综述：调控白血病干细胞铁死亡：从干性维持到靶向分化策略

《Stem Cell Reviews and Reports》：Regulating Ferroptosis in Leukemic Stem Cells: From Stemness Preservation to Targeted Differentiation Strategies

本综述系统探讨了白血病干细胞（LSC）铁死亡（Ferroptosis）抵抗机制及其靶向治疗策略。文章深入解析了LSC独特的铁代谢、脂质过氧化和抗氧化防御系统（如GPX4、SLC7A11、FSP1-CoQ10轴）的相互作用，提出了基于单细胞多组学的预测模型，并创新性地将铁死亡诱导剂（如erastin、RSL3）与免疫疗法（PD-L1抑制剂、CAR-T）结合，为清除LSC、减少微小残留病（MRD）提供了精准治疗新范式。

　　

白血病干细胞（LSC）的生物学特性与治疗挑战

白血病是一组起源于骨髓造血干/祖细胞的恶性血液肿瘤，其中急性髓系白血病（AML）的治疗仍面临高复发率和耐药性的严峻挑战。白血病干细胞（LSC）被认为是AML复发和耐药的根源，它们具有自我更新、多向分化潜能以及类似正常造血干细胞（HSC）的静息特性，能够逃逸常规化疗和放疗的杀伤作用，导致微小残留病（MRD）持续存在。

LSC的干性维持机制

LSC的干性维持依赖于复杂的分子网络。在细胞表面，CD34⁺CD38^-表型是LSC的经典标志，同时CD123（IL-3Rα）、TIM-3等分子的高表达也与其免疫逃逸和生存优势密切相关。在信号通路层面，Wnt/β-连环蛋白（β-catenin）通路、BCL-2家族蛋白（如BCL-2、MCL-1）以及Notch信号通路等的异常激活，共同维持了LSC的自我更新能力和代谢可塑性。表观遗传调控，如DNA甲基化（DNMT3A、TET2突变）和组蛋白修饰（H3K4me3/H3K27ac），通过影响HOXA9、Meis1、RUNX1等关键转录因子的表达，进一步固化了LSC的未分化状态。

LSC的铁死亡抵抗机制

铁死亡是一种铁依赖性的、以脂质过氧化物累积为特征的调节性细胞死亡方式。与大量白血病细胞不同，LSC表现出显著的铁死亡抵抗能力，这主要归因于其独特的代谢特征。

铁代谢稳态的精密调控

LSC通过上调转铁蛋白受体1（TfR1）增强铁摄取，同时下调铁输出蛋白铁转运蛋白（Fpn），导致细胞内铁离子蓄积。然而，LSC却通过核受体共激活因子4（NCOA4）介导的铁蛋白自噬（ferritinophagy）精准调控游离铁库，避免铁超载引发的毒性。有趣的是，与HSC相比，LSC的铁蛋白重链1（FTH1）表达相对较低，这削弱了其铁缓冲能力，理论上应增加铁死亡敏感性，但LSC通过其他补偿机制维持了生存。

强大的抗氧化防御系统

LSC高度依赖谷胱甘肽（GSH）合成通路和谷胱甘肽过氧化物酶4（GPX4）活性来中和脂质过氧化物。系统Xc^-关键组分SLC7A11（负责胱氨酸摄取）在LSC中表达上调，保障了GSH的合成原料。此外，非GPX4依赖的抗氧化通路，如FSP1-CoQ₁₀-NAD(P)H轴，在LSC中也被激活，作为平行防御系统抵抗铁死亡。

脂质代谢重塑

脂质过氧化是铁死亡的核心执行环节。LSC通过下调长链脂酰辅酶A合成酶4（ACSL4）的表达，减少细胞膜上易于过氧化的多不饱和脂肪酸（PUFA）磷脂的合成，从而降低铁死亡的“底物”基础。同时，某些脂氧合酶（LOX，如ALOX5）同工酶的表达下调或活性抑制，也减弱了酶促脂质过氧化反应。

LSC铁死亡的异质性及单细胞多组学洞察

LSC群体内部存在显著的异质性，不同亚群对铁死亡的敏感性差异巨大。利用单细胞RNA测序（scRNA-seq）等技术，研究者发现CD34⁺CD38^-CD123⁺等原始LSC亚群高表达GPX4、FSP1、Nrf2等抗铁死亡基因，表现出强抵抗性；而某些亚群则因高表达TfR1、低表达FTH1或高表达ACSL4而对铁死亡诱导剂敏感。肿瘤微环境（如缺氧通过HIF信号）也深刻影响LSC的铁死亡阈值。这种异质性的解析为精准靶向特定LSC亚群提供了理论依据。

靶向铁死亡的治疗策略与免疫协同

基于上述机制，诱导LSC铁死亡成为极具潜力的治疗新方向。策略主要包括：

1. 1.
   破坏铁稳态：抑制NCOA4阻断铁蛋白自噬，或使用铁螯合剂，导致LSC内铁离子失衡。
2. 2.
   抑制抗氧化防御：直接使用GPX4抑制剂（如RSL3）、系统Xc^-抑制剂（如erastin）或靶向FSP1，瓦解LSC的抗氧化屏障。
3. 3.
   促进脂质过氧化：通过调节ACSL4活性或补充特定PUFA（如DGLA），增加膜磷脂对过氧化的敏感性。

将铁死亡诱导剂与现有疗法联用显示出协同效应。例如，BCL-2抑制剂（Venetoclax）可通过抑制氧化磷酸化（OXPHOS）使LSC代谢重塑，增加其对铁死亡诱导剂的敏感性。表观遗传药物（如去甲基化药物Azacitidine）可通过调控相关基因（如MAGEA6-AMPK-SLC7A11-GPX4轴）表观状态，与铁死亡诱导剂协同作用。

铁死亡与抗白血病免疫存在密切互作。铁死亡细胞释放损伤相关分子模式（DAMPs，如HMGB1、ATP）和免疫原性脂质过氧化产物（如MDA、4-HNE），可激活树突状细胞（DC），增强CD8⁺ T细胞的抗肿瘤应答。另一方面，免疫细胞（如T细胞分泌的IFN-γ）可下调LSC的GPX4和SLC7A11表达，增加其铁死亡敏感性。因此，铁死亡诱导剂与免疫检查点抑制剂（如抗PD-L1）或CAR-T细胞疗法的联合，有望同时清除LSC并逆转其免疫抑制微环境，实现“双杀”效果。

临床转化与挑战

尽管前景广阔，铁死亡靶向治疗的临床转化仍面临挑战。首要问题是安全性，如何避免对正常HSC和铁富集器官（如肝、肾、心）的毒性。其次，需要提高靶向LSC的特异性，克服LSC群体的异质性和耐药性。开发预测疗效的生物标志物（如TfR1/FTH1比值、血清4-HNE水平、特定LSC表面标志物组合）和利用人工智能（AI）分析单细胞数据，将有助于实现个体化治疗。目前，部分铁死亡诱导剂已进入临床试验阶段，探索其与标准化疗、靶向治疗及免疫治疗的联合方案是未来的重要方向。

结论与展望

靶向LSC的铁死亡为克服白血病耐药和复发提供了革命性的新思路。通过深入理解LSC铁死亡抵抗的分子基础，结合单细胞多组学等先进技术解析其异质性，并设计合理的联合治疗策略，有望最终实现LSC的精准清除，改善AML患者的长期生存。未来的研究需聚焦于提高治疗的特异性和安全性，推动该领域从基础研究向临床应用的实质性跨越。

+CD38^-CD123⁺（原始样）LSC中HIF信号可能被激活以适应缺氧，并与铁稳态/抗过氧化网络（SLC7A11-GPX4、ferritin-NCOA4、脂质重塑）共同塑造相对铁死亡抵抗状态。TIM-3⁺ CD25⁺亚群很可能处于ATF4介导的应激生存程序中，与铁死亡抵抗相关。NRF2核心作用是上调GSH合成与代谢相关基因，保障GPX4功能。SCD1生成的单不饱和脂肪酸（MUFA）在ACSL3等酶作用下重塑膜脂组成，降低PUFA-PL底物，从底物水平提高铁死亡阈值。'>