Заболеваемость раком простаты занимает второе место среди онкологических заболеваний у мужчин после рака легких. Рак предстательной железы быстро развивается и склонен к метастазированию, а на поздней стадии может формироваться кастрационно-резистентный рак простаты (КРРПЖ), что создает большие трудности для прогноза и лечения. В настоящее время основное лечение рака простаты обычно разделяют на четыре метода: хирургическое вмешательство, химиотерапию, лучевую терапию и эндокринную терапию. Однако эффективность этих методов не удовлетворяет требованиям прогноза пациентов. Ферроптоз - недавно открытый железозависимый процесс, характеризующийся перекисным окислением липидов. Ферроптоз связан со многими заболеваниями, особенно с ростом опухолей. В последние годы ингибирование роста опухолей и преодоление резистентности опухолей к лекарствам путем индукции ферроптоза стали горячей темой исследований [1].
Цель работы: оценить современное состояние исследований в области применения индукторов ферроптоза в терапии рака простаты.
Результаты и их обсуждение. Запрограммированная гибель клеток имеет решающее значение для всех аспектов роста и развития млекопитающих, гомеостатической регуляции и контроля заболеваний и тесно интегрирована с другими биологическими процессами для поддержания жизни. Ферроптоз - это процесс, отличающийся от апоптоза, пироптоза, некроптоза и других запрограммированных клеточных смертей [2]. В 2018 году Международный номенклатурный комитет клеточной смерти определил ферроптоз как форму регулируемой гибели клеток (RCD), вызванную окислительными изменениями во внутриклеточном микроокружении, конститутивно контролируемыми глутатионпероксидазой 4 (GPX4), и которую можно ингибировать хелаторами железа и липофильными антиоксидантами [3]. Железосодержащий фермент липоксигеназа является основным промотором ферроптоза, продуцируя гидропероксиды липидов, и его функция зависит от активации ACSL4-зависимого биосинтеза липидов. Напротив, селенсодержащий фермент глютатионпероксидаза 4(GPX4) в настоящее время признан центральным репрессором ферроптоза, и его активность зависит от глутатиона, продуцируемого в результате активации цистин-глутаматного антипортера SLC7A11. Концепция ферроптоза возникла в результате усилий в области экспериментальной онкологии по разработке соединений, которые избирательно убивают клетки с онкогенной мутацией RAS. Наиболее важными морфологическими целями ферроптоза являются митохондрии, в том числе происходит сокращение митохондрий, образование электронно-плотной массы под ультраструктурой, уменьшение или исчезновение митохондриальных крист, изменение мембранного потенциала и разрыв наружной мембраны митохондрий [4]. В последние годы, в связи с быстрым развитием исследований, связанных с ферроптозом во многих областях, он оказал большое влияние на области терапии рака, нейродегенеративных заболеваний, ишемии и реперфузии и т.д.
Ферроптоз характеризуется массовым накоплением фатальных внутриклеточных липидных активных форм кислорода (АФК) при снижении антиоксидантной способности клеток. Исследования показали, что ферроптоз регулируется GPX4 (система Xc-) [5], синтезом липидов [6], метаболизмом железа [7], изопреноидным путём [8], путём Nrf2 (или NFE2L2) [9].
Классическая модель ферроптоза основана на снижении активности GPX4, перекисном окислении липидов, вызванном гиперпродукцией АФК избыточными железосодержащими компонентами. Следующим обязательным условием развития ферроптоза является нарушение метаболизма железа. Железо может напрямую генерировать избыточное количество АФК посредством реакции Фентона, тем самым увеличивая окислительное повреждение. Кроме того, железо может повышать активность липооксигеназы. Ферроптоз в основном вызывается инактивацией клеточных антиоксидантных систем, особенно системой глутатион (GSH)-GPX4-зависимой антиоксидантной защиты, что приводит к накоплению гидроперекисей липидов. Эта система, работая как антипорт, отвечает за трансмембранный импорт внеклеточного цистина, который снова восстанавливается до внутриклеточного цистеина (аминокислоты-предшественника для синтеза глютатиона). GSH действует как необходимый кофактор для нормальной функции GPX4. Транспортная система Xc- опосредует захват цистина для обмена выходящего глутамата, была идентифицирована как основной регулятор синтеза GSH [10]. Ингибирование системы Xc- приводило к истощению запасов цистеина, отсутствию синтетического субстрата GSH, а затем нарушало функцию антиоксидантного фермента GPX4.
Другой путь снижения запасов глютатиона в клетке и, как следствие, индукция ферроптоза - это гиперэкспрессия ChaC-глутатион-специфичной γ-глутамилциклотрансферазы 1 (CHAC1). Этот фермент повышает внутриклеточные уровни перекиси липидов и снижает уровни белка GPX4 в клетках РПЖ, что приводило к индукции ферроптоза.
CHAC1 повышает чувствительность клеток РПЖ к доцетакселу, индуцируя ферроптоз, и играет важную роль в терапии CRPC [11]. Следовательно, CHAC1 может быть потенциальной терапевтической мишенью в сочетании с другими терапевтическими средствами, такими как доцетаксел (DTX), для лечения рака простаты.
Валозин-содержащий белок (VCP) имеет потенциал в качестве многообещающей молекулярной мишени для лечения РПЖ. VCP является наиболее распространенной растворимой АТФазой и обычно играет роль в регуляции клеточного метаболизма [12 ]. VCP равномерно локализуется в клетках РПЖ в нормальных условиях культивирования, но образует агрегаты и перемещается в перинуклеарные области клеток РПЖ во время голодания. Во время реакции на голодание свободный VCP (равномерно распределенный) способствует активности митохондрий и выработке большого количества АФК, что приводит к ферроптозу опухолевых клеток. Свободный VCP секвестрируется путем его релокализации в ответ на голодание, чтобы защитить клетки РПЖ от ферроптоза [13]. Кроме того, VCP способствует инвазии и миграции клеток, изменяя уровни E-кадгерина и виментина, обратно запуская эпителиально-мезенхимальный переход клеток РПЖ [14]. Таким образом, VCP имеет потенциал в качестве многообещающей молекулярной мишени для РПЖ.
DECR1, фермент, ограничивающий скорость окисления ПНЖК, сверхэкспрессируется в тканях РПЖ [15]. β-окисление жирных кислот является основным биоэнергетическим путем в клетках РПЖ человека [16]. Повышение регуляции DECR1 увеличивает β-окисление ПНЖК, способствуя пролиферации и метастазированию клеток РПЖ [17]. Подавление DECR1 вызывает накопление ПНЖК в раковых клетках, увеличивает митохондриальный окислительный стресс и перекисное окисление липидов и в конечном итоге приводит к гибели клеток, опосредованной ферроптозом. Кроме того, DECR1 является негативным фактором, способствующим выживанию андрогенных рецепторов, и его экспрессия увеличивается после лечения антиандрогенами, что может повышать выживаемость клеток РПЖ и устойчивость к лечению [18]. Таким образом, авторы предполагают, что DECR1 является привлекательной терапевтической мишенью при РПЖ.
Выживаемость клеток рака простаты при отделении от внеклеточного матрикса (ECM) является одной из предпосылок развития метастатического рака простаты [19]. Авторы обнаружили, что белок, индуцирующий клеточную миграцию (CEMIP), может помочь изолированным от ЕСМ клеткам избежать ферроптоза, способствуя поглощению цистина клетками РПЖ. Активация CEMIP способствует устойчивости к ферроптозу путем активации сигнального пути ITPR3/CaMKII/NRF2/SLC7A11. Это открытие открывает новую многообещающую цель для терапии ферроптоза при метастатическом РПЖ.
Ферроптоз может быть вызван некоторыми небольшими молекулами, такими как эрастин и RSL3, которые потенциально полезны для лечения РПЖ [20]. Эрастин является индуктором ферроптоза, который инактивирует клеточный антиоксидант GSH путем прямого подавления системы Xc-, что в дальнейшем приводит к ферроптозу [21]. Производные эрастина пиперазин-эрастин и имидазол-кетон-эрастин работают лучше, чем их прототип в физиологических средах, поскольку они проявляют гораздо лучшую растворимость в воде и стабильность [22]. Однако некоторые клеточные линии обходят систему Xc- и синтезируют цистеин из метионина по пути транссульфурации, чтобы избежать ферроптоза [23]. GPX4 превращает гидропероксиды липидов в высшие спирты с использованием восстановленного глутатиона, что, в свою очередь, облегчает перекисное окисление липидов и ингибирует ферроптоз. Даже при наличии нормальных клеточных уровней цистеина и GSH ферроптоз индуцируется инактивацией GPX4. RSL3 напрямую воздействует на GPX4, вызывая ферроптоз. RSL3 нацелен на нуклеофильные участки ферментов, таких как серин и цистеин, и напрямую инактивирует GPX4 посредством алкилирования селеноцистеина [24]. Устойчивые к лечению клетки РПЖ чувствительны к эрастину и RSL3. Лечение эрастином и RSL3 ухудшает жизнеспособность, рост и миграцию клеток РПЖ in vitro и предотвращает рецидив опухоли in vivo. Комбинация эрастина или RSL3 со стандартными антиандрогенами при запущенном РПЖ подавляет рост и миграцию клеток РПЖ in vitro, а также рост опухоли in vivo [25]. Эти данные позволяют предположить, что индукция ферроптоза может представлять собой новую терапевтическую стратегию распространенного РПЖ в качестве монотерапии или в сочетании с антиандрогенами второго поколения. Более того, индукция ферроптоза повышает терапевтическую эффективность цисплатины в раковых клетках, что позволяет предположить, что эрастин или RSL3 могут быть еще более эффективными при применении в комбинированной терапии.
P53 является привлекательной терапевтической мишенью для лечения РПЖ [26]. Нокдаун TRIM25 приводит к снижению роста опухоли и повышению активности р53 в мышиной модели ксенотрансплантата рака простаты. Таким образом, полученные результаты показывают, что сверхэкспрессия TRIM25 способствует пролиферации и выживанию клеток рака простаты путем модуляции механизма ядерного экспорта р53 с взаимодействием G3BP2. Флубендазол, новый индуктор р53, может быть средством лечения РПЖ. В моделях ксенотрансплантата флубендазол блокировал клеточный цикл в фазе G2/M1 и, таким образом, ингибировал рост РПЖ. Кроме того, флубендазол также индуцирует экспрессию р53, что приводит к репрессии транскрипции SLC7A11, тем самым ингибируя GPX4 и в конечном итоге приводя к ферроптозу в опухолевых клетках [27]. Кроме того, флубендазол взаимодействует с 5-фторурацилом, вызывая синергическое ингибирование клеток кастрационного резистентного рака простаты.
Паннексин 2 (PANX2) является новым маркером-кандидатом, и результаты исследований показали существенное повышение уровня его экспрессии в клеточных линиях РПЖ. Блокирование экспрессии PANX2 приводило к подавлению пролиферации, миграции и инвазии в клетках РПЖ, одновременно повышая уровни двухвалентного железа и МДА. Однако эти эффекты были устранены активатором Nrf2 олтипразом. В дальнейшем сигнальный путь Nrf2 был применен для определения основного механизма PANX2 в клетках РПЖ. Установлено, что подавление PANX2 заметно снижает уровни экспрессии белка в участниках сигнального пути Nrf2 (Nrf2, HO-1 и FTH1). Исследование продемонстрировало, что PANX2 участвует в патогенезе РПЖ, который регулирует злокачественные фенотипы и ферроптоз посредством сигнального пути Nrf2 и, возможно, является потенциальной терапевтической мишенью для лечения РПЖ [28]. PANX2 регулирует пролиферацию, миграцию, инвазию и ферроптоз клеток РПЖ через сигнальный путь Nrf2. Nrf2 в основном регулирует гены, которые содержат ARE (AU-rich elements, AREs) - регуляторные мотивы, располагающиеся в 3'-UTR мРНК некоторых генов и играющие ключевую роль в стабилизации транскриптов этих генов в своих промоторах [29].
Было обнаружено, что длинные не кодирующие РНК (днРНК) модулируют развитие и прогрессирование рака предстательной железы посредством регуляции генов-мишеней. Однако биологическая функция, лежащая в основе действия днРНК TUG1 при РПЖ, остается неясной. Количественная полимеразная цепная реакция с обратной транскрипцией (qRT-PCR) и вестерн-блоттинг использовались для оценки экспрессии мРНК TUG1 и уровней экспрессии белка участников пути Nrf2 соответственно. Способность клеток к миграции, инвазии и пролиферации оценивали с помощью анализов заживления ран, миграции/инвазии Transwell и CCK8 соответственно. TUG1 значительно активировался в клетках РПЖ по сравнению с неопухолевыми эпителиальными клетками предстательной железы человека. Экспрессия TUG1 продемонстрировала поразительно положительную корреляцию с экспрессией Nrf2 в данных TCGA PCa RNA-Seq (r = 0,26, P = 4,63E-09). Впоследствии ингибирование TUG1 с помощью siRNA приводило к гибели пролиферации, миграции и инвазии клеток РПЖ; однако эти эффекты были обращены вспять лечением олтипразом (активатором Nrf2). Обнаружено, что нокдаун TUG1 снижает экспрессию белка нижестоящих членов Nrf2 (например, HO-1, FTH1 и NQO1). LncRNA TUG1 играет онкогенную роль в клетках рака простаты человека, способствуя пролиферации и инвазии клеток в клеточные линии рака простаты, по крайней мере частично, через сигнальный путь Nrf2 [30]. Таким образом, ожидается, что стратегии, нацеленные на ингибирование или подавление PANX2, станут новым терапевтическим подходом к лечению РПЖ.
Устойчивая передача сигналов андрогенных рецепторов (AR) и уклонение от ферроптоза являются одними из основных препятствий в лечении кастрационного резистентного рака простаты (CRPC). Был разработан и синтезирован изотиоцианат (ITC)-содержащий гибридный антагонист AR (ITC-ARi), и рационально объединили ITC-ARi с ингибитором синтеза GSH бутионинсульфоксимином (BSO), чтобы эффективно подавлять вариант сплайсинга AR/AR и индуцировать ферроптоз в клетках CRPC. Типичный ITC-ARi 13 представляет собой лиганд AR, который содержит фрагмент ITC, замаскированный N-ацетилцистеином, и постепенно высвобождает родительский неконъюгированный ITC 12b в водном растворе. Активность ITC-ARi 13 против РПЖ in vitro, такая как ингибирование роста и подавление AR, значительно усиливается в сочетании с BSO. Комбинация препаратов вызывала заметное перекисное окисление липидов, а жизнеспособность клеток эффективно восстанавливалась с помощью хелатора железа, антиоксидантов или ингибитора гемоксигеназы-1, поддерживая индукцию ферроптоза. ITC-ARi 13 и BSO совместно подавляют AR и индуцируют ферроптоз, вероятно, за счет увеличения доступности для клеточных мишеней, увеличения количества свободного внутриклеточного двухвалентного железа и ослабления GSH-центрированной клеточной защиты и адаптации. Дальнейшие исследования комбинации ITC-ARi и ингибитора синтеза GSH могут привести к созданию нового метода борьбы с CRPC. В сочетании с BSO он может способствовать ферроптозу в клетках рака простаты [31].
Метаболические нарушения, связанные с накоплением АФК, перекисным окислением липидов и перегрузкой железом представляют собой физиологические различия между клетками злокачественной опухоли и нормальными клетками, и эти различия также являются ключевыми регуляторными факторами ферроптоза [32]. Следовательно, опухолевые клетки более чувствительны к ферроптозу, чем нормальные клетки. Согласно накопленным данным, ферроптоз тесно связан с регуляцией РПЖ, особенно с подавлением РПЖ. Хотя некоторый прогресс был достигнут в лечении РПЖ на основе ферроптоза, эта область все еще находится в зачаточном состоянии, и некоторые вопросы остаются. Существуют ли другие важные механизмы ферроптоза, остается неясным. Анализ базы данных показал, что многие гены, связанные с ферроптозом, могут быть связаны с раком простаты, но конкретные механизмы, с помощью которых эти гены влияют на клетки рака простаты, неясны. Нацеливание на эти гены для индукции ферроптоза может стать новой терапией рака простаты. Несколько экспериментов in vivo доказали, что комбинация активаторов ферроптоза может ингибировать пролиферацию клеток рака простаты [33].
Заключение. Ферроптоз представляет собой новую и уникальную форму регулируемой гибели клеток, которая связана с накоплением АФК, перекисным окислением липидов и перегрузкой железом. В будущем могут быть проведены дальнейшие клинические эксперименты, чтобы доказать роль ферроптоза в лечении рака простаты. Различные клеточные линии рака простаты проявляют разную чувствительность к ферроптозу. Следовательно, необходимо учитывать этот фактор и то, как решить проблему клеточной толерантности к ферроптозу, прежде чем использовать агенты, индуцирующие ферроптоз, для лечения рака простаты. Направлением будущих исследований будет наличие новых препаратов, которые могут индуцировать ферроптоз при раке простаты для клинического использования. По мере проведения дальнейших исследований роли ферроптоза при РПЖ применение препаратов, направленных на ферроптоз, в лечении РПЖ будет более перспективным.