Cell 子刊重大发现：n-3脂肪酸能通过诱导铁死亡介导抗肿瘤作用

在过去十年中，不同营养物质对癌细胞的生物合成、生物能量和抗氧化的作用已被广泛研究，为癌症提供了新的治疗视角。近年来，饮食中的omega-3 (n-3) 多不饱和脂肪酸 (PUFA) 的潜在抗癌作用吸引了广泛关注。【n-3多不饱和脂肪酸（n-3 PUFA）也被称为ω-3多不饱和脂肪酸】。一项超过1000名结直肠癌患者的队列研究表明，疾病诊断后摄入更多n-3 PUFA 与较低的癌症相关死亡和更长的无病生存期有关[1]。2021年8月，Cell Metabolism杂志（IF=27.3）发表了题为“Peroxidation of n-3 and n-6 polyunsaturated fatty acids in the acidic tumor environment leads to ferroptosis-mediated anticancer effects”（酸性环境中n-3和n-6多不饱和脂肪酸的过氧化导致铁死亡介导的抗肿瘤作用）。该研究中，Dierge等人发现，在酸性癌细胞环境中，超过脂滴（LD，存在于脂肪组织中的一种重要细胞器，也称为脂质体）储存能力的 n-3 和 n-6 PUFA（多不饱和脂肪酸）会发生过氧化并诱导铁死亡，从而介导抗肿瘤作用。应用脂质代谢抑制剂DGATi（二酰基甘油酰基转移酶抑制剂）后，n-3 PUFA 的抗肿瘤作用进一步增强。以上证据提示应用n-3 PUFA可以有效地补充药理学疗法，成为一种潜在的辅助性抗肿瘤方法。

研究结果

1.n-3和n-6 PUFA优先在酸性癌细胞的脂滴中积累

研究首先对比了适应酸性环境（pH=6.5）和维持在中性 pH 值（pH=7.4）的癌细胞将 FA （脂肪酸）捕获到 LD（脂滴）中的能力，FA包括 SFA（棕榈酸酯，PA）、MUFA（油酸酯，OA）和 PUFA（n-6：亚油酸，LA、花生四烯酸，ARA、二十二碳五烯酸，DPA；n-3：α-亚麻酸，ALA、二十碳五烯酸、EPA、二十二碳六烯酸，DHA）。研究发现比起中性 pH 环境，维持在酸性pH环境的肿瘤细胞中有更多FA 在LD中积累。

图1，显示维持在 pH 为6.5以及pH 为7.4 的的癌细胞在分别暴露于100 mM FA 后的LD，FA包括 SFA（棕榈酸酯，PA）、MUFA（油酸酯，OA）和 PUFA（n-6：亚油酸，LA、花生四烯酸，ARA、二十二碳五烯酸，DPA；n-3：α-亚麻酸，ALA、二十碳五烯酸、EPA、二十二碳六烯酸，DHA）。细胞系分别为宫颈癌(SiHa)、结直肠癌(HCT-116) 和下咽癌(FaDu) 细胞系。研究发现维持在酸性pH比中性pH的癌细胞的FA 在LD 有更多积累。

2.酸性肿瘤细胞中过量的n-3和n-6PUFA的过氧化作用促进铁死亡

接下来研究发现n-3 和 n-6 PUFA 都剂量依赖性地抑制 pH为6.5时癌细胞的生长，但在pH为7.4的癌细胞则没有此作用（图2）。

图2，以相应浓度添加特定的FA 培养72 小时对 pH 6.5和 pH 7.4 培养的 HCT-116 癌细胞生长的影响

由于在酸性下观察到 n-3 和 n-6 PUFA 的细胞毒性作用，接下来验证该作用是否与脂质过氧化有关。研究使用 BODIPY 581/591 十一烷酸作为过氧化传感器，发现比起中性pH，酸性pH 的癌细胞表现出更强的氧化能力。丙二醛 (MDA) 测量也证实了酸适应癌细胞的脂质过氧化模式增加。然后研究对 pH 6.5和 7.4癌细胞添加各种 FA 并检测生成的 MDA 。发现在存在 n-3 EPA和DHA以及 n-6 ARA 和 DPA的情况下，在pH 6.5 的癌细胞中观察到 MDA的产生增加（图 3），以上表明酸性癌细胞中，n-3 和 n-6 PUFA的细胞毒作用可能与脂质过氧化有关。

图3，使用 BODIPY 581/591 十一烷酸作为过氧化物检测 pH 6.5和 pH 7.4 培养的癌细胞中过氧化的基础水平的传感器；丙二醛 (MDA) 测量也证实了酸适应癌细胞的脂质过氧化模式增加；使用各种 FA 处理细胞并检测生成的 MDA 反映了FA对癌细胞过氧化情况的影响

研究还发现一些证据表明 PUFA 在酸性条件下会诱导铁死亡。首先使用铁死亡诱导剂erastin，发现它显著增加了DPA 和 DHA 在 3D 肿瘤球体中的细胞毒作用，但PA对其无影响。接下来检测了铁死亡谷胱甘肽 (GSH) 过氧化物酶-4 (GPX4) 的中央调节因子的表达，发现它在酸性条件下显著上调；此外，对GSH 生物合成至关重要的胱氨酸/谷氨酸转运蛋白 SLC7A11 也观察到了类似的趋势（图4）。以上表明酸性肿瘤细胞中过量的PUFA的过氧化作用促进铁死亡，进而抑制肿瘤生长。

图4，显示在 50 mM PA、DPA 和 DHA 存在或不存在的情况下，铁死亡诱导剂erastin 对 3D HCT-116 肿瘤球体生长的影响；右图为中性、酸性条件下癌细胞中GPX4 和 SLC7A11的Western Blot结果

3.DGATi增强饮食n-3 PUFA对小鼠肿瘤生长的抑制作用

相对于富含OA（油酸酯）的饮食，在喂食富含 DHA 的饮食的小鼠中观察到显著的肿瘤生长延迟，同时小鼠的存活时间显著延长。重要的是，虽然富含 DHA 的饮食本身非常显著延迟了肿瘤的生长，使用脂质代谢抑制剂DGATi （二酰甘油酰基转移酶抑制剂）可以进一步延迟喂食富含 DHA 饮食的小鼠的肿瘤生长（图5），进一步证实DHA饮食作用时间延长对肿瘤生长的抑制效应

图5，用含10% OA 或10% DHA 的同等热量的饲料喂养小鼠，用或不用DGATi抑制剂治疗小鼠，监测小鼠肿瘤生长和生存期

综上，酸性癌细胞中，n-3和n-6 PUFA通过脂质过氧化，介导铁死亡，抑制癌细胞的生长。本研究探索了PUFA脂质代谢对癌细胞的细胞毒性的影响，而不是探索药物靶点，使n-3 PUFA 补充剂成为一种潜在的肿瘤治疗策略。

除了本篇研究，已有多篇文献报道了n-3在肿瘤患者中的作用。一项Meta分析表明，抗肿瘤治疗期间补充含EPA/DHA(脂肪酸)免疫配方有利于改善放化疗体重，改善患者生存质量，调节免疫，增加多形核白细胞比例，增强吞噬作用，降低炎性标志物，如CRP、IL-6、PGE2等^[2]。还有研究表明，ω-3（n-3）脂肪酸可直接促进蛋白质合成代谢，通过抗炎抑制蛋白质分解代谢直接促进蛋白合成，通过降低促炎因子抑制蛋白分解，防止肌肉萎缩^[3]。

在一项关于补充鱼油对晚期非小细胞肺癌（NSCLC）患者的一线化疗疗效的研究中，有46名ⅢB期及Ⅳ期NSCLC患者，均接受铂类为基础的双药三周姑息化疗方案，其中15名患者服用鱼油补充剂（主要成分是n-3 PUFA），31名未服用鱼油患者作为对照，比较两组患者化疗应答率及毒性反应之间的差异，发现鱼油组化疗应答率比对照组高2倍，且鱼油组有更多患者完成化疗疗程，证明进展期NSCLC患者化疗同时合并鱼油补充可增加应答率临床获益^[4]。

在一项纳入72例接受胃癌手术的患者的研究中，患者随机分组，分别接受含有ω-3（n-3）不饱和脂肪酸的肿瘤专用型肠内营养（治疗组）或普通肠内营养（对照组）对比治疗组和对照组对胃癌术后患者免疫功能的不同影响，发现治疗组T淋巴细胞亚群CD3、CD4、CD4/CD8值较对照组高，免疫球蛋白IgG、IgA、IgM值也较对照组高。因此，含有ω-3（n-3）不饱和脂肪酸的肿瘤专用型营养制剂较普通肠内营养剂能显著提高胃癌术后患者的免疫功能^[5]。

以上的研究表明n-3脂肪酸可能成为潜在的肿瘤治疗手段，其不仅发挥抗炎作用，抑制蛋白质分解，还能促进铁死亡介导的抗肿瘤作用，最终起到改善患者体重、控制疾病进展，改善生存质量的作用。

参考文献

[1] Van Blarigan, et al. (2018). Marine omega-3 polyunsaturated fatty acid and fish intake after colon cancer diagnosis and survival: CALGB 89803 (Alliance). Cancer Epidemiol. Biomarkers Prev. 27, 438–445.

[2] de Aguiar Pastore Silva J, et al., Omega-3 supplements for patients in chemotherapy and/or radiotherapy: A systematic review, Clinical Nutrition (2014)

[3] Felipe Aguiar Pupo Seabra Malta, et al. The role of omega 3 fatty acids in suppressing muscle protein catabolism: A possible therapeutic strategy to reverse cancer cachexia? ,J Funct Foods.2019 Mar;54:1-12

[4] Murphy RA, Mourtzakis M, Chu QS, Baracos VE, Reiman T, Mazurak VC. Supplementation with fish oil increases first-line chemotherapy efficacy in patients with advanced non-small cell lung cancer. Cancer. 2011;117(16):3774-3780. doi:10.1002/cncr.25933

[5] 胡抢，孙元水.ω-3不饱和脂肪酸肠内营养与普通肠内营养对胃癌术后患者免疫功能的影响，中华临床营养杂志, 2017年6月第25卷第3期