综述：异硫氰酸酯作为铁死亡诱导剂促进癌细胞死亡

《Phytotherapy Research》：Isothiocyanates as Ferroptosis Inducers to Promote Cancer Cell Death

　　

癌症仍是全球主要死因之一，其治疗药物的临床疗效常因诊断延迟及化疗耐药性的产生而受限。铁死亡（ferroptosis）是一种铁依赖性的受调控非凋亡性细胞死亡形式，由脂质过氧化反应驱动。该机制已成为克服癌症药物耐药的潜在治疗靶点。源自十字花科蔬菜的异硫氰酸酯（isothiocyanates, ITCs）因其多靶点抗癌特性而备受关注。在本综述中，研究人员阐述了铁死亡的关键机制，并批判性评估了现有证据，表明ITCs可通过多种化合物特异性的氧化还原依赖性及铁依赖性机制诱导铁死亡。研究人员进一步讨论了以ITCs靶向铁死亡是否为改善抗癌治疗的 novel 策略。总体而言，ITCs作为癌症中铁死亡的多功能且严格调控的调节剂崭露头角，但其有效治疗价值的实现仍需进一步的体内及临床研究、生物标志物指导的剂量优化，以及与标准抗癌化疗的理性联合策略，以将其临床前发现转化为治疗获益。

1 引言

癌症仍是全球主要死因之一，随着发病率和死亡率的上升，已成为日益严峻的公共卫生挑战。2022年，世界卫生组织报告了约2000万新发癌症病例和近1000万癌症相关死亡。未来数十年，由于人口老龄化、生活方式相关风险因素及环境暴露，这一负担预计将大幅增加。尽管化疗、放疗及靶向治疗等抗癌手段不断进步，但许多癌症仍因诊断延迟、化疗耐药及治疗相关毒性而难以治愈。

在此背景下，天然来源化合物因其在癌症预防和治疗中的潜力而受到越来越多的关注。目前超过半数的抗癌药物源自天然来源或基于天然骨架设计。这些生物活性化合物常靶向多种信号通路，可在肿瘤发展的多个阶段发挥作用。其中，异硫氰酸酯（ITCs）是一类含硫化合物，主要来源于十字花科蔬菜中的芥子油苷，已在癌症研究中显示出广阔前景。ITCs可调节多种与癌症相关的细胞过程，包括抑制激活致癌物的I相酶、诱导核因子红系2相关因子2（NRF2）调控的II相解毒酶基因、细胞周期调控、凋亡诱导及表观遗传修饰等，并持续因其在肿瘤学中的潜在作用而受到关注。研究较为广泛的具有抗肿瘤特性的ITCs包括烯丙基异硫氰酸酯（AITC）、苄基异硫氰酸酯（BITC）、苯乙基异硫氰酸酯（PEITC）和莱菔硫烷（sulforaphane）。

铁死亡是一种铁依赖性的非凋亡受调控细胞死亡形式，以脂质过氧化物和活性氧（ROS）的积累为特征。与凋亡不同，铁死亡并非由半胱天冬酶（caspases）介导，而是涉及铁代谢紊乱、谷胱甘肽（GSH）耗竭及谷胱甘肽过氧化物酶4（GPX4）的抑制。这种细胞死亡机制已成为癌症治疗中有前景的靶点，特别是在表现出对传统细胞死亡形式耐药的肿瘤中。

本综述提供了ITCs与铁死亡在肿瘤学中的 novel 视角。研究人员首先介绍了铁死亡的主要机制及其在癌症发展中的意义，讨论的核心聚焦于支持ITCs作为癌症治疗铁死亡诱导剂的最新证据。最后，研究人员批判性评估了ITCs触发铁死亡的能力是否为改善抗癌治疗的 novel 策略奠定基础，并指出其优势、局限性及未来展望。

2 铁死亡的主要机制

铁死亡在形态学和机制学上均不同于凋亡、坏死性凋亡（necroptosis）或焦亡（pyroptosis）等其他细胞死亡形式。形态学上，铁死亡细胞表现细胞核完整、线粒体异常伴嵴减少和内嵴凝聚、外膜破裂及线粒体皱缩。铁死亡的分子框架整合三个相互依赖的组分：（i）铁代谢、（ii）脂质过氧化、（iii）抗氧化防御，其相互作用最终决定铁死亡敏感性。

2.1 铁代谢

铁死亡的启动与不稳定铁池（LIP）中氧化还原活性铁的细胞内积累密切相关。虽然铁对线粒体能量产生和DNA合成至关重要，但过量的亚铁离子（Fe²⁺）通过芬顿（Fenton）和哈伯-韦斯（Haber-Weiss）反应催化ROS形成，产生羟基自由基触发脂质过氧化。细胞内铁稳态依赖于摄取、储存、利用和输出的动态平衡。三价铁（Fe³⁺）通过转铁蛋白（TF）-转铁蛋白受体1（TFR1）复合物内化并还原为亚铁（Fe²⁺），而二价金属转运体1（DMT1）介导质膜上从细胞外空间的直接Fe²⁺输入，以及转铁蛋白介导的铁摄取后从内涵体的输入。过量铁储存于铁蛋白复合物中，由铁蛋白重链（FTH1）和轻链（FTL）组成，需要Fe²⁺并防止氧化损伤。应激条件下，核受体辅激活因子4（NCOA4）介导铁蛋白自噬（ferritinophagy），即铁蛋白的选择性自噬降解，释放催化性Fe²⁺从而放大铁死亡。相反，铁输出蛋白（FPN）输出过量铁以维持胞质平衡，铁稳态由铁调节蛋白1和2（IRP1/2）调控。当细胞内铁含量低时，IRPs结合铁代谢相关基因5'-UTR区的铁反应元件（IRE）以调节其转录，例如诱导TFR1基因转录并抑制FPN。这些过程的失调，通过TFR1过表达或FPN抑制，增加LIP并使细胞对铁死亡敏感。溶酶体铁回收进一步加剧ROS介导的氧化应激。铁螯合剂如去铁胺（DFO）对铁死亡的抑制作用突显了铁依赖性ROS生成在执行铁死亡中的关键作用。

2.2 脂质过氧化

生化层面，铁死亡由膜磷脂中多不饱和脂肪酸（PUFAs）的铁依赖性过氧化定义。细胞对铁死亡的易感性与膜PUFA含量直接相关。长链脂酰辅酶A合成酶家族成员4（ACSL4）催化花生四烯酸（AA）和肾上腺酸（AdA）转化为脂酰辅酶A衍生物，随后由溶血磷脂酰胆碱酰基转移酶3（LPCAT3）整合入磷脂酰乙醇胺（PE）形成PE-AA/AdA复合物。这些富含PUFA的磷脂（PUFA-PLs）是自由基和脂氧合酶（LOXs）氧化的主要底物，导致细胞毒性脂质氢过氧化物（PE-AA/AdA-OOH）的积累。驱动这一氧化的两个主要机制为：（i）非酶促自氧化，由铁催化的芬顿反应启动；（ii）酶促氧化，由非血红素铁依赖性LOXs介导。两种途径均产生有毒的脂质过氧化产物，如4-羟基壬烯醛（4-HNE）和丙二醛（MDA），损害膜完整性并促进细胞死亡。靶向ACSL4、LPCAT3或LOXs的抑制剂显著抑制铁死亡，证实了其在该死亡过程中的重要作用。

2.3 抗氧化防御

抗铁死亡的核心防御机制是半胱氨酸/谷氨酸反向转运体X_c^--GSH-GPX4轴系统。System X_c^-由SLC7A11和SLC3A2形成的异二聚体，介导胞外胱氨酸与胞内谷氨酸的交换。输入的胱氨酸被还原为半胱氨酸，作为GSH合成的限速前体，由谷氨酸-半胱氨酸连接酶（GCLC）催化。GPX4作为硒酶，利用GSH将脂质氢过氧化物还原为无毒的脂质醇，维持膜完整性和氧化还原稳态。因此，胱氨酸或GSH的耗竭导致GPX4失活和无限制的脂质过氧化。阐明这些机制的典型药物包括erastin和RSL3。Erastin通过X_c^-系统抑制胱氨酸摄取，导致GSH耗竭和GPX4活性的间接抑制；RSL3直接结合并使GPX4失活，不受GSH水平影响。两种化合物最终均破坏细胞抗氧化防御系统，导致氧化失衡、ROS积累、脂质过氧化和铁死亡。GPX4的直接或间接失活突显了其主要铁死亡抑制因子的作用，使其成为涉及铁死亡细胞死亡疾病的潜在治疗靶点。甲羟戊酸（MVA）途径是铁死亡的另一负调控因子，通过合成辅酶Q₁₀（CoQ₁₀）维持细胞氧化还原稳态，CoQ₁₀作为亲脂性抗氧化剂防止脂质过氧化。平行的抗氧化机制包括铁死亡抑制蛋白1（FSP1）-CoQ₁₀轴，其在质膜中再生还原型CoQ₁₀（泛醇）并提供GPX4非依赖性的铁死亡抵抗。

2.4 膜损伤、溶酶体参与及修复机制

铁死亡的终末阶段涉及质膜破裂和线粒体外膜破坏。ROS超出抗氧化系统缓冲能力的过度积累导致不可逆膜损伤，最终导致铁死亡细胞死亡。脂质氧化也影响溶酶体膜，其不稳定释放组织蛋白酶等蛋白水解酶，加剧细胞破坏。为减轻膜破裂，转运所需内体分选复合物III（ESCRT-III）机制由带电多泡体蛋白（CHMPs）组成，介导钙依赖性膜修复。铁死亡损伤时，Ca²⁺内流募集CHMP5和CHMP6至损伤部位，限制细胞裂解。ESCRT-III组分的缺失增加铁死亡易感性，突显其保护功能。近期研究表明，铁死亡细胞可释放富含氧化脂质的细胞外囊泡，促进邻近细胞的铁死亡并放大组织损伤。溶酶体活性、膜修复系统和抗氧化防御之间的复杂相互作用指出了铁死亡的多层面调控。

3 铁死亡在癌症中的作用

铁死亡是整合铁代谢、脂质过氧化和抗氧化防御的相互关联且高度调控的过程。促氧化力量与保护机制之间的平衡决定细胞命运。癌细胞以铁依赖性增强、ROS生成和脂质代谢改变为特征，表现出对铁死亡的特异性易感性，这成为可利用的有前景的治疗靶点。

多项研究表明铁死亡可作为肿瘤抑制因子，降低多种实体瘤和血液肿瘤模型中的细胞增殖、细胞周期和癌症进展。在对铁死亡在癌症和药物耐药中作用的初步认识有限之后，对其深入理解推动了对能够诱导这种细胞死亡形式的小分子的深入研究，该领域发表研究数量迅速增加。柳氮磺吡啶、索拉非尼等药物，以及erastin、RSL3和丁硫氨酸亚砜亚胺等小分子作为铁死亡诱导剂，已被证明可对抗癌症的生长和转移，特别是在富铁组织如肝脏、脑和胰腺中。Erastin和RSL3在临床前研究中被认为是治疗耐药癌症的有前景的抗癌药物，尤其是存在凋亡耐药的情况下。此外，p53、BRCA1相关蛋白1（BAP1）、延胡索酸水合酶（FH）、Kelch样ECH相关蛋白1（KEAP1）和表观遗传调节因子MLL4（混合谱系白血病4）等关键肿瘤抑制基因已被证明至少部分通过诱导癌细胞铁死亡发挥其肿瘤抑制功能。在治疗易感性方面，ACSL4表达作为铁死亡敏感性标志物，ACSL4高表达的肿瘤显示对铁死亡诱导剂更大的易感性。

在癌细胞中，铁死亡细胞死亡可通过靶向NRF2或干扰半胱氨酸/GSH代谢，以及诱导氧化应激和铁介导的细胞毒性来触发。NRF2是抗氧化防御的主调节因子，在多种癌症中频繁上调，作为肿瘤进展、转移和治疗抵抗的关键驱动因子。近期证据表明NRF2可能在铁死亡中发挥双重作用。它通过作用于铁死亡级联的关键组分如SLC7A11、GPX4和FSP1来对抗铁死亡，从而促进肿瘤存活并导致治疗耐药；另一方面，它可通过增加血红素加氧酶1（Hmox1）的表达触发铁死亡，在某些肿瘤细胞类型中导致铁超载和铁死亡。

有研究发现癌细胞逃避铁死亡以促进肿瘤生长、存活和转移。肿瘤抑制通路和铁死亡调控在癌症进展之间存在重要联系。Jiang及其同事揭示p53肿瘤抑制因子功能的丧失促进铁死亡抑制。该研究表明功能性p53通过限制胱氨酸/谷氨酸反向转运体X_c^-的胱氨酸输入，从而降低细胞内GSH水平并使细胞对铁死亡敏感。p53失活时，这种肿瘤抑制机制丧失，使癌细胞得以逃避铁死亡。

铁死亡在人类癌症中可能代表一把双刃剑。虽然其主要被认为是肿瘤抑制因子，但一项体内研究表明，GPX4的基因敲除或高铁饮食加速了kRAS诱导的胰腺导管腺癌的发展。此外，过度或靶向不精确的铁死亡诱导可能产生有害后果，包括损害免疫细胞功能和促进肿瘤微环境中的免疫逃逸，突显了对该细胞死亡通路进行精确空间和 temporal 调控的必要性。尽管如此，铁死亡在许多肿瘤和治疗环境中通常被视为强效的肿瘤抑制机制。因此，众多研究聚焦于开发用于癌症治疗的铁死亡诱导剂。

4 异硫氰酸酯作为铁死亡诱导剂用于癌症治疗

关于ITCs作为铁死亡诱导剂的总体研究见表1。

4.1 苯乙基异硫氰酸酯

ITCs触发癌细胞铁死亡死亡的首个证据发表于PEITC与胶团结（cotylenin，一种植物壳梭孢-二萜糖苷）联合使用在PANC-1胰腺癌细胞中。PEITC的抗癌作用强烈依赖于其产生ROS的能力。与胶团结联合后，这种能力协同增强，在单独使用任一种化合物均不影响细胞活力的浓度下诱导细胞死亡。抗氧化剂（N-乙酰半胱氨酸NAC和trolox）以及铁死亡抑制剂ferrostatin-1、liproxstatin和溶酶体铁螯合剂DFO显著降低了PEITC-胶团结联合的细胞毒性。凋亡和坏死性凋亡抑制剂未能对抗联合处理诱导的细胞死亡，自噬抑制剂仅部分挽救细胞活力，支持铁死亡是PEITC联合胶团结触发的主要机制。有趣的是，ferrostatin-1在高达20 μM剂量下未抑制PEITC单独诱导的细胞死亡，但DFO预处理阻断了PEITC单独在PANC-1细胞中的细胞毒性效应，证明了该ITC在胰腺癌细胞中诱导的细胞死亡的铁依赖性。

氧化还原平衡受损和铁代谢改变也被确定为PEITC在鼠源和人源骨肉瘤实验模型中抗癌机制的关键特征。聚焦于铁死亡机制，该ITC处理从15 μM开始在鼠源和四种人源骨肉瘤细胞系中损害铁代谢，增加不稳定铁水平。不稳定铁指细胞内非蛋白结合铁，即氧化还原活性铁，可通过芬顿反应产生氧自由基，导致氧化性细胞损伤。人源骨肉瘤细胞中铁摄取蛋白TFR1表达上调，铁输出蛋白FPN、铁转运体DMT1、铁储存蛋白FTH1和铁调节蛋白IRP2表达下调。此外，编码FTH1和铁转运体溶质载体家族40成员1（SLC40A1）的基因mRNA转录水平上调，而IRP2、编码转铁蛋白受体的基因TFRC和SLC11A2的mRNA表达均降低。K7M2鼠源细胞中观察到类似的铁调节基因转录水平调控。上述蛋白质和mRNA的表达有助于增加体外模型中的总铁和不稳定铁，从而诱导铁死亡。此外，PEITC处理24 h增加人源骨肉瘤细胞中的脂质过氧化，由MDA（脂质过主要产物）增加证实。PEITC还降低GSH与氧化型GSH（GSH/GSSG）比值并降低GPX4表达，均导致人源骨肉瘤细胞中ROS积累、脂质过氧化和氧化应激。这些发现已在体内得到证实。具体而言，将MNNG/HOS人源骨肉瘤细胞异种移植的4周龄雄性BALB/c裸鼠连续24天每天灌胃给予30 mg/kg PEITC（溶于10%芝麻油生理盐水）。与对照组相比，PEITC处理组FPN和DMT1表达降低，TFR1表达增加。此外，GPX4表达下调，与体外结果一致。PEITC处理小鼠肿瘤体积减小。在正位骨肉瘤同基因小鼠模型中，PEITC以三个不同剂量（30、60或90 mg/kg/天）连续24天给药。有趣的是，30和60 mg/kg PEITC给药组记录到肿瘤体积减小；更高剂量消除了其抗癌效果。此外，较高剂量观察到的促氧化效应不仅影响癌细胞还影响正常细胞，损害了ITC的选择性。

4.2 莱菔硫烷

莱菔硫烷在骨肉瘤模型中也证明了铁死亡作用，使用不同细胞死亡抑制剂证实。Ferrostatin-1、DFO和liproxstatin-1显著挽救了莱菔硫烷诱导的细胞死亡，表明铁死亡是莱菔硫烷诱导的主要细胞死亡。此外，莱菔硫烷处理升高ROS水平、降低GPX4表达、诱导脂质过氧化并耗竭GSH，这依赖于SLC7A11水平的降低。莱菔硫烷处理后骨肉瘤细胞的形态学变化与铁死亡一致，包括线粒体结构改变、线粒体膜密度增加和线粒体嵴减少或缺失。机制上，莱菔硫烷直接靶向p62，一种参与自噬的多功能衔接蛋白。具体而言，它增强p62/SLC7A11蛋白-蛋白相互作用，从而促进SLC7A11的溶酶体降解并触发铁死亡。莱菔硫烷介导的铁死亡抗癌效应在皮下和胫骨内两种骨肉瘤异种移植模型中得到证实。具体而言，皮下注射143B细胞的BALB/c裸鼠在注射后6天开始每2天给予25或50 mg/kg莱菔硫烷，持续18天后处死。与对照组相比，莱菔硫烷显著减小了肿瘤尺寸。胫骨内异种移植裸鼠随机分配至不同处理组：对照、ferrostatin-1（2 mg/kg）、莱菔硫烷（50 mg/kg）或莱菔硫烷+ferrostatin-1，每2天一次，持续16天后处死。与皮下肿瘤一致，莱菔硫烷处理组观察到肿瘤尺寸减小。Ferrostatin-1部分挽救了该ITC的抗癌效果，确认了铁死亡的参与。有趣的是，在胫骨内异种移植模型中，莱菔硫烷还减少了肺转移灶数量，这一效应被ferrostatin-1部分逆转。在两种裸鼠模型中，莱菔硫烷的铁死亡相关抗癌活性需要SLC7A11下调。值得注意的是，在两种体内模型中，对照组和莱菔硫烷处理组之间体重无差异，检查的主要器官（肝、肾、心、脾和肺）也无病理问题，表明治疗未观察到毒性。

以在白血病细胞中显著促凋亡活性而闻名的莱菔硫烷，被发现在急性髓系白血病细胞系中触发铁死亡。有趣的是，该ITC的处理浓度影响了莱菔硫烷触发的细胞死亡机制：低浓度诱导凋亡，最高浓度诱导铁死亡。具体而言，泛半胱天冬酶抑制剂Z-VAD预处理在25 μM时完全挽救细胞活力，但在50 μM时不影响细胞活力，提示另一种细胞死亡机制的参与。此外，在最高测试浓度（50 μM）下，ferrostatin-1预处理诱导细胞活力的部分恢复和细胞死亡类型从坏死向凋亡的转变，确认了铁死亡在白血病细胞死亡中的贡献。在50 μM浓度下，铁死亡通过GSH耗竭、GPX4下调和脂质过氧化诱导。

Sirtuin-3（SIRT3）调节线粒体ROS生成并激活AMPK（AMP激活蛋白激酶），后者抑制mTOR信号。这种代谢转换增强氧化应激、促进脂质过氧化并最终促进铁依赖性铁死亡细胞死亡。通过SIRT3过表达，莱菔硫烷通过激活结肠癌细胞的AMPK/mTOR通路抑制SLC7A11表达。在结肠癌细胞中，莱菔硫烷从4 μM起浓度依赖性地上调SIRT3、磷酸化AMPK和mTOR表达，并下调SLC7A11，导致铁死亡细胞死亡。使用AMPK或mTOR抑制剂（分别为dorsomorphin和rapamycin）以及SIRT3敲低细胞确认了SIRT3/AMPK/mTOR轴在ITC诱导铁死亡中的贡献，它们部分逆转了莱菔硫烷在HCT-116细胞中诱导铁死亡的能力。这些结果确认SIRT3至少部分贡献于莱菔硫烷在结肠癌细胞中诱导的铁死亡。

莱菔硫烷在小细胞肺癌细胞中也诱导铁死亡细胞死亡。Ferrostatin-1和DFO预处理恢复细胞活力，确认了该ITC的铁死亡效应。此外，莱菔硫烷处理后铁水平增加，导致脂质ROS积累。而且，莱菔硫烷（20 μM）处理96 h后SLC7A11的蛋白质和mRNA表达显著降低，导致细胞内胱氨酸和GSH减少，从而加剧铁依赖性脂质过氧化。有趣的是，ferrostatin-1也抑制了交叉耐蒽环类药物肺癌细胞系（H69AR）中的细胞死亡。因此，莱菔硫烷可能代表一种有趣的辅助抗癌策略，即使在显示对细胞毒类抗癌药物耐药的肿瘤中。

4.3 合成异硫氰酸酯

一篇论文报道了将ITC与雄激素受体拮抗剂（ARi）杂合体设计合成的分子的铁死亡抗癌活性。ITC-ARi 5是一种含有N-乙酰半胱氨酸掩蔽AR部分的AR配体，在水溶液中释放母体未结合ITC 4。

VCaP细胞是一种以AR过表达和凋亡逃避为特征的抗去势前列腺癌模型。ITC-ARi对VCaP细胞表现出细胞毒性效应。尽管化合物4的效力更高，化合物5被优先考虑进行进一步研究，因为其前药样行为允许更可控地释放活性ITC，理论上可改善癌症选择性。事实上，当比较两种化合物在LNCaP前列腺癌细胞和非癌性前列腺上皮RWPE-1细胞中的细胞毒性时，仅化合物5显示部分选择性（在2.5、5和10 μM测试浓度下约20%差异），可能由于游离化合物4的缓慢释放限制了突然的亲电攻击。ITC-ARi 5诱导脂质过氧化和AR下调。GSH抑制剂丁硫氨酸亚砜亚胺（BSO）进一步诱导的GSH耗竭增强了5的抗癌效果，协同增加其脂质氧化应激。协同效应主要归因于脂质损伤修复不足和脂质氢过氧化物积累。ITC-ARi 5和BSO的协同作用在非转化前列腺RWPE-1细胞中未观察到，提示该联合对癌细胞具有特殊活性。铁螯合剂DFO、维生素E或ferrostatin-1处理对抗了ITC-ARi/BSO的细胞毒性，支持该处理诱导铁死亡细胞死亡。此外，Hmox1特异性抑制剂锌（II）卟啉原IX处理抑制了细胞死亡，突显了铁依赖性细胞死亡在记录细胞毒性效应中的参与。ITC-ARi 5触发铁死亡等不同细胞死亡机制并下调AR的能力，使该分子成为抗抗去势前列腺癌的良好先导化合物。

5 讨论

本综述主体部分总结的实验证据表明，ITCs可通过多种部分趋同的机制触发铁死亡。

PEITC主要通过破坏铁稳态和增强脂质ROS生成促进铁死亡，增加LIP并在膜水平放大氧化损伤。莱菔硫烷主要靶向X_c^--GSH-GPX4轴，下调SLC7A11、耗竭GSH并抑制GPX4表达，从而降低阻止铁死亡执行的抗氧化阈值。ITCs作为氧化还原活性化合物，引发双相剂量-反应：低浓度时激活适应性细胞保护机制，高浓度时压倒细胞抗氧化能力并促进氧化性细胞死亡。在此背景下，当脂质过氧化和铁依赖性氧化应激超过细胞缓冲系统时，铁死亡成为关键的下游结果。ITCs的毒物兴奋效应行为对基于铁死亡的癌症治疗具有重要意义。低剂量时，ITCs主要诱导抗氧化和代谢适应，限制脂质过氧化并赋予铁死亡抵抗性：它们诱导Nrf2信号通路激活，从而增强内源性抗氧化系统并增加对氧化损伤的抵抗。这可能源于ITCs通过L-半胱氨酸的亲核反应释放硫化氢（H₂S）的能力。事实上，ITCs和H₂S在作用机制上存在重叠，特别是在氧化还原调控和铁死亡控制方面。两者均促进抗氧化防御、增强GSH稳态并调节脂质过氧化过程。此外，H₂S是由胱硫醚γ-裂解酶和胱硫醚β-合酶等酶内源性产生的一种气体信号分子，已成为铁死亡的关键抑制因子，通过稳定system X_c^-、增强GPX4表达和抑制ALOX12乙酰化等关键铁死亡相关通路发挥作用。相比之下，更高或持续暴露于ITCs可破坏氧化还原稳态、损害GSH和GPX4依赖性防御并促进铁死亡细胞死亡。本文献中大多数研究聚焦于相对较高浓度的ITCs，通常体外超过10-20 μM，其中铁死亡细胞死亡 readily 观察到。因此，细胞保护性和细胞毒性反应之间的转变通常是被推断而非实验证实的。此外，大多数研究缺乏对ITCs抗癌细胞选择性的系统评估，难以区分癌症选择性铁死亡和对正常细胞的非特异性细胞毒效应。

而且，虽然NRF2信号被公认为氧化还原稳态和铁死亡抵抗的核心调节因子，但综述文章并未平行评估NRF2核转位、转录活性或NRF2靶基因表达与铁死亡标志物，也未采用遗传或药理学NRF2调控来建立因果关系。这代表了一个重大空白，尤其鉴于ITCs是众所周知的低剂量NRF2激活剂，且NRF2驱动的SLC7A11、GPX4和FSP1上调可能对抗铁死亡执行。因此，ITCs诱导的铁死亡是否反映了对NRF2介导防御的真正规避，还是仅仅发生在这些防御被压倒的条件下，仍悬而未决。解决这些空白对于将实验模型中观察到的强铁死亡活性与ITCs的显著毒物兴奋效应行为联系起来至关重要，并有助于制定能够最小化适应性抵抗同时最大化治疗疗效的理性给药策略。

骨肉瘤已成为研究ITCs诱导铁死亡的相关实验模型，由于其对铁依赖性氧化应激和脂质过氧化的内在敏感性。铁死亡与凋亡、自噬等其他细胞死亡机制共同贡献于PEITC和莱菔硫烷在骨肉瘤模型中体内外的抗癌效应。线粒体功能障碍是铁死亡的关键驱动因素。新研究表明，线粒体内特异性脂质过氧化是触发铁死亡细胞死亡的关键早期事件，因其促进铁依赖性脂质过氧化和氧化还原失衡。Zhen及其同事进一步研究了线粒体在PEITC诱导骨肉瘤细胞死亡中的作用。PEITC促进胞质、脂质和线粒体ROS积累，伴随显著的线粒体重塑和功能障碍。此外，PEITC诱导线粒体膜电位的动态变化、呼吸链活性受损以及ATP先升高后耗竭，最终降低细胞增殖。值得注意的是，线粒体DNA耗竭（ρ⁰）细胞对PEITC的敏感性降低，表明线粒体功能对PEITC诱导的氧化性细胞死亡至关重要。虽然未明确研究铁死亡，但PEITC诱导的线粒体功能障碍、脂质和线粒体ROS积累以及代谢改变与铁死亡细胞死亡的关键形态学和分子特征高度一致。

一个新兴且有前景的方面是将ITCs与其他天然或合成化合物或先进制剂联合使用以对抗癌症进展。PEITC与胶团结联合在单独使用各化合物无效的浓度下协同诱导细胞死亡。合成衍生物ITCs-ARi 5表明，同时靶向AR驱动的存活通路和铁死亡相关抗氧化防御可能限制癌细胞的适应能力并降低对凋亡依赖性细胞死亡的依赖。这些发现共同提示，将ITCs与互补的天然或合成药物联合可破坏存活信号和氧化还原稳态并增强其抗癌效果。然而，体内证据的缺乏仍是验证这些联合策略转化相关性的关键空白。

化学动力学疗法是一种利用肿瘤特异性化学条件通过类芬顿反应催化产生细胞毒性ROS，导致氧化应激介导的肿瘤细胞死亡的抗癌策略。化学动力学疗法的治疗效果常因内源性H₂O₂水平不足、催化效率低下和肿瘤微环境强大的抗氧化能力而受阻。因此，化学动力学疗法常与以下方面联合：（i）光热疗法以加速反应动力学促进ROS生成；（ii）氧化还原调节剂以耗竭GSH；（iii）铁死亡诱导剂以放大脂质过氧化；或（iv）纳米材料以改善肿瘤靶向。一项非常近期的研究强调了整合光热和化学动力学模态以克服肿瘤抗氧化防御的治疗潜力。具体而言，钌-原花青素纳米颗粒与PEITC共同包封于海藻酸钠水凝胶基质中。在这一多功能平台中，PEITC可耗竭细胞内GSH，从而削弱氧化还原缓冲能力并使肿瘤细胞对ROS介导的损伤敏感。这种氧化还原调节可显著增强钌基系统的化学动力学效果，使光热加速的类芬顿反应能够在肿瘤微环境中更高效地产生细胞毒性自由基。联合化学-光热方法不仅通过可控光热加热改善局部肿瘤消融，还将氧化应激放大至超出癌细胞适应性阈值，促进脂质氢过氧化物积累并同时触发铁死亡、线粒体功能障碍和凋亡信号。理论上，这种多功能平台还可能有助于克服包括NRF2介导防御在内的适应性抗氧化反应，这些反应限制了氧化还原活性药物作为单药治疗时的疗效。

进一步支持PEITC作为联合治疗策略中铁死亡敏化剂使用的证据来自Wang, Zhong等（2024）的研究，其中多酚表没食子儿茶素没食子酸酯与PEITC联合形成所谓的EFP纳米胶囊，进一步整合入微针贴片中形成所谓的all-in-one EFP@MNs。脂噬（lipophagy）是一种选择性自噬过程，降解脂滴释放游离脂肪酸，从而提供底物促进脂质过氧化和铁死亡。虽然脂噬增加脂质过氧化所需PUFAs的可利用性，但其治疗影响常因释放脂质的代谢重路由和抗氧化防御机制的激活而受限。表没食子儿茶素没食子酸酯是脂噬诱导剂。作为强氧化应激诱导剂，PEITC一旦通过脂噬释放足够的游离脂肪酸，可能与Fe²⁺介导的脂质过氧化协同作用，从而克服铁死亡驱动肿瘤根除的主要代谢限制。Wang, Zhong等（2024）证明EFP纳米胶囊引起代谢改变并诱导脂噬，从而有利于脂质过氧化物产生和铁死亡。EFP@MNs平台与光热疗法联合进一步放大了脂质过氧化物积累和铁死亡执行。

尽管支持ITCs铁死亡诱导潜力的广泛临床前证据，临床转化仍然有限。迄今为止，仅少数早期临床试验调查了ITCs的疗效、安全性和耐受性，主要聚焦于莱菔硫烷。

值得注意的是，一项II期研究（单臂试验，NCT01228084）表明，每日200 μmol莱菔硫烷丰富西兰花芽提取物治疗最长20周，并未在大多数复发性前列腺癌患者中导致前列腺特异性抗原水平的大幅降低。尽管缺乏疗效，200 μmol莱菔硫烷治疗耐受良好，无3级或4级不良事件。最常见的不良事件为1级胃肠道紊乱，表明测试剂量耐受性良好。观察到的有限抗癌活性可能至少部分归因于低莱菔硫烷剂量和次优治疗方案。

类似地，一项I期随机、平行分配试验评估高莱菔硫烷西兰花芽提取物在正常前列腺组织中的生物学效应（NCT00946309），显示在健康男性中每隔一天给予100 μmol莱菔硫烷持续5周，与1或2级胃肠道紊乱相关，未报告严重不良事件。

最近，包衣片剂形式的合成d,l-莱菔硫烷（SFX-01）的安全性和耐受性在一项随机、双盲、安慰剂对照、剂量递增研究中进行了评估[300 mg每日一次（46.2 mg莱菔硫烷，260.59 μmol）；300 mg每日两次或600 mg每日一次（92.4 mg莱菔硫烷，521.18 μmol）]，持续7天。不良事件发生在94%接受SFX-01的参与者中，最常见为胃肠道事件，程度轻微且与治疗相关（Clack等，2025）。

总之，临床试验并非旨在调查铁死亡相关终点，也未评估氧化还原生物标志物、脂质过氧化、NRF2激活状态或铁代谢。因此，莱菔硫烷在人体中触发铁死亡的作用仍属未知。然而，现有数据显示莱菔硫烷具有良好的安全性。将机制性生物标志物整合入未来临床试验设计对于弥合临床前铁死亡基础证据与ITCs临床应用之间的差距至关重要。

6 结论和未来方向

总之，ITCs作为多功能铁死亡诱导剂崭露头角，通过不同且化合物特异性的机制发挥作用。PEITC主要通过增强脂质ROS生成和破坏铁稳态促进铁死亡细胞死亡，而莱菔硫烷主要通过抑制system X_c^-反向转运体使细胞对铁死亡敏感。

ITCs通常以良好的体内和人体安全性特征以及对癌细胞系的部分选择性为特征，增强了其作为治疗药物的吸引力。然而，ITCs显著的毒物兴奋效应行为，即浓度和暴露时间决定细胞保护性与细胞毒性结果，突显了精确治疗优化的必要性。未来研究应聚焦于确定剂量和肿瘤特异性依赖因素，这些因素调控铁死亡相对于其他细胞死亡通路在不同肿瘤类型中的参与。对此，评估铁死亡敏感性的预测性生物标志物，如ACSL4表达、SLC7A11/GPX4状态、铁处理蛋白和NRF2活性，将对预测肿瘤细胞对铁死亡的易感性、未来临床应用和个性化治疗优化至关重要。此外，将ITCs与铁死亡诱导剂、常规化疗药物、靶向药物或光热疗法联合使用是克服耐药同时限制正常组织毒性的有前景的策略。纳米技术的进步可能进一步提高ITCs的生物利用度、稳定性和肿瘤选择性，促进临床转化。对临床前研究中调控ITC诱导铁死亡的多层面调控网络的深入理解，结合临床试验，对于充分发挥ITCs作为肿瘤学中理性铁死亡调节剂的治疗潜力至关重要。