湘雅医学院-雷公藤甲素抗头颈部肿瘤焦亡机制登上医学顶刊(IF11+):线粒体己糖激酶-ΙΙ

【写在前面】：本期推荐的是由湖南肿瘤代谢重点实验室中南大学湘雅医学院附属肿瘤医院、湖南非溶性炎症与肿瘤重点实验室中南大学湘雅第三医院等研究团队近期发表于Journal of Experimental & Clinical Cancer Research(IF11.161）的一篇文章，揭示天然产物雷公藤甲素通过抑制线粒体己糖激酶-ΙΙ诱导GSDME介导的头颈部肿瘤焦亡。

【期刊简介】

【题目及作者信息】

Natural product triptolide induces GSDMEmediated pyroptosis in head and neck cancer through suppressing mitochondrial hexokinase-ΙΙ

背景：焦亡是一种由加德敏家族蛋白执行的溶性细胞死亡形式。诱导肿瘤焦亡可促进抗肿瘤免疫，是一种潜在的癌症治疗策略。 雷公藤甲素(TPL)是一种从传统中草药中分离出来的天然产物，对人类癌症具有较强的抗肿瘤活性 。然而，其在焦亡中的作用仍有待阐明。

方法：采用集落形成法测定细胞存活率。采用AnnexinV法检测细胞凋亡情况。通过形态学特征和白细胞介素1β和乳酸脱氢酶A(LDHA)的释放来评估焦亡。采用免疫荧光染色法检测蛋白的亚细胞定位。通过异种移植瘤模型来评估其致瘤性。分别采用qPCR或westernblot法检测mrna或蛋白的表达水平。

结果：雷公藤甲素通过诱导胃蛋白E(GSDME)介导的焦亡来消除头颈部癌细胞。沉默GSDME可以减弱TPL对癌细胞的细胞毒性。TPL治疗抑制了癌细胞中c-myc和线粒体己糖激酶II(HK-II)的表达，导致BAD/BAXcaspase3级联反应的激活，并通过活性caspase3切割GSDME。沉默HK-II可使癌细胞对TPL诱导的焦亡敏感，而强制表达HK-II则可防止TPL诱导的焦亡。在机制上，HK-II可以阻止BAD、BAX蛋白的线粒体易位和caspase3的激活，从而减弱TPL处理后GSDME的裂解和焦亡。此外，TPL处理抑制NRF2/SLC7A11(也称为xCT)轴，并诱导活性氧(ROS)积累，无论GSDME的状态如何。TPL与SLC7A11抑制剂 erastin 联合使用，在体外和裸鼠模型中抑制肿瘤存活发挥强大的协同作用。

结论：本研究不仅为TPL在癌症治疗中提供了一个新的范式，而且强调了线粒体HK-II在糖代谢与焦亡联系中的关键作用。

图文摘要

【前言】

雷公藤甲素(TPL，C20H24O6，分子量：360.4)是一种天然的二萜环氧化物，具有强大的抗癌活性。TPL是中药雷公藤(TWHf)的主要生物活性成分之一，数多年来一直用于治疗炎症、自身免疫性和恶性疾病的 。TPL或其衍生物在多种人类癌症中具有强大的抗肿瘤活性。迄今为止，一些TPL衍生物目前正在进行用于癌症治疗的I/II期临床试验。TPL的抗癌活性与凋亡信号的激活有关。然而，TPL抑制肿瘤活性的机制仍有待充分探索。

在这项研究中，我们证明了TPL治疗通过GSDME依赖的焦亡可以有效地消除头颈部癌细胞。TPL抑制线粒体HK-II和有氧糖酵解，从而导致BAX/BAD复合物的线粒体易位和被活性caspase3切割GSDME。此外，TPL抑制NRF2/SLC7A11轴，并与erastin伊拉斯汀协同杀死表达GSDME的癌细胞和表达GSDME缺陷的癌细胞。

【结果部分】

1.TPL诱导头颈部癌细胞焦亡。

2.TPL诱导的头颈部癌细胞焦亡是通过GSDME来实现的。

3.线粒体通路和caspase3的激活是TPL诱导的GSDME裂解和焦亡所必需的。

4.TPL抑制头颈部癌细胞的线粒体HK-II和糖酵解。

5.线粒体HK-II可防止TPL诱导的细胞焦亡。

6.TPL抑制NRF2/SLC7A11轴，并与伊拉斯汀协同消除表达GSDME和GSDME缺陷的癌细胞。

7.TPL和伊拉斯汀联合使用可有效抑制HK1细胞的体内致瘤性。

8.TPL在体内抑制Ki67、c-myc、HK-II、NRF2和SLC7A11的蛋白水平。

采用IHC染色法检测异种移植瘤中Ki67、c-myc、HK-II、NRF2和SLC7-11A1蛋白的表达水平。比例尺，50μm。

9.TPL诱导头颈部癌细胞焦亡的机制示意图。

TPL同时抑制了头颈部癌细胞中的c-myc/HK-II轴和NRF2/SLC7A11轴。抑制线粒体HK-II导致BAX和BAD的线粒体易位，导致细胞色素c释放到细胞质中，随后激活caspase3。在GSDME高癌细胞中，活性的caspase3在内部连接体处裂解GSDME，释放GSDME-n的成孔活性，导致癌细胞焦亡。同时，TPL抑制NRF2/SLC7A11导致癌细胞中ROS积累，从而使癌细胞对TPL和伊拉斯汀erastin联合使用的细胞毒性敏感，甚至在GSDMElow癌细胞中也是如此。

【结论与讨论】

我们的研究为头颈部癌症中TPL的抗肿瘤活性提供了一种新的范例。此外，本研究强调了线粒体HK-II在抑制人类癌症中焦亡细胞死亡中的一个先前未被认识到的功能。

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