胱甘肽；谷胱甘肽合成酶；谷胱甘肽过氧化物酶2；谷胱甘肽过氧化物酶4；HMOX1、血红素加氧酶1；异柠檬酸脱氢酶2；KEAP1，海带样ECH相关蛋白1；LCN2，脂蛋白2；LSH，淋巴特异性解旋酶；金属硫蛋白1D假基因；NADPH，烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸的还原形式；NEAT1，核副啄组装转录本1；NFE2L2，核因子类红细胞2；NFS1、NFS1半胱氨酸脱硫酶；核因子红细胞2相关因子2；NUPR1，核蛋白1；蛋白激酶A；SAT1，精脒/精胺N1-乙酰转移酶1；SCD1，硬脂酰辅酶A去饱和酶1；SLC2A1/GLUT1，溶质载体家族2成员1；SLC7A11，溶质载体家族7成员11；SOD2、超氧化物歧化酶2；丝氨酸苏氨酸酪氨酸激酶1；TFRC，转铁蛋白受体；TP53，肿瘤蛋白p53；TP63，肿瘤蛋白p63；USP11，泛素特异性肽酶11；YAP，是相关转录调节因子
KRAS公司
KRAS突变（尤其是KRAS-G12C）常见于肺癌，与预后不良和治疗耐药有关。历史上，铁下垂被描述为致癌的RAS依赖性细胞死亡，进一步支持了诱导铁下垂是一种靶向治疗的观点。与这一概念一致，两种经典的铁下垂小分子诱导剂，即橡皮素和RSL3，是KRAS突变肿瘤细胞中的致命化学剂，包括各种肺癌细胞（例如Calu-1）[73,74]. 此外，KRAS突变型肺癌细胞对SLC7A11的抑制诱导的铁下垂敏感[11]. 关于脱铁性贫血可以以RAS依赖性和非依赖性的方式诱导的观察提出了遗传突变对脱铁性贫血敏感性的影响的问题。KRAS的促铁中毒死亡效应有几种机制。首先，致癌RAS信号通过增加TFRC的表达增加细胞铁积累[74]. 其次，KRAS突变可能增加NFE2L2依赖性SLC7A11的表达，为SLC7A1抑制剂提供更多靶点[11,75]. 由于野生型KRAS和突变体KRAS在突变体KRAS驱动的肿瘤中可以相互影响[76]，研究这种相互作用对铁凋亡的影响将是很有趣的。
TP53型
肿瘤抑制因子TP53是多种癌症中经常发生突变的基因，包括肺癌。除了在凋亡中的作用外，TP53还是非凋亡细胞死亡（包括铁凋亡）的重要调节因子。TP53通过诱导细胞凋亡抑制肺癌生长[17]. 值得注意的是，TP53在铁凋亡中的功能是双向的，取决于其基因靶点或结合蛋白伙伴。例如，TP53通过蛋白质相互作用抑制DPP4介导的NOX活化，因此在结直肠癌细胞中具有抗铁下垂作用[57]. 肺癌A549细胞铁凋亡中TP53通路的激活涉及橡皮素诱导的氧化DNA损伤[77]. 因此，TP53转录增加会抑制SLC7A11的表达，导致谷胱甘肽耗竭，然后在某些癌细胞（包括H1299）中诱导铁下垂[17]. TP53在铁沉降中的活性受到乙酰化的双重调节。特别是，TP53-3KR是TP53的一个三乙酰化位点缺陷突变体，不具有凋亡诱导作用，通过下调H1299细胞中的SLC7A11来保持诱导铁凋亡的能力[17]. 然而，同时缺乏TP53-3KR和K98处的乙酰化（即TP53-4KR）会导致H1299细胞的铁凋亡诱导失败[78]. 值得注意的是，ALOX12激活，而不是GPX4抑制，是TP53介导的SLC7A11抑制H1299细胞铁凋亡的直接下游[52]. TP53还激活精胺N1-乙酰转移酶1（SAT1），该酶促进ALOX15的活性以增强H1299细胞的铁下垂[53]. 这些发现突出了TP53通过不同的ALOX介导的铁凋亡的分子基础，ALOX受不同的上游信号调节。
TP53在放射治疗介导的癌细胞铁凋亡中的重要作用也被提出。放射治疗激活TP53功能，从而在包括肺癌在内的许多癌症中诱导铁下垂[79]. 铁下垂诱导剂进一步增强TP53突变肺癌患者来源异种移植物的放射治疗介导的肿瘤抑制[79]. 然而，在这种情况下放射治疗诱导的细胞凋亡的作用尚不明确。
TP63和TP73是TP53的两个同源物。∆Np63α是TP63的一种亚型，在肺癌中经常扩增[80]. ∆Np63α通过转录调节GSH代谢相关基因，包括GCLC、GSS、谷胱甘肽过氧化物酶2（GPX2）和异柠檬酸脱氢酶2（IDH2）来限制铁下垂[81]. 如前所述，GCLC和GSS通过增加细胞中GSH的产生来抑制脱铁性贫血。GPX2可能通过利用GSH来补偿GPX4的缺乏来调节ROS。IDH2是一种调节NADPH生成的酶，是GSH再生的速率限制因子。探讨TP53和TP63对GSH非依赖性抗铁凋亡途径的影响将是一件有趣的事情。
NFE2L2型
NFE2L2是细胞保护反应的关键调节因子，主要作为转录因子控制多个防御基因的表达。大约三分之一的非小细胞肺癌患者携带NFE2L2或其负调控因子kelch样ECH相关蛋白1（KEAP1）突变[82]. 作为对铁下垂激活物（例如，erastin和sorafenib）的反应，NFE2L2从KEAP1中分离出来，导致NFE2L2蛋白的稳定并移位到细胞核[83]. NFE2L2的激活通过上调各种靶基因，例如血红素加氧酶1（HMOX1），对各种细胞（包括肺癌细胞）中的脱铁性贫血进行负调控[84,85]，SLC7A11[86]，GPX4[87]和超氧化物歧化酶2（SOD2）[87]. 丝氨酸/苏氨酸激酶11（STK11）和KEAP1共同突变进一步增强了NFE2L2的活性，这两种突变诱导了肺癌细胞中的铁凋亡保护基因的表达，如硬脂酰辅酶A去饱和酶（SCD）和醛酮还原酶1 C家族1/2/3（AKR1C1/2/3）[88]. 这些数据对于进一步评估体内携带NEF2L2和KEEP突变的肺癌细胞的脱铁敏感性可能很重要。
NFE2L2的表达也受肺癌细胞中泛素特异性肽酶11（USP11）和激活转录因子2（ATF2）的调节。从机制上讲，氘激酶USP11通过稳定H1299细胞中的NFE2L2蛋白来抑制铁中毒细胞死亡[89]. 相比之下，USP11缺失增加了对铁下垂诱导的敏感性，这有助于抑制肺癌细胞增殖[89]. ATF2通过上调A549细胞NFE2L2显著抑制JQ1诱导的铁凋亡效应[90]. 在这方面，可以利用NFE2L2的药理抑制作用来增强肺癌治疗中的铁下垂。
是的
Yes associated transcription regulator（YAP）是Hippo通路的下游转录因子，对包括肺癌在内的许多实体肿瘤的生长、侵袭和转移至关重要[91]. 橡皮素积累内源性谷氨酸通过抑制肺癌细胞中YAP的表达增加了铁下垂敏感性[92]. 腺苷酸环化酶10（ADCY10）抑制YAP，从而使肺癌细胞对铁下垂的诱导敏感；这是通过转录或激活铁蛋白噬菌体依赖性降解来抑制铁蛋白，从而升高铁[92]. 谷氨酸积累通过机械方式刺激钙2+-依赖性激活ADCY10，它介导cAMP的产生和随后蛋白激酶A（PKA）通路的激活，最终导致肺癌细胞中YAP的抑制[92]. 然而，抑制YAP也可能促进某些癌症对铁凋亡的抵抗。在高细胞密度条件下，细胞间接触增加通过YAP失活诱导癌细胞对铁下垂的抵抗[93]. 相比之下，突变型YAP-S127A的过度表达通过诱导TFRC和ACSL4的表达，在HCT116人结肠癌细胞中诱导其核滞留并增加铁下垂[93]. 一般来说，为了通过调节YAP相关的铁凋亡来制定成功的抗肿瘤策略，有必要分析YAP的上游和下游信号。
NFS1型
铁硫（Fe-S）簇合物是普遍存在的多功能辅因子，是基本生命过程所必需的。Fe-S簇合物生物合成的初始硫动员步骤由线粒体NFS1介导，后者从半胱氨酸中释放硫。NFS1在肺腺癌患者中过度表达，上调的NFS1促进体外原发性肺肿瘤细胞的生长[94]. 相反，NFS1的敲除增强了肺癌细胞中铁凋亡剂的抗癌活性[94]. 从机械上讲，NFS1的抑制诱导ACO1介导的铁保护反应，导致TFRC的翻译增强，铁蛋白重链1（FTH1）的翻译减少[94]. 尽管这些发现表明，靶向线粒体中的铁利用可能改变对铁下垂的敏感性，但NFS1对铁依赖性ALOX的潜在影响值得进一步研究。
款式1
丝氨酸苏氨酸酪氨酸激酶1（STYK1，也称为NOK）是受体酪氨酸激酶（RTKs）家族的成员，通过激活AKT/糖原合成酶激酶3β（GSK3B）通路诱导上皮间质转化（EMT），从而促进肺癌的转移[95]. STYK1表达升高也与非小细胞肺癌患者预后不良相关[96,97]. 临床前发现STYK1是肺癌细胞中铁下垂的阻遏物，进一步支持抑制STKY1可能对肺癌患者有益。随后的机制研究表明，STYK1的过表达上调了GPX4蛋白的表达，导致肺癌SW900细胞对脱铁性贫血的敏感性降低[97]. 然而，STYK如何介导GPX4上调的详细机制尚不清楚。一种可能性是STYK1依赖性降解通过泛素蛋白酶体系统，而不是自噬[98]参与GPX4降解的调节。
LSH公司
淋巴特异性解旋酶（LSH）是一种染色质重塑蛋白，是SNF2家族的成员。LSH在肺癌组织中过度表达，与肺癌患者预后不良相关[99]. LSH与WD重复结构域76（WDR76）相互作用，并通过在体外和体内激活代谢相关基因，如溶质载体家族2成员1（SLC2A1/GLUT1）、SCD和脂肪酸去饱和酶2（FADS2）来抑制脱铁性贫血[100]. SCD和FADS2属于脂肪酸去饱和酶家族，可介导单不饱和脂肪酸（MUFAs）的生成，竞争性抑制PUFAs诱导的铁下垂[101]. 因此，SCD和FADS2的抑制促进了肺癌中铁中毒细胞的死亡[102]. 此外，SLC2A1介导的葡萄糖摄取可能通过增加脂肪酸合成促进铁下垂。尽管这一假设在胰腺癌中得到了证实[102]，需要在肺癌细胞中进行验证。此外，通过egl-9家族低氧诱导因子1（EGLN1）偶联MYC信号抑制缺氧诱导因子1亚单位α（HIF1A）可以介导LSH的表达[102]. 这些发现表明，LSH相关通路涉及低氧和脂肪酸代谢，以调节肺癌细胞对铁下垂的敏感性。
RNF113A号机组
环指蛋白113A（RNF113A）是一种参与前mRNA剪接调控的RNA结合蛋白。肺癌中RNF113A表达上调，导致对顺铂诱导的DNA损伤产生抵抗[103]. 相反，RNF113A的缺失可以通过诱导A549细胞产生脂质ROS和随后的铁下垂部分恢复顺铂敏感性[103]. 作为剪接体的一个亚单位，RNF113A促进多种蛋白质的SAT1剪接，包括SAT1和核蛋白1（NUPR1）[103]. 然而，非肺癌模型表明，SAT1或NUPR1可以通过维持多胺代谢或增加LCN2介导的铁输出，分别作为铁下垂的启动子或抑制物[53,66]. RNF113A介导的双下游效应器模型是否存在于肺癌细胞中尚不清楚。此外，RNF113A可以作为E3连接酶调节蛋白质泛素化[104]，可能在调节铁下垂中具有潜在作用。
非编码RNA
一些研究表明，包括长链非编码RNA（lncRNA）和microRNA（miRNA）在内的非编码RNA是肺癌中铁下垂的调节器。肺癌患者的预后与几种与铁凋亡相关的lncRNA有关，如C5orf64、LINC01800和LINC00968[105]. LINC00472/P53RRA具有抑癌作用，在多种癌症中下调，包括肺癌[106]. 细胞溶质LINC00472与TP53竞争G3BP应激颗粒组装因子1（G3BP1）的相互作用，导致TP53核滞留和铁沉积增加[106]. 相反，lncRNA核副啄组装转录本1（NEAT1）或LINC00336通过下调非小细胞肺癌细胞中ACSL4的表达或增加CBS的表达来降低铁下垂的敏感性[107,108]. ELAV-like RNA-binding protein 1（ELAVL1）在细胞凋亡过程中对LINC00336的表达进行正调控[108].
同样，miRNA在铁凋亡中发挥双重作用，取决于其靶点。例如，MIR324直接靶向GPX4并恢复对顺铂耐药A549/DDP细胞的铁凋亡敏感性[109]. 相反，MIR4443通过甲基转移酶样3（METLL3）以m6A依赖的方式调节AIFM2的表达，从而抑制顺铂诱导的铁下垂[110]. 其他与肺癌细胞铁凋亡相关的miRNA靶基因包括SLC40A1，该基因受MIRNA302调节[111]. 此外，金属硫蛋白1D假基因（MT1DP）通过靶向MIR365-NFE2L2轴增强NSCLC细胞的铁凋亡[112]. 这些发现进一步证实了铁凋亡的转录后调控机制。
不同调控途径之间的潜在相关性
不同的信号通路（例如，KRAS、TP53、NFE2L2、YAP和LSH通路）经常相互串扰，从而建立复杂的调节网络环路来调节脱铁性贫血。例如，最近的研究表明，KRAS的耗竭增加了TP53的水平，并通过ROS依赖性途径促进TP53的激活[113]. 从机制上讲，KRAS耗竭下调NFE2L2及其转录靶点的表达，导致ROS水平升高[113]. 一直以来，KRAS转录上调NFE2L2，从而提高GPX4水平并促进吉西他滨耐药[114]. 突变型KRASG12D系列下调正常人乳腺细胞中的YAP，YAP失活是突变KRAS介导的肿瘤发生所必需的[115]. DNA甲基化修饰LSH的活性和突变TP53蛋白的转录活性，这些蛋白可以被转录调节因子YAP调节[116,117]. 此外，LSH抑制TP53泛素化和反式激活TP53调节脂质代谢[118]这可能与铁下垂密切相关。因此，更详细地了解肺癌不同调控途径之间的相关性将有助于针对性的铁下垂治疗。
诱导铁下垂作为肺癌潜在的新治疗策略
除了化疗，越来越多的证据表明脱铁性贫血与放疗和免疫疗法的抗癌作用有关[10,119——121]. 重要的是，GPX4与肺癌细胞对L-685458、拉帕替尼、帕尔博西利和拓扑替康的耐药性呈正相关[122,123]表明靶向性铁下垂可能克服治疗耐药性。一致地，铁下垂诱导剂可以抑制耐药肿瘤的生长，例如表皮生长因子受体（EGFR）抑制剂耐药肺癌细胞[124]. 在这里，我们讨论了几种可能诱导肺癌细胞铁下垂的药物（表)除了经典的铁凋亡诱导剂（例如，橡皮素和RSL3）。
表1
| 代理人 | 目标 | 模型 | 机制 | 参考 |
|---|
| Adagrasib公司 | KRAS公司 | KRAS公司G12C系列-阳性患者 | 抑制KRASG12C系列 | 9 |
| 柠檬酸铁铵 | GPX4型 | A549、HCC827、H1299和NCI-H661细胞 | 抑制GPX4-GSS/GSR-GGT轴 | [125] |
| 英国标准组织 | 谷胱甘肽 | 神经内分泌SCLC细胞 | 抑制GCLC | 129,130 |
| 塞拉斯托尔 | ROS公司 | HCC827、A540和H1299细胞 | 受损线粒体的积累和PINK1/Parkin依赖性有丝分裂的诱导 | [126] |
| 顺铂 | 谷胱甘肽 | A549电池 | 谷胱甘肽消耗 | 125 |
| 隐丹参酮 | ROS公司 | A549和NCI-H520细胞 | 活性氧的产生和脂质过氧化的诱导 | [127] |
| 姜黄素 | 谷胱甘肽 | A549和H1299电池 | 自噬激活 | [128] |
| 二氢青蒿素 | ROS公司 | NCI-H23和XWLC-05细胞 | PRIM2-SLC7A11轴的抑制 | 113 |
| 二氢异硫辛酮I | GPX4型 | A549和H460电池 | GPX4表达下调 | [129] |
| 伊拉斯廷 | SLC7A11型 | N5CP和A549细胞 | 抑制NFE2L2-SLC7A11通路；TP53的上调和激活 | 77,86, [130] |
| 埃利亚宁 | CaM公司 | H460和H1299电池 | Ca2+/CaM信号传导的诱导 | 133 |
| 银杏叶素 | 谷胱甘肽 | A549、NCIH460和SPC-A-1细胞 | SLC7A11和GPX4的抑制作用；GSH/GSSG比值下调；NFE2L2-HMOX1轴中断 | 85 |
| 6-姜辣醇 | 美国药典14 | A549电池 | 抑制USP14活性；上调BECN1和LC3-II/LC3-I | 131 |
| 左旋布比卡因 | ROS公司 | A549和A427电池 | 上调TP53 | [131] |
| 奥尔利斯塔特 | 脂质过氧化 | A549和H1299电池 | 抑制FAF2的表达 | 137 |
| 对乙酰氨基酚 | ROS公司 | A549和H1299电池 | NFE2L2-HMOX1的抑制 | 84 |
| PdPT公司 | GPX4型 | A549和H1299电池 | GPX4降解诱导 | 31 |
| RSL3级 | GPX4型 | H1650、HCC827和PC9细胞 | 抑制GPX4活性 | [132] |
| 西拉美辛和拉帕替尼 | ROS公司 | A549电池 | 溶酶体释放铁和蛋白酶体系统降解HMOX1 | [133] |
| 索拉非尼 | SLC7A11型 | N5CP和A549销售 | NFE2L2-HMOX1通路的抑制 | 86, [130] |
| 萝卜硫烷 | 谷胱甘肽 | NCI-H69、NCI-H82和NCI-H69AR细胞 | SLC7A11的抑制 | [134] |
| 锌 | ROS公司 | A549电池 | 脂质过氧化诱导 | [135] |
顺铂
顺铂已被用于治疗多种人类癌症（如肺癌），其诱导细胞凋亡的能力已被广泛研究。然而，最近有报道称，顺铂具有诱导铁下垂的活性。例如，顺铂诱导A549细胞产生脂质ROS和细胞死亡，而铁沉积抑制剂铁抑素-1可部分逆转这一过程[136]. 顺铂诱导A549细胞的铁下垂与线粒体功能抑制、GSH介导的GPX4活性降低和IREB2介导的铁代谢有关[136]. 其中，顺铂和谷胱甘肽的联合应用被认为是顺铂诱导铁下垂的直接机制[137]尽管众所周知，顺铂的作用是与DNA结合。其他研究发现，GPX4抑制剂RSL3或生物类黄酮银杏内酯以自噬依赖的方式进一步增强顺铂诱导的肺癌细胞脱铁作用[85,122]. 这些研究加强了铁下垂是一种自噬依赖性细胞死亡的概念。
PdPT公司
除了GPX4活性抑制剂（例如RSL3[24]和ML120[138])，能够诱导GPX4蛋白降解的试剂也可能触发铁中毒细胞死亡。GPX4蛋白可被自噬或泛素蛋白酶体系统降解[139]. 在泛素-蛋白酶体途径中，GPX4首先被E3连接酶泛素化，然后被蛋白酶复合物-蛋白酶体降解。GPX4的泛素化过程可以被一种去泛素酶所逆转，这是一种去除泛素的酶，从而提高其蛋白质底物的稳定性。吡啶硫钯（PdPT）是一种泛泛素酶抑制剂，可通过不同机制诱导NSCLC细胞的铁下降和凋亡[31]. PdPT介导的GPX4降解是A549和H1299细胞中铁凋亡的原因[31]. 然而，参与PdPT介导的GPX4降解的特异性氘化酶尚未确定。在其他情况下，HSPA5可以通过其在脱铁性贫血中的分子伴侣功能稳定GPX4蛋白[28]，表示控制GPX4降级的集成机制。
英国标准组织
神经内分泌性小细胞肺癌可产生许多生长缓慢且相对耐药的非神经内分泌小细胞肺癌细胞。非神经内分泌性SCLC（而非神经内分泌型SCLC）易受铁下垂诱导。这可能是因为非神经内分泌细胞的乙醚脂质代谢高于神经内分泌小细胞肺癌[140]. 丁硫氨酸亚砜胺（BSO）是谷胱甘肽生物合成中速率限制步骤GCLC的抑制剂。BSO在体内外诱导小鼠非神经内分泌而非神经内分泌SCLC细胞的脂质ROS和铁下垂[140]. 其他研究表明，在GSH水平较低的癌细胞或患者样本中可以检测到BSO增强的铁下垂[141]. 因此，确定非神经内分泌和神经内分泌SCLC细胞之间的谷胱甘肽水平是否存在差异将是一个有趣的问题。
6-姜辣醇
6-姜酚是一种天然存在于姜中的酚类化合物，具有潜在的抗肿瘤作用。6-姜酚通过抑制泛素特异性肽酶14（USP14）的表达诱导肺癌细胞自噬依赖性铁下垂[142]. 6-姜酚可通过多种机制增加细胞内铁水平和脂质过氧化，如增强核受体辅活化子4（NCOA4）介导的铁蛋白吞噬作用，增加自噬调节因子（BECN1和LC3II）的表达，或调节A549细胞中ATF4的活性[142]. 除了调节自噬外，BECN1还能够抑制SLC7A11[22]. 此外，ATF4通过转录上调SLC7A11的表达而充当铁凋亡阻遏物[16]. 因此，预计6-Gingerol可能会导致谷胱甘肽消耗。
埃利亚宁
伊利宁是一种天然产物黄枝石斛[143]. 通过激活Ca2+/钙调素依赖性途径、erinin的抗癌活性与肺癌细胞铁凋亡的诱导[144]. 相比之下，钙调蛋白通过钙调蛋白抑制剂阻断埃利安诱导的H460和H1299肺癌细胞的铁下垂[144]. 此外，erinin可以通过抑制EMT来抑制肺癌细胞的迁移[144]. 由于钙的流入2+由铁凋亡触发激活ESCRT-III介导的膜修复[42,43]，阻断ESCRT-III将增强erianin诱导的脱铁性贫血的假说仍有待验证。
二氢青蒿素
二氢青蒿素（DHA）是一种用作有效抗疟疾药物的青蒿素衍生物。DHA可以以铁依赖的方式诱导各种癌细胞的自噬、凋亡和铁下垂[145——147]. 一些临床前研究表明，DNA引物酶亚基2（PRIM2）通过维持SLC7A11的表达，是DHA诱导的肺癌细胞（NCI-H23）铁下垂的负调控因子[113]，表明PRIM2可能在形成铁下垂中发挥DNA的非首要依赖性作用。然而，DHA诱导的PRIM2在铁凋亡中下调的潜在机制尚不清楚[113].
奥利司他
奥利司他是美国食品和药物管理局（FDA）批准的减肥药，具有抑制脂肪酸合成酶（FASN）的活性。奥利司他通过抑制Fas相关因子家族成员2（FAF2）的表达诱导肺癌细胞（A549和H1299）的铁下垂，FAF2是调节脂滴形成的关键因子[148]. 在肝癌细胞中，脂滴形成在早期增加，但在铁下垂晚期减少[149]. 从功能上讲，增强肿瘤蛋白D52（TPD52）依赖性脂滴的形成可以防止铁下垂，而脂滴的自噬降解（称为脂吞噬）通过增加细胞内PUFA水平促进铁下垂[149]. 因此，脂滴具有抗脱铁细胞器的功能。还需要进一步研究来阐明奥利司他是否也促进肺癌细胞的脂类吞噬。
免疫治疗
在抗肿瘤免疫反应中，CD8+T细胞是杀死肿瘤细胞的主要效应器。细胞毒性T淋巴细胞相关抗原4（CTLA-4）/B7和PD-1/PD-L1这两条最具代表性的免疫检查点通路在T细胞共抑制和耗竭中起着关键作用，肿瘤通过这两条通路可以逃避抗肿瘤免疫。PD-1/PD-L1检查点阻断等免疫疗法刺激免疫系统，并在包括肺癌在内的多种肿瘤中取得了显著进展。最近的一份报告显示，阻断PD-L1和CTLA-4能够通过诱导铁凋亡抑制小鼠B16黑色素瘤的肿瘤生长[10]. 细胞毒性CD8分泌干扰素γ（IFNγ）的机制+T细胞通过下调xc系统诱导癌细胞中铁中毒细胞死亡−亚单位（SLC7A11和SLC3A2）[10]. 因此，这可能是免疫检查点阻断消除肿瘤的重要机制。因此，在小鼠卵巢肿瘤模型中证实了铁下垂诱导剂胞囊（e）酶的抗肿瘤能力增强，并通过诱导铁下垂来阻断检查点[10]. 诱导铁下垂可能与增强免疫治疗的临床反应有关。CD8较高的人黑色素瘤组织+T细胞浸润的特点是SLC7A11/SLC3A2水平较低，而铁下垂反应特征较高（一组受铁下垂上调的基因）[10]. SLC3A2的低表达与黑色素瘤患者的良好预后相关[10]. 与未从PD-1阻断中受益的黑色素瘤患者相比，那些表现出临床受益的患者在治疗期间SLC3A2表达下调[10]. 此外，体外和体内都发现铁下垂具有免疫原性[150,151]. 损伤相关的分子模式（例如ATP和HMGB1）可以从铁中毒细胞中释放出来，并作为免疫原信号激活免疫系统[150]. 另一项研究表明，氧化磷脂酰乙醇胺（PE）通过与巨噬细胞上的toll样受体2（TLR2）结合，介导了铁中毒细胞的吞噬作用[152]. 这些进展表明，铁下垂在增强肿瘤治疗中的免疫治疗方面具有巨大潜力，但免疫治疗介导的铁下垂的抗肿瘤作用在肺癌模型中尚待证实。
