铁死亡预测性标志物被揭示，或可成为恶性肿瘤的新治疗靶点

骨肉瘤 (OS) 是骨骼系统最常见的恶性肿瘤之一，约占所有骨癌的 56%。OS 起源于恶性间充质细胞产生的类骨或未成熟骨，因此通常影响儿童和青少年。由于其恶性程度高、转移早、易复发、耐药等特点，其死亡率高，预后差。

越来越多的证据表明，诱导非凋亡细胞死亡是一种新型抗肿瘤策略，能用来克服现有的肿瘤耐药问题。铁死亡是一种新发现的程序性细胞死亡形式，具有多种形态特征、诱导因子和调节机制。因此，靶向调控肿瘤细胞铁死亡可能是治疗肿瘤较有前景的方法。目前已证实在肝细胞癌、乳腺癌、黑色素瘤、卵巢癌和肾癌等不同类型的癌症中，铁死亡在限制癌细胞生长、增强细胞杀伤和克服耐药性方面发挥着关键作用。然而，不同肿瘤细胞对铁死亡的敏感性是高度异质性的，因此需要进一步深入了解调控整个过程的分子机制。

最新研究发现，铁死亡抑制蛋白 1 ( Ferroptosis suppressor protein 1, FSP1) 能够减少脂质过氧化物，从而抑制铁死亡。值得关注的是，抑制 FSP1 可选择性地使癌细胞对铁死亡变得敏感，从而突出了其可作为潜在生物标志物和治疗靶点。

2024 年 2 月 17 日，来自意大利东皮埃蒙特大学的研究团队在 Cell Death Discovery 杂志发表了题为 FSP1 is a predictive biomarker of osteosarcoma cells susceptibility to ferroptotic cell death and a potential therapeutic target 的文章，在这项研究中，他们发现 OS 细胞的异质性细胞反应和对铁死亡的敏感性与 FSP1 的基础表达直接相关，抑制 FSP1 的表达或活性可以有效地使耐药 OS 细胞对铁死亡重新敏感。此外，他们还揭示了调节 OS 细胞中 FSP1 基础表达的分子机制，从而表明FSP1 是一种新的有价值的预测性生物标志物，可以预测 OS 对铁死亡的敏感性，并有可能成为一种新的治疗靶点。

图片来源：Cell Death Discovery

1. OS 对铁死亡的敏感性具有异质性

根据肿瘤类型、微环境和获得性突变，癌细胞对铁死亡具有异质性的敏感性，使每个肿瘤成为一个独特的实体，增加了确定正确治疗方案的难度。因此，为了评估人骨肉瘤对铁死亡的敏感性，他们评估了 3 个人骨肉瘤细胞系 U2OS、MG63 和 HOS 中这种非凋亡细胞死亡过程的诱导和执行。

将 3 株细胞系经 0.5µM RSL3 处理，8 小时后通过 qPCR 检测已知铁离子标记物 PTGS2 和 SLC7A11 的表达情况。结果表明，与未处理对照组相比，RSL3 处理细胞中 PTGS2 和 SLC7A11 均显著上调，脂质 ROS 在 HOS 中大量积累，在 MG63 中略少，在 U2OS 中明显降低。有趣的是，在三种细胞系中，铁细胞死亡的执行有显著差异，具体表现为：在 RSL3 的作用下，HOS 细胞的活力显著下降，为 17%，MG63 对处理也很敏感，细胞活力下降到 34%，而 U2OS 细胞对处理无反应 (细胞活力为 93%)。总的来说，这些结果清楚地表明，U2OS 对铁死亡最耐药，而 HOS 对铁死亡最敏感。

图片来源：Cell Death Discovery

2. 骨肉瘤的 EMT 和铁离子敏感性

上皮-间充质转化 (Epithelial-to-mesenchymal transition, EMT) 是骨肉瘤从原发部位脱离并获得侵袭性和转移性表型的重要机制。此外，一些证据表明，化疗耐药或接受 EMT 的癌细胞可能对铁死亡表现出更大的脆弱性。

他们在三种骨肉瘤细胞系 (U2OS、MG63 和 HOS) 中检测了 EMT 标记物的表达，包括转录因子 TWIST1 和 SNAIL、细胞粘附分子 N-Cadherin (N-Cad) 和 E-cadherin (E-Cad)、基质金属蛋白酶 9 (MMP9) 和中间丝蛋白 Vimentin (VIM) 的表达。除 E-Cad 外，EMT 标记物在铁死亡敏感的 HOS 细胞株中表达明显增强，上皮标记物 E-Cad 在最耐药的 U2OS 中表达最高，而在 MG63 和 HOS 中表达程度较低。

他们还通过 Transwell 迁移实验评估了细胞的侵袭能力。结果表明，HOS 细胞的侵袭性高于 MG63 和 U2OS，而 U2OS 的侵袭性较小。总的来说，这些数据清楚地表明 EMT 与骨肉瘤细胞的铁死亡之间存在相关性。

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3. FSP1 在 OS 抵抗铁死亡诱导中起关键作用

铁死亡抑制蛋白 1 (FSP1)，也被称为细胞凋亡诱导因子线粒体 2 (AIFM2)，是一种新近发现的铁死亡抑制因子，它与 GPX4 共同工作，但独立于 GPX4。因此，为了研究 FSP1 在 OS 细胞铁死亡中的潜在作用，他们首先评估了其基础表达水平。数据显示，U2OS 细胞的 FSP1 mRNA 表达量最高，HOS 细胞的 FSP1 mRNA 表达量最低，MG63 细胞的 FSP1 mRNA 表达量居中。这些结果提出了一种假设，即 FSP1 的基础表达可能被用作 OS 对铁死亡执行敏感性的潜在预测生物标志物。

数据显示 RSL3 刺激的 FSP1 上调在最耐药的 U2OS 中尤为明显，而在 MG63 中不那么明显，在最敏感的 HOS 中更温和，这进一步证实了 FSP1 可能参与 OS 细胞对铁死亡的耐药性。

为了验证我们的假设，他们使用特异性抑制剂 iFSP1(6µM) 抑制 FSP1 的活性，并将所有 OS 细胞株暴露在 0.5µM RSL3 环境下 24 小时。结果发现，所有 OS 细胞株对铁死亡的敏感性增强。重要的是，FSP1 抑制完全恢复了耐药 U2OS 细胞的表型，使这些细胞对铁死亡高度敏感。

此外，他们也在 3D OS 球体中评估了 OS 细胞对 RSL3 诱导的铁死亡敏感性。与 2D 细胞培养的结果一致，3D 的实验结果也表明：HOS 细胞比 MG63 更敏感，并且 FSP1 抑制持续增加了两种细胞类型对 RSL3 处理的敏感性。

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4. NRF2 在 OS 细胞中不调控 FSP1 的表达

为了检测 NRF2 是否参与了 FSP1 的基础表达调控，他们在骨肉瘤细胞系中评估了该转录因子的蛋白和 mRNA 水平。研究发现，在 U2OS 中 NRF2 的表达与 HOS 中非常相似，而在 MG63 中 NRF2 的表达在蛋白水平和 mRNA 水平上都略高。在评估 NRF2 负调控因子 KEAP1 的表达时也得到了类似的结果。这些结果表明了 NRF2 可能不参与 FSP1 基础表达的调节。

不过，NRF2 在铁死亡过程中的作用已被描述，该因子参与铁死亡的氧化应激所引起的一般抗氧化靶基因的调控，以及铁诱导特异性因子的调控。因此，为了验证 NRF2 信号通路的完整性及其在铁离子刺激下的迅速激活，他们评估了氧化应激相关 HO-1 和 NQO1 以及铁离子相关 GPX4 和 SLC7A11 的表达。整体数据表明，NRF2 在铁死亡早期被激活，但不参与 FSP1 的基础表达。

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5. p53 在 OS 细胞中参与调节 FSP1 的基础表达

接下来，他们在 p53 缺失的 MG63 细胞中短暂过表达野生型 p53，并评估 FSP1 的水平。结果发现，MG63 细胞中野生型 p53 的 FSP1 基因表达量呈剂量依赖性增加。后续的实验结果也表明，抑制 p53 的表达可以降低 FSP1 的基础表达，说明 p53 在骨肉瘤细胞中参与调控 FSP1 的基础表达。

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综上所述，他们基于最近描述的一种新的程序性细胞死亡形式，即铁死亡，探索了一种潜在的杀死骨肉瘤细胞的策略，它的特征是铁依赖的脂质过氧化物（非凋亡细胞死亡的执行者），为传统疗法抵抗的癌症提供了新的治疗机会。

参考资料

[1] Panczyszyn, E., Saverio, V., Monzani, R. et al. FSP1 is a predictive biomarker of osteosarcoma cells』 susceptibility to ferroptotic cell death and a potential therapeutic target. Cell Death Discov. 10, 87 (2024).

[2] Gill J, Gorlick R. Advancing therapy for osteosarcoma. Nat Rev Clin Oncol. 2021;18:609–24.

[3] Tang D, Chen X, Kang R, Kroemer G. Ferroptosis: molecular mechanisms and health implications. Cell Res. 2021;31:107–25.

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