铁死亡( ferroptosis) 是2012 年发现的一种铁依赖的非凋亡形式的细胞死亡方式。其特征是脂质过氧化物和活性氧的过量积累，它在形态学、遗传学、代谢和分子生物学等方面不同于细胞凋亡、坏死和其他类型的细胞死亡。铁死亡不仅与众多疾病的发生发展有关，其相关信号通路上的关键蛋白也可成为药物的作用靶点。目前，诱导铁死亡已经成为一种很有前景的治疗方法，可以有效地触发癌细胞死亡，特别是在那些对传统治疗无效的肿瘤。
以发表在Molecular Therapy-Nucleic Acids杂志（IF=8.886）的文章为例，该文章系统研究透明细胞肾细胞癌(ccRCC)中铁死亡的特征模式，以及铁死亡与肿瘤微环境之间的相互作用，思路简单，主旨明确，如下图文摘要所示：
1. Ferroptosis-related molecular patterns——不同分子模式的预后和TME特征
本研究共纳入57个铁死亡相关基因（FRGs），根据TCGA数据库中ccRCC样本中57个FRGs的mRNA表达谱，将ccRCC患者分为三种分子模式(C1: n = 239; C2: n = 89;C3: n = 197),三种不同临床结果的铁死亡模式被确定, C1组患者的生存时间显著较长。三种分子模式在免疫细胞浸润和免疫功能方面存在显著差异。
2. Ferroptosis gene clusters——不同clusters的预后和TME特征
筛选了三种模式之间的差异表达基因，基于共有差异基因进行无监督聚类，将TCGA-ccRCC队列分为三个基因clusters（Cluster A-C）。Cluster A组患者总生存时间较长，而Cluster B组患者预后较差。Cluster B组在多种T细胞、巨噬细胞和活化树突状细胞中得分最高，且具有高T细胞刺激评分和低人类白细胞抗原(HLA)和II型IFN反应评分。三个基因clusters的预后和TME特征之间的一致性表明，这种分类是可靠和合理的。
3. Ferroptosis scoring system——铁死亡评分系统
与聚类特征正相关和负相关的差异基因分别被定义为铁死亡基因特征A和B（ferroptosis gene signatures A and B）。采用Boruta算法进行signatures A和B的降维，采用PCA提取主成分1（PC1）作为signature得分，根据如下公式计算铁死亡分值（ferroptosis score = ∑PC1A−∑PC1B），所有患者被分为高、低铁死亡评分组。聚类分析中C2和cluster B的铁死亡评分最高，且高铁死亡评分的患者预后较差。GSEA结果显示β-丙氨酸、脂肪酸、甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸、组氨酸和色氨酸代谢途径在低铁死亡评分组显著富集。
4. Independent prognostic factor——铁死亡评分是ccRCC的独立预后因素
在TCGA-ccRCC队列中，铁死亡评分与生存预后、性别、肿瘤分级和分期显著相关。多因素cox回归分析显示铁死亡评分是ccRCC的独立危险因素(HR=1.749, p= 4.66e−5)。1年、3年、5年和8年生存时间的AUC分别为0.698、0.656、0.654和0.818，表明铁死亡评分对ccRCC患者的预后具有可靠的预测能力。肿瘤突变负荷（TMB）评分高的患者通常比TMB评分低的患者生存时间短，低铁死亡评分组在TMB评分低的患者中具有明显的生存优势说明铁死亡评分可作为ccRCC患者的独立预后因素。
5. 铁死亡评分与ccRCC的TME特征相关
高铁死亡评分组活化树突状细胞、树突状细胞、浆细胞样树突状细胞、巨噬细胞、Tfh细胞、Th2细胞、肿瘤浸润淋巴细胞、Treg细胞，肥大细胞评分显著高于低铁死亡评分组，同时铁死亡评分高的患者CCR、副炎症反应和T细胞共刺激评分显著较高，HLA评分较低。此外高铁死亡评分组患者基质评分，免疫评分高，肿瘤纯度低。综上所述，铁死亡评分与ccRCC的TME密切相关。
6. 高铁死亡评分对长春瑞滨化疗、免疫检查点阻断(ICB)治疗和抗CTLA-4免疫治疗更为敏感
比较了8种化疗药物，包括索拉非尼、舒尼替尼、顺铂、吉非替尼、长春碱、长春瑞滨、伏立诺他和吉西他滨的估计IC50值的差异，结果表明索拉非尼和吉西他滨在高铁死亡评分组的IC50水平明显高于低铁死亡评分组。相反，高铁死亡评分组的长春瑞滨IC50水平显著低于低铁死亡评分组，表明高铁死亡评分组患者对长春瑞滨更敏感。通过TIDE算法评估两组间ICB治疗的疗效，高铁死亡评分者的TIDE评分高于低铁评分者。此外高铁死亡评分的患者对抗CTLA-4治疗反应显著。
7. 基于铁死亡评分的潜在小分子化合物
为了筛选出可能用于治疗ccRCC患者的小分子化合物，进一步分析了高、低铁死亡评分之间的差异表达基因。差异基因在铁离子结合、细胞因子受体结合、细胞投射膜、小分子分解代谢过程、肾脏系统发育、肾脏发育和T细胞迁移等方面明显富集。此外，这些基因与局灶黏附、ECM受体相互作用、白介素-17、PI3K-Akt和PPAR信号通路显著相关。这个基因上传至CMap数据库分析，共鉴定出19种潜在的小分子药物(如洋地黄素、海百合苷、前香菇素)和16种药物机制(如atp酶抑制剂、DNA合成抑制剂、PARP抑制剂、NF-κB通路抑制剂)。
8. 铁死亡模式在抗PD-1免疫治疗反应中的作用
在TCGA数据库的pRCC(乳头状肾细胞癌)和chRCC(嫌色肾细胞癌)数据集中，进一步验证了铁死亡评分对预测预后的有效性。与ccRCC(透明细胞肾细胞癌)一致，高铁死亡评分患者明显预后较差。进一步还评估了铁死亡评分的实用性，以推测其对ccRCC患者的治疗益处。使用 GSE78220数据集和IMvigor210队列中接受抗PD-L1免疫治疗的患者根据高和低铁死亡评分进行分组。在两个队列中，高铁死亡评分组的患者明显比低铁死亡评分组的患者生存时间更短，且低铁死亡评分组抗PD-L1治疗有效率明显高于高铁死亡评分组。
综上所述，该文章系统分析了ccRCC的铁死亡情况，为铁死亡的临床特征和意义提供了清晰的解释。高、低铁死亡评分患者在免疫微环境和免疫治疗反应方面存在显著差异。因此，综合评估每个ccRCC患者的铁死亡评分具有重要的临床意义，有助于肿瘤医师制定一流的免疫治疗策略。
文献来源：
Bai D, Feng H, Yang J, Yin A, Lin X, Qian A, Sugiyama H. Genomic analysis uncovers prognostic and immunogenic characteristics of ferroptosis for clear cell renal cell carcinoma. Mol Ther Nucleic Acids. 2021 May 19;25:186-197. doi: 10.1016/j.omtn.2021.05.009.
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/34458004/
