·综述·
芦维圆 刘佳 樊玉春 孔垂苗 韩旭
【摘要】卵巢癌是致死率最高的女性生殖系统恶性肿瘤，目前其发病机制不明。铁，作为参与人体生命活动的必需元素，近年来的研究发现其代谢异常与肿瘤发生密切相关。铁离子可以通过增加体内的活性氧簇诱导DNA 损伤及错配修复以及对相关基因表观遗传学及转录的调节，导致卵巢癌发生。对靶向铁代谢通路相关治疗，可以提高卵巢癌的治疗效果。本文通过研究铁代谢与卵巢癌的关系，加深对卵巢癌的认识，为卵巢癌的治疗提供新的思路。
【关键词】铁； 卵巢癌； 治疗； 耐药
作者单位：150001 哈尔滨，哈尔滨医科大学附属第一医院妇科腔镜科
近年来，卵巢癌在治疗上已经取得了长足的进步，但仍是致死率最高的女性恶性肿瘤[1]。由于早期症状不明显及缺乏特异性的检查手段，75.0%以上的卵巢癌在发现时已处于晚期，且治疗后80.0%会在5年内复发。因而，深入探索卵巢癌的发病耐药机制，寻找一种有效的诊断及治疗方法，是迫切需要的。铁是人体生命活动中必不可少的一种营养素，血液中高铁蛋白水平，不但与子痫前期的发生相关[2]，还可以通过影响下丘脑-垂体-性腺轴的功能，进而影响性激素的分泌，导致发生多囊卵巢综合征[3]。而近年研究发现，铁的异常增多与多种肿瘤发生关系密切，为进一步探讨铁代谢异常与卵巢癌的关系，现将近年相关文献进行综述。
铁代谢为铁被生物体吸收，在生物体内转运、分布、储存、利用、转化排泄的过程，它能够保持铁的吸收与排泄的相对平衡状态。细胞一般通过其表面转铁蛋白受体1(transferrin receptor 1，TFR1)摄取转铁蛋白(trans-ferrin，TF)来获得铁。还有一些特定的细胞能够直接从外周环境中摄取铁，如肠上皮细胞通过二价金属离子蛋白转运体1(divalentmetal transporter 1，DMT1)摄取无机铁，通过血红素转运蛋白1摄取血红素铁等[4]。在细胞内，铁被利用的方式主要是形成铁硫键，合成血红素，过多的游离铁被储存在铁蛋白中，以控制其对细胞的损害。当细胞缺铁时，这部分铁还可释放为游离形式。除此之外，TF还能够将铁离子转出细胞外。细胞内的含铁量可以通过铁反应蛋白的作用来调控转铁蛋白受体及铁蛋白的数量来调节。在细胞内铁充足时，铁反应蛋白不具有结合铁反应元件(iron response element，IRE)的能力，而是表现出作为柠檬酸循环中乌头酸酶的活性，增加铁蛋白的合成；而当含铁量低时，铁反应蛋白便会和IRE结合，减少铁蛋白的形成[5]。
肿瘤细胞最大的特点是分裂旺盛，因此，肿瘤细胞在一个较短的分裂周期中需要合成并积累大量与DNA 合成，复制及修复相关的酶系。铁为DNA 合成过程中的限速因素，体内铁的蓄积保证了肿瘤细胞的快速分裂。铁代谢过程会产生对细胞有害的活性氧，因此，受到相关蛋白的严密调控，如铁转运蛋白、铁蛋白等。多项研究表明[6]，肿瘤细胞高表达TFR1 基因，增加细胞膜表面TFR1的数目，促进了细胞将胞外铁摄入的过程。DMT1 基因在肿瘤细胞中同样高表达且与肿瘤发生相关。胞内铁水平的升高不仅受到铁摄取途径的影响，同时还受铁外排机制的调控。而细胞膜上铁转运蛋白的水平则是由外周血中铁调素所调控。高水平的铁调素可与铁转运蛋白结合，介导转运蛋白溶酶体降解。研究表明[7]，多种肿瘤细胞铁转运蛋白水平降低且患者体内存在高水平的铁调素。在肿瘤发展过程中，基底膜完整的肿瘤组织中缺乏血管，处于缺氧状态。虽然此时大部分肿瘤细胞线粒体的功能完整性保存较好，但是在长期的缺氧状态下，肿瘤细胞只可通过表达一系列缺氧诱导因子(hypoxia inducible factor ，HIF) 以及转变呼吸代谢类型为有氧糖酵解方式而适应生存。HIF 的活化可转录激活数个与肿瘤发生相关的基因，如，血管内皮生长因子A、葡萄糖转运受体及锌指蛋白等[8]。肿瘤细胞中HIF 的活化还可影响细胞的铁代谢方式，诱导铁红素的降解并促进铁的摄入。因此，肿瘤细胞通过改变调控铁代谢蛋白的表达，增加铁摄入，降低肿瘤细胞内储存铁的含量，减少铁流失，使更多的铁被动员起来被肿瘤细胞代谢所利用。
目前，关于铁代谢介导卵巢癌发生的机制尚不明确。非转移性铁蛋白在卵巢癌细胞中通过诱导线粒体损伤和丢失OMM蛋白而使细胞死亡。对线粒体钙素、MAPK等活性的抑制能够逆转了这些变化。Bauckman等[9]发现Ras 过表达的正常卵巢上皮永生化细胞系及不同类型卵巢癌细胞系中活性氧簇(reactive oxide species，ROS)产生明显增多而细胞内的ROS 增多，可以损伤DNA激活Ras 信号通路，诱导P53/PTEN 信号通路的失活，导致肿瘤的发生；同时也可以激活MAPK 信号通路，促进细胞增殖，诱导正常卵巢癌上皮向各种类型卵巢癌的转化。Basuli等[10]通过检测正常卵巢和卵巢癌患者卵巢中TFR1和TF含量，发现卵巢癌患者的含量明显增高，这个结果确定了在早期发展的卵巢癌细胞中铁保留增加的表型。Yamada 等[11]研究发现正常卵巢细胞系经铁离子处理后，基因组出现了透明细胞癌的特异性改变，提示铁离子的持续刺激与正常上皮向透明细胞癌的转化密切相关，进一步甲基化研究发现，这种变化与多能蛋白聚糖及肝细胞核因子同源序列b基因的低甲基化密切相关。这表明除了影响机体氧化应激外，铁离子对相关癌基因的调节，也是诱导卵巢癌发生的重要机制。因此，可以认为铁离子通过增加体内的活性氧簇诱导DNA 损伤及错配修复以及对相关基因表观遗传学及转录的调节，导致卵巢癌发生。
Uberti 等[12]研究发现，维生素D3可以缓解Fe3+导致的氧化应激反应，从而抑制循环铁所引起的肿瘤发生。在卵巢癌中，与单纯药物相比，使用含有铁剂的超磁性氧化铁纳米粒进行化疗可以更好地抑制肿瘤生长，起到抗肿瘤作用[13]，提示补充铁剂可以增强化疗药物的敏感性。但目前对这一观点还存在很大争议。Brard等[14]和Myers[15]分别发现通过铁螯合减少细胞内的铁离子，可以抑制卵巢癌细胞增殖，促进细胞凋亡，提示铁离子螯合剂可以通过铁剥夺发挥抗肿瘤作用。Ferroptosis是最近发现的铁依赖性细胞死亡模式[16]。触发铁死亡的药物可能代表了一类新的抗癌药物，目前正在临床前和临床研究中进行探索[17]。卵巢肿瘤起始细胞(tumor initiating cells，TIC)对铁浓化能力的脆弱性不仅可以提供一类对卵巢癌有效的新化合物，而且也是一个重要的靶向铁剂治疗的新靶点。相对于非癌症干细胞，TIC表现出降低的TF、增加的TFR1和降低的代谢可利用的铁。这伴随着对铁蛋白诱导剂的增加的灵敏度。TIC被认为代表了一小部分难治性细胞，这些细胞在卵巢癌的耐药性和复发上起了重要作用[18]。因此，单独或与常规疗法联合使用铁剂诱导剂治疗卵巢癌有可能解决卵巢癌耐药和复发的问题。但目前临床中应如何应用铁代谢调节剂提高抗肿瘤效果尚无确切报道，还需要更多大样本多中心的随机对照试验进一步验证。
目前，很多研究发现铁代谢异常可能与白血病、宫颈癌、乳腺癌等多种肿瘤的化疗耐药有关，应用铁离子螯合剂去铁胺(deferoxamine，DFO)进行铁剥夺可诱导肿瘤细胞凋亡，增加肿瘤细胞对化疗药物的敏感性[19]。但也有研究发现DFO作为HIF的蛋白酶体抑制剂，可以通过增加HIF-1 的表达，导致肿瘤耐药[20]。目前，卵巢癌耐药与铁代谢的关系的报道十分罕见。Chen等[21]通过对大量临床卵巢癌病例分析发现，卵巢癌的分级、分期、淋巴结浸润情况、腹水含量等卵巢癌的不良预后因素与术前贫血情况呈正相关。而Kumagai等[22]研究发现血红蛋白含量大于80 g/L的卵巢癌患者化疗期间的总生存期高于重度贫血患者。但是关于贫血或者铁代谢障碍本身与卵巢癌耐药的关系缺乏相应的数据支持。但是Rocconi等[23]发现，对于化疗后出现贫血的患者给予红细胞生成刺激药物，虽然能够纠正贫血状态，但并未改善患者的预后，反而导致了更高的复发率和死亡率。因此，目前证据提示铁代谢异常与卵巢癌的不良预后有关，但与卵巢癌耐药的关系尚不清楚，需进一步研究探讨。
对铁代谢与卵巢癌的相关性研究，为研究卵巢癌的发生机制和诊疗方法提供新的思路。另外，包括含铁的超磁纳米粒在内的与铁相关的抗癌治疗的研究正在全球范围内进行，未来可通过研制铁代谢相关的抗肿瘤药物进行卵巢癌患者的治疗，并且通过研究有望发现卵巢癌的早期诊断方法，以期对该疾病达到早期发现，早期治疗，降低卵巢癌患者的死亡率，改善预后。
参考文献
1 Siegel R,Ma J,Zou Z,et al.Cancer statistics,2014.Ca Cancer J Clin,2017,67:7.
2 Gutierrez-Aguirre CH,GarcãA-Lozano JA,Iglesias-Benavides JL,et al.Comparative analysis of iron status and other hematological parameters in preeclampsia.Hematology,2016,22:36-40.
3 Yang JH,Chou CH,Yang WS,et al.Iron stores and obesity are negatively associated with ovarian volume and anti -Müllerian hormone levels in women with polycystic ovary syndrome.Taiwan J Obstet Gynecol,2015,54:686-692.
4 Crielaard BJ,Lammers T,Rivella S.Targeting iron metabolism in drug discovery and delivery.Nat Rev Drug Discov,2017,16:400.
5 Goforth JB,Anderson SA,Nizzi CP,et a1.Multiple determinants within iron-responsive elements dictate iron regulatory protein binding and regulatory hierarchy.RNA,2010,16:154-169．
6 Jeong SM,Hwang S,Seong RH.Transferrin receptor regulates pancreatic cancer growth by modulating mitochondrial respiration and ROS generation.Biochem Biophys Res Commun,2016,471:373-379.
7 Zhang S,Chen Y,Guo W,et al.Disordered hepcidin-ferroportin signaling promotes breast cancer growth.Cell Signal,2014,26:2539-2550.
8 Czernin J,Phelps ME.Positron emission tomography scanning:current and future applications.Annu Rev Med,2002,53:89-112.
9 Bauckman K,Haller E,Taran N,et al.Iron alters cell survival in a mitochondria -dependent pathway in ovarian cancer cells.Biochem J,2015,466:401-413.
10 Basuli D,Tesfay L,Deng Z,et al.Iron addiction:A novel therapeutic target in ovarian cancer.Oncogene,2017:4089-4099.
11 Yamada Y,Shigetomi H,Onogi A,et al.Redox-active iron-induced oxidative stress in the pathogenesis of clear cell carcinoma of the ovary.Int J Gynecol Cancer,2011,21:1200-1207.
12 Uberti F,Morsanuto V,Lattuada D,et al.Protective effects of vitamin D3 on fimbrial cells exposed to catalytic iron damage.J Ovarian Res,2016,9:34.
13 Ndong C,Toraya Brown S,Kekalo K,et al.Antibody -mediated targeting of iron oxide nanoparticles to the folate receptor alpha increases tumor cell association in vitro and in vivo.Int J Nanomedicine,2015,10:2595-2617.
14 Brard L,Granai CO,Swamy N.Iron chelators deferoxamine and diethylenetriamine pentaacetic acid induce apoptosis in ovarian carcinoma.Gynecol Oncol,2006,100:116-127.
15 Myers CR.Enhanced targeting of mitochondrial peroxide defense by the combined use of thiosemicarbazones and inhibitors of thioredoxin reductase.Free Radic Biol Med,2016,91:81-92.
16 Dolma S,Lessnick SL,Hahn WC,et al.Identification of genotype-selective antitumor agents using synthetic lethal chemical screening in engineered human tumor cells.Cancer Cell,2003,3:285-296.
17 Reed J,Pellecchia M.Ironing Out Cell Death Mechanisms.Cell,2012,149:963-5.
18 Shah MM,Landen CN.Ovarian cancer stem cells:are they real and why are they important? Gynecol Oncol ,2014,132:483.
19 Chen SJ,Kuo CC,Pan HY,et al.Desferal regulates hCtr1 and transferrin receptor expression through Sp1 and exhibits synergistic cytotoxicity with platinum drugs in oxaliplatin -resistant human cervical cancer cells in vitro and in vivo.Oncotarget,2016,7:49310-49321.
20 Peixoto A,Fernandes E,Gaiteiro C,et al.Hypoxia enhances the malignant nature of bladder cancer cells and concomitantly antagonizes protein O-glycosylation extension.Oncotarget,2016,7:63138-63157.
21 Chen Y,Zhang L,Liu WX,et al.Prognostic significance of preoperative anemia,leukocytosis and thrombocytosis in chinese women with epithelial ovarian cancer.Asian Pac J Cancer Prev,2015,16:933-939.
22 Kumagai S,Sugiyama T,Shoji T,et al.Does severe anemia caused by dose -dense paclitaxel -Carboplatin combination therapy have an effect on the survival of patients with epithelial ovarian cancer? Retrospective analysis of the Japanese gynecologic oncology group 3016 trial.Int J Gynecol Cancer,2011,21:1585-1591.
23 Rocconi RP,Sullivan P,Long B,et al.Treatment of chemotherapyinduced anemia in ovarian cancer patients:does the use of erythropoiesis-stimulating agents worsen survival? Int J Gynecol Cancer,2012,22:786-791.
通讯作者：韩旭(Hanxu_hyd@163.com)
(收稿日期:2017-11-09)