铁代谢异常与卵巢癌相关研究进展

Research Progress on the Correlation between Abnormal Iron Metabolism and Ovarian Cancer

摘要: 卵巢癌具有较高的发病率及病死率，严重威胁全世界女性的健康。铁是人体必须微量元素，参与许多细胞生理过程，研究证实肿瘤细胞对铁表现为强烈的依赖，过表达铁代谢相关的蛋白质，这使得铁在肿瘤细胞内蓄积，导致其快速增殖。近年来，铁代谢在卵巢癌中发生发展的作用机制是研究的热点问题。本篇综述讨论了铁代谢异常与卵巢癌的关系，了解铁与铁代谢相关产物在卵巢癌细胞中的变化，为指导卵巢癌的诊治提供一种新的诊疗思路。

Abstract: Ovarian cancer has a high incidence rate and mortality, which seriously threatens the health of women all over the world. Iron is an essential trace element for the human body and participates in many cellular physiological processes. Studies have shown that tumor cells exhibit a strong dependence on iron and overexpress proteins related to iron metabolism, leading to the accumulation of iron in tumor cells and rapid proliferation. In recent years, the mechanism of iron metabolism in the occurrence and development of ovarian cancer has been a hot research topic. This review discusses the relationship between abnormal iron metabolism and ovarian cancer, understanding the changes in iron and iron metabolism related products in ovarian cancer cells, and providing a new diagnostic and therapeutic approach for guiding the diagnosis and treatment of ovarian cancer.

1. 引言

卵巢癌一直是危害全球妇女健康的重要疾病。虽然目前的诊疗水平较之前已取得长足进步，但仍存在诸多弊端。通过了解卵巢癌中的铁代谢异常表现，对于指导当前卵巢癌的诊治具有重要意义。铁是人体的必需微量元素，正常成人体重一般含铁4~5 g，铁参与机体内多种重要生理过程，具有维持正常造血功能、参与呼吸链电子传递过程、参与DNA的复制及组成多种呼吸酶等功能。但近年来有研究发现，机体内铁增多与肿瘤发生有相关性。为进一步探讨铁代谢异常与妇科常见恶性肿瘤的关系，现将近年来相关文献综述如下。

2. 铁代谢过程

食物中的铁主要分为血红素铁与非血红素铁。血红素铁又称卟啉铁。2005年Shayeghi等首次证实血红素铁的吸收由过血红素载体蛋白1 (Heme Carrier Protein 1, HCP 1)介导，进入细胞的血红素在血红素加氧酶1 (Heme Oxygenase 1, HO-1)的作用下释放出铁[1]。植物中的铁的主要形式是非血红素铁，其主要以Fe³⁺的形式存在，进入人体后，需通过近端小肠刷状缘表面的细胞色素b (Duodenal Cytochrome b, Dcytb)被还原为Fe²⁺，再通过二价金属离子转运蛋白1 (Divalent Metal-Ion Transporter 1, DMT1)转运进入小肠上皮细胞(SI Epithelial Cells, SIECs)。进入SIECs的Fe²⁺，可通过细胞膜表面的膜铁转运蛋白(Ferroportin, FPN)转运至胞外。

Tf是由肝脏合成的一种单链糖蛋白，每分子的Tf能结合2个Fe³⁺。携带Fe³⁺的Tf与细胞膜表面的转铁蛋白受体1 (Transferrin Receptor 1, TFR1)结合，形成Tf-[Fe³⁺]₂-TFR1复合物，随后细胞启动内吞。在细胞内，暂时不被利用的铁被储存于铁蛋白(Ferritin)中，不参与自由基产生的反应，这也是体内储存铁的方式之一[2]。当细胞需要铁量增加时，铁蛋白结合的铁被释放并通过Tf转运。

铁调素(Hepcidin)是一种肽类激素，可结合胞膜表面的FPN，使其内化降解，当血浆铁水平上升时，铁调素水平增加，从而降低血浆铁水平。因此，铁调素-FPN轴是机体维持铁代谢平衡的重要枢纽。目前，铁调素是唯一可知的FPN配体。铁调素的表达受多种信号调控，包括血浆中铁水平、肝脏铁储备、炎症和缺氧等。

3. 铁代谢与肿瘤

近年来，越来越多的研究证实细胞内铁蓄积与肿瘤的发生、增殖、转移相关，但其具体机制仍有待研究。铁对于肿瘤细胞的发生、增殖、转移不可或缺。有流行病学证据表明，饮食中铁的高摄入量会增加某些癌症的风险，如肝癌和乳腺癌[3] [4]。虽然铁促进恶性肿瘤的潜在机制尚不完全清楚，但铁与恶性肿瘤细胞的密切关系愈发清晰，主要表现在以下两点。

3.1. 肿瘤细胞摄铁增加

铁蛋白反映细胞储铁情况，肿瘤细胞为维持自身高代谢状态而增加摄铁。在多种癌症中，铁蛋白水平升高[5]-[7]。研究发现，高铁蛋白水平(≥200 ng/ml)的乙型病毒性肝炎患者发生肝细胞癌的风险是低铁蛋白水平患者的2.43倍，血清铁蛋白水平可以独立预测HBV相关肝细胞癌的发生风险[8]。Tf是体液中游离铁水平的调节剂，可结合、隔离和运输Fe³⁺，在肿瘤细胞铁转运、利用的过程中发挥重要作用。这种铁载体蛋白有助于维持铁的整体系统可用性，并防止过多自由基积累引起的组织氧化应激损伤。位于细胞膜上的转铁蛋白受体(Transferrin Receptor, TFRC)可与携带Fe³⁺的Tf结合，Fe³⁺得以进入细胞进行利用或储存。研究发现，与癌旁组织相比，肝细胞癌组织中TFRC水平显著升高，体外研究表明，TFRC的缺失显著抑制了肿瘤细胞的增殖和迁移，在体内则抑制了肝细胞癌的生长和转移[9]。另有研究者通过评估210例手术标本中TFR-1/2蛋白的表达，发现肝癌组织中TFR-1 mRNA表达水平较癌旁非癌组织显著升高(p = 0.0013)，并且TFR1过表达提示肝切除术后HCC患者复发和死亡的风险较高[10]。研究人员发现结肠癌细胞中TFRC在早期即可升高，通过增加铁摄取导致结肠肿瘤，消耗TFRC可减少结肠肿瘤的发生[11]。在宫颈癌与卵巢癌的发生发展中，TFRC也是参与者[12] [13]癌细胞经常以有利于铁积累的方式改变细胞内铁代谢，因此，TFRC及铁蛋白成为当前癌症治疗的重要靶点。

3.2. 肿瘤细胞外排铁减少

FPN决定了细胞中铁的整体输出。肺癌组织中FPN1 mRNA和蛋白表达明显下调，低FPN1表达与肺癌患者预后不良密切相关[14]。前列腺癌中，肿瘤组织FPN水平与邻近正常组织相比降低约40% (P < 0.05)，使用FPN特异性慢病毒短发夹RNA (shRNA)构建物稳定地敲低人前列腺癌PC3细胞中内源性FPN的表达后，细胞内铁水平较对照组提高了465%；同时，细胞的活力及生长力显著增强[15]。Hepcidin-FPN系统对全身铁稳态起着重要的调节作用。为小鼠注射Hepcidin后，小鼠脑内FPN1水平显著下降[16]。当肿瘤组织铁水平升高，大量铁调素会进入血浆，维持铁代谢稳定，铁调素可降解FPN，导致肿瘤组织铁蓄积，从而激活相关信号转导通路，有助于癌症进展。

然而，肿瘤细胞为促进自身生长所积累的铁也是驱使肿瘤发生、发展的始动因素之一[17]。铁过多累积会通过Fenton反应产生活性氧(Reactive Oxygen Species, ROS)，活性氧是正常细胞代谢的副产物，是维持体内平衡和细胞信号传递所必需的[18]。肿瘤细胞在维持其高代谢的同时，会产生高水平ROS，其可通过线粒体内的凋亡信号或死亡受体途径的外源性凋亡信号诱导细胞周期阻滞，引起细胞衰老、死亡[19]。多数癌症患者中，能检测到ROS的升高，其参与了癌变过程，其诱导的氧化应激损伤蛋白质、脂质、细胞膜，并导致大量致癌DNA突变或丢失、遗传不稳定、癌基因过表达和抑癌基因表达下调等，间接促使了肿瘤发生。这些发现可能提示铁代谢相关蛋白是潜在的治疗靶点。

4. 铁代谢异常与卵巢癌

4.1. 铁代谢异常与卵巢癌发生

2000至2018年间，卵巢癌发病率保持持续增长的趋势[20]。卵巢癌有较高的病死率与复发率，对全球女性健康造成了极大的威胁，早期卵巢癌通常只表现为一些非特异症状，约75%的患者在诊断时被确定为晚期[21]，5年生存率仅为46% [22]，卵巢癌启动的具体分子机制目前尚不清楚。不断有研究发现，持续的铁刺激与卵巢癌的发生发展有相关性[23]。上皮性卵巢癌(Epithelial Ovarian Cancer, EOC)约占卵巢原发性肿瘤的90%。学者证实，TFRC在人类EOC组织中表达显著增加，且其高表达与卵巢癌患者较差的总生存率密切相关(P = 0.0024)，此外，TFRC敲低可诱导EOC细胞G1期阻滞，抑制有丝分裂，从而抑制EOC细胞的体外增殖[24]。通过分析临床卵巢癌样本的TCGA转录组数据，发现卵巢癌细胞上调TFRC、DMT1及铁储存基因的表达，下调铁输出基因的表达从而积累更多的铁[17]。铁在细胞内的可逆性氧化还原能力可促进ROS产生[25]。研究者对正常卵巢上皮组织及高级别浆液性卵巢癌组织进行免疫组化染色显示，TFR1表达增加(P = 0.0001)，而FPN减少(P = 7 × 10⁻⁷)，FPN减少导致铁在细胞内过量积累，促进了肿瘤生长，而重链铁蛋白在高级别浆液性卵巢癌中表达增加[17]。通过分析临床卵巢癌样本的TCGA转录组数据，发现卵巢癌细胞上调TFRC、DMT1及铁储存基因的表达，下调铁输出基因的表达从而积累更多的铁[13]。

铁死亡是一种铁依赖的程序性细胞死亡，依赖脂质过氧化物积累，受谷胱甘肽过氧化物酶4 (GPX4)调控，其在细胞内的抗氧化途径中起着关键的作用，它通过催化谷胱甘肽(GSH)转化为氧化型谷胱甘肽(GSSG)来发挥抗氧化作用，其功能受多种代谢途径影响，当GPX4被抑制时，它会促进脂质ROS的积累，加速细胞死亡，诱导铁死亡的发生，并抑制肿瘤细胞的生长[26]。在卵巢癌中，GPX4与癌细胞增殖水平呈正相关。在GPX4敲低的卵巢癌细胞中，SLC7A11 (脂质过氧化中的关键原件)表达降低，TFRl表达增加，这表明GPX4抑制可以减少细胞内铁沉积和脂质过氧化物的还原性，加速细胞凋亡。异种移植卵巢癌细胞裸鼠进行GPX4抑制后，抑制移植卵巢癌细胞裸鼠的GPX4后，其肿瘤体积、大小和重量均明显减小。因此进一步研究GPX4治疗卵巢癌具有重要的现实意义[27]。正常p53可调控相关基因抑制铁死亡，而突变后作用则相反。约96%的高级别浆液性卵巢癌中p53会发生突变[28]。P53的调节作用是双向的，并且随着环境的变化而具有不同的作用。当脂质过氧化物少量存在时，它会抑制铁死亡的发生，帮助细胞存活。然而，当脂质过氧化物持续增加，会诱导铁下垂，促进肿瘤细胞死亡[29]。ACSL4是一种脂质代谢酶，能够增强脂质过氧化物的生成。研究者发现ACSL4显著增强了卵巢癌细胞的膜流动性和迁移能力，促进卵巢癌细胞的血管外渗，帮助肿瘤细胞在肺实质中更好地定植[30]。

早期有研究表明，子宫内膜样癌和透明细胞卵巢癌发展重要因素可能是长期暴露在血液中[31]。当子宫内膜异位症发生在卵巢时，会产生规律性出血。血红蛋白和铁局部聚积会使活性氧形成增加。经血反流是子宫内膜异位症的起源，子宫内膜异位症引起的氧化应激破坏了氧化还原平衡，其恶性转化是由积血当中的游离铁引起的[32]。重链铁蛋白主要用于存储细胞内多余的铁，防止过量铁累积产生氧化应激损伤，Nadia Lobello等人证实重链铁蛋白不仅参与细胞内铁代谢，还参与卵巢癌的发生与侵袭[33]。

4.2. 铁代谢异常与卵巢癌的诊疗

卵巢癌的临床表现在早期通常不明显，有明显症状就诊时大多已至中晚期，这就导致我们很难做到早发现，早诊治。因此，早期成功诊断卵巢癌是增加患者生存率、改善预后的关键，有学者实验得出早期上皮性卵巢癌的鉴别上，铁蛋白优于CA125 (p = 0.002) [34]。此外，铁蛋白可与其他肿瘤标志物指标联合检测，可有效提高卵巢癌的早期诊断准确率，为临床提供可靠的参考依据[35]。这对卵巢癌的早诊早治有重大意义。

卵巢癌死亡率高，铂类化疗是主要治疗手段，但约80%患者会产生耐药，导致治疗失败和复发。耐药机制包括铂类细胞内积累减少、外排增加、DNA修复改变及抗凋亡途径激活等[36]。铁代谢相关产物与化疗耐药密切相关。高表达的铁蛋白可以储存大量的铁，减少细胞内游离铁的水平，从而降低顺铂诱导的ROS生成，减轻顺铂对细胞的损伤。然而，当顺铂诱导的ROS未达到细胞毒性水平时，癌细胞可能产生化疗耐药。有研究发现FTH可能是顺铂基化疗耐药的关键蛋白，敲低重链铁蛋白可增强顺铂介导的ROS增加，显著恢复耐药卵巢癌OVCAR3细胞对6 μM顺铂的敏感性[6]。此外，铁蛋白还可以通过调节细胞内的信号通路，如丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)信号通路，促进肿瘤细胞的增殖和存活，增强顺铂耐药性。研究人员利用类Fenton原理，成功制备出具有类芬顿反应性能磁性纳米粒，被卵巢癌SKOV3细胞吞噬后，在一定条件下，在细胞内产生大量ROS，促进卵巢癌细胞凋亡，减少对正常细胞的损伤[37]。为卵巢癌治疗提供了一种新的思路。

针对铁死亡的研究是逆转卵巢癌化疗耐药性的一种热点方法。铁死亡是一种铁依赖的程序性细胞死亡过程，其特征是脂质过氧化。顺铂虽不直接引发铁死亡，但可诱导氧化应激促进脂质过氧化物积累，使癌细胞对铁死亡更敏感。一些研究表明激活铁死亡可增强化疗效果，如NL01通过下调GPX4、干扰乳酸代谢和AMPK-SREBP1信号通路诱导铁死亡，克服顺铂耐药[38]。有研究发现，半胱氨酸和GSH的获得性合成影响卵巢癌症对卡铂的耐药性，Lopes-Coelho等人发现，肝细胞核因子1β (HNF1)促进谷胱甘肽合成，以避免卵巢透明细胞癌中的卡铂耐药性[39]。另外有研究发现，药物外排转运蛋白ABCB1的上调容易导致对多西他赛治疗的耐药性复发，但与erastin (铁死亡诱导剂)联合用药后，卵巢癌症细胞周期仍处于G2/M期，耐药性复发得到逆转[40]。聚腺苷二磷酸核糖聚合酶抑制剂(Poly ADP-Ribose Polymerase Inhibitors, PARPi)是首批进入临床的靶向DNA损伤药物，在卵巢癌中，研究人员发现PARPi可以下调铁死亡抑制基因SLC7A11的表达，其中需要p53的参与，PARPi可以激活p53，从而抑制SLC7A11的表达以及其介导的胱氨酸摄取和GSH合成，最终促进脂质过氧化和铁死亡[41]。

减少肿瘤细胞铁摄取、储存，有望成为治疗癌症的新策略。目前，使用口服的铁螯合剂抗肿瘤已成为热门研究方向。铁螯合剂使卵巢癌细胞处于G0/G1期的细胞比例增加，影响其DNA复制，导致G0/G1期停滞，从而抑制癌细胞生长与增殖、降低癌细胞的肿瘤发生能力并减缓其迁移速度。研究人员证实去铁酮可通过激活I型IFN-DC-NK细胞轴来产生抗转移性卵巢癌作用，延缓肿瘤进展并增强一线化疗效果[42]。此外，铁螯合剂可通过降低细胞内铁水平，减少铁过载导致的ROS生成及DNA损伤修复增强等耐药相关机制的影响，从而提高卵巢癌对顺铂的敏感性[43]。部分铁螯合剂如去铁酮、地拉罗司等已经被FDA批准用于治疗其他疾病，如遗传性血色病等，在临床应用中积累了一定的安全性数据，这为其在卵巢癌治疗中的应用提供了一定的保障。

5. 展望

卵巢恶性肿瘤是女性生殖系统常见的恶性肿瘤之一，由于缺乏有效的早期筛查手段，患者就诊时多为晚期，卵巢癌患者5年生存率约40%。目前卵巢癌的治疗首选肿瘤细胞减灭术、铂类–紫杉醇联合化疗、免疫治疗及靶向治疗等，但仍有诸多弊端。近年来，不断有研究发现铁代谢异常在恶性肿瘤的发生、发展过程中扮演着关键角色，基于铁代谢异常的诊断和治疗方法也取得了一定的进展。然而，这些方法大多还处于实验室研究或临床试验阶段，需要进一步地深入研究和验证，以明确其在临床实践中的有效性和安全性。未来，随着对铁代谢异常机制的深入了解，有望开发出更多基于铁代谢相关蛋白的卵巢癌诊断和治疗新策略，为卵巢癌的精准诊治提供更有力的支持。

NOTES

^*通讯作者。