陶永光/刘双团队发现铁死亡与癌症干性交流的潜在靶点

调节性细胞死亡（RCD）种类繁多如铁死亡、凋亡和自噬等，是肿瘤发生的关键特征，为癌症治疗策略的建立提供指导。铁死亡（ferroptosis）是一种由铁依赖性脂质过氧化引起的调节性细胞死亡，而大多数癌细胞主要依靠胱氨酸转运蛋白系统 Xc-（由催化亚基SLC7A11和伴侣亚基SLC3A2组成）从细胞外环境获得胱氨酸，然后通过消耗NADPH的还原反应在细胞质中将其转化为半胱氨酸，半胱氨酸随后被用于合成谷胱甘肽，进而发挥抗氧化作用并抑制铁死亡的发生【1】。此外，铁死亡还与多种RCD具有密切联系并在细胞命运和肿瘤治疗中发挥重要作用。研究报道肿瘤抑制因子P53和铁死亡诱导剂erastin均能诱导铁死亡和凋亡，且作者前期研究发现铁死亡在某种方式上具有凋亡依赖性【2】。自噬可以通过降解铁蛋白（Ferritin）或核受体辅激活因子（NCOA4）促进铁死亡【3】，且自噬也能调节胚胎干细胞的多能性【4】和维持造血干细胞的功能【5】。因而，深入探索铁死亡对干细胞功能和命运的调控具有重要意义。

近年，多项研究发现耐药肿瘤细胞及间充质细胞却对铁死亡诱导更敏感【6】。据此，是否肿瘤干细胞（CSCs）对铁死亡诱导更敏感引起作者极大的关注和兴趣。CSCs是肿瘤中具有自我更新能力并能产生异质性肿瘤细胞的一群细胞，导致传统放化疗的失败和肿瘤转移复发。此外，研究报道CSCs通过表达更高水平的转铁蛋白受体（TFR1）增强铁的吸收，比肿瘤细胞更依赖于铁以维持自我更新和增殖【7】，表明靶向铁死亡可能成为杀伤CSCs并克服肿瘤耐药的新策略。尽管铁死亡在抑制肿瘤进程方面潜力巨大，但是，肿瘤细胞及其CSCs对铁死亡的敏感性及机制尚不清楚。

近日，Oncogene期刊在线发表了中南大学基础医学院陶永光研究员和刘双研究员团队的研究成果The DUBA-SLC7A11-c-Myc axis is critical for stemness and ferroptosis（第一作者贵州医科大学博士后汪祖利，博士毕业于中南大学）。这项研究发现，CSCs相较于肿瘤细胞对铁死亡诱导更敏感，去泛素化酶DUBA通过稳定SLC7A11导致分化的细胞抵抗铁死亡，且DUBA可以通过SLC7A11上调c-Myc的表达并增强肝癌细胞干性，表明铁死亡相较于传统治疗在杀伤为CSCs方面表现出巨大的潜力，为靶向铁死亡克服肿瘤耐药提供新的理论依据。

该研究首先利用肿瘤球形成及全反式维甲酸（ATRA）诱导分化实验，结合细胞存活、脂质过氧化及线粒体形态检测，创新性地发现CSCs相较于肿瘤细胞对铁死亡诱导更敏感，表明铁死亡相较于传统治疗在杀伤CSCs方面表现出巨大的潜力，故作者对其敏感机制进行深入探究。mRNA及蛋白水平检测铁死亡关键因子（如SLC7A11、GPX4和COX2等）的表达水平，结果显示SLC7A11的蛋白水平在ATRA诱导分化的细胞中明显上调，表明SLC7A11的翻译后修饰发挥主要作用，且研究报道ATRA参与调控许多去泛素化酶的表达。进一步，作者利用蛋白酶体抑制剂MG132处理经ATRA诱导分化的细胞发现SLC7A11受到泛素化调控，再利用89个去泛素化酶筛选出稳定SLC7A11的因子是DUBA，并结合免疫共沉淀、免疫荧光和泛素相关实验证明DUBA与SLC7A11存在相互作用且DUBA通过去泛素化稳定SLC7A11。

随后，作者利用细胞增殖、肿瘤球形成、流式细胞术（侧群细胞、ALDH、CD338）分析和裸鼠成瘤等实验证明DUBA/SLC7A11可以增强肝癌细胞干性。进一步，利用回复实验和缺失胱氨酸的培养基培养细胞证明DUBA可以通过SLC7A11增加c-Myc的表达。最后，作者发现利用肝癌一线靶向药物Sorafenib和c-Myc转录活性抑制剂EN4可以联合诱导肝癌细胞铁死亡及抑制其干性。

综上，这项工作探索了分化细胞对铁死亡抵抗的可能分子机制主要通过DUBA稳定SLC7A11实现，进一步发现DUBA/SLC7A11可以增加c-Myc的表达并增强肝癌干性，为靶向铁死亡杀伤CSCs提供潜在治疗靶点和策略。

https://www.nature.com/articles/s41388-023-02744-0

制版人：十一

参考文献

[1] S.J. Dixon, K.M. Lemberg, M.R. Lamprecht, R. Skouta, E.M. Zaitsev, C.E. Gleason, et al. Ferroptosis: an iron-dependent form of nonapoptotic cell death,Cell, 149 (2012) 1060-1072.

[2] Z. Wang, X. Chen, N. Liu, Y. Shi, Y. Liu, L. Ouyang, et al. A Nuclear Long Non-Coding RNA LINC00618 Accelerates Ferroptosis in a Manner Dependent upon Apoptosis,Mol Ther, 29 (2021) 263-274.

[3] Y. Mou, J. Wang, J. Wu, D. He, C. Zhang, C. Duan, B. Li. Ferroptosis, a new form of cell death: opportunities and challenges in cancer,J Hematol Oncol, 12 (2019) 34.

[4] Y. Xu, Y. Zhang, J.C. Garcia-Canaveras, L. Guo, M. Kan, S. Yu, et al. Chaperone-mediated autophagy regulates the pluripotency of embryonic stem cells,Science, 369 (2020) 397-403.

[5] S. Dong, Q. Wang, Y.R. Kao, A. Diaz, I. Tasset, S. Kaushik, et al. Chaperone-mediated

autophagy sustains haematopoietic stem-cell function,Nature, 591 (2021) 117-123.

[6] M.J. Hangauer, V.S. Viswanathan, M.J. Ryan, D. Bole, J.K. Eaton, A. Matov, et al. Drug-tolerant persister cancer cells are vulnerable to GPX4 inhibition,Nature, 551 (2017) 247-250.

[7] M. El Hout, L. Dos Santos, A. Hamai, M. Mehrpour. A promising new approach to cancer therapy: Targeting iron metabolism in cancer stem cells,Semin Cancer Biol, 53 (2018) 125-138.