双重抑制剂！同济大学蔡振宇教授团队：同时抑制坏死性凋亡和铁死亡有前景的策略

【导读】与传统的细胞凋亡不同，坏死样细胞死亡有两种不同的形式，即坏死性凋亡（necroptosis）和铁死亡（ferroptosis），它们在形态学特征和调控机制上有所不同。这两种类型的细胞死亡可以在疾病中共存，并促进病理过程。研究表明，同时抑制这两种细胞死亡可以增强治疗复杂坏死相关疾病的疗效。然而，仅通过单一化合物同时靶向这两种细胞死亡形式可能是具有挑战性的，因为这两种细胞死亡涉及不同的分子途径。

10月21日，同济大学蔡振宇教授研究团队在期刊《Cell Death&Disease》上发表了题为“Identification of KW-2449 as a dual inhibitor of ferroptosis and necroptosis reveals that autophagy is a targetable pathway for necroptosis inhibitors to prevent ferroptosis”的研究论文，本研究中，研究人员发现一种之前被描述为细胞坏死抑制剂的化合物KW-2449，在体外和体内实验中都能防止铁死亡。从机制上讲，KW-2449通过靶向自噬途径来抑制铁死亡。研究人员进一步发现，KW-2449作为ULK1的抑制剂，阻断了自噬过程中ULK1激酶的活性。令人惊讶的是，研究人员发现一种经典的细胞坏死抑制剂——Necrostatin-1，已经证明能防止铁死亡，它也通过靶向自噬途径来抑制铁死亡。这项研究提供了关于细胞坏死抑制剂如何防止铁死亡的第一手认识，并表明自噬途径是细胞坏死抑制剂预防铁死亡的可靶向途径。因此，从凋亡抑制剂中识别并设计靶向自噬途径的药物分子，是开发临床应用中同时抑制凋亡和铁死亡的双重抑制剂的有前景的策略。

https://www.nature.com/articles/s41419-024-07157-9#Sec37

背景信息

01

受调控的细胞死亡（RCD）在多种生理过程中起着关键作用，例如发育、组织稳态和免疫反应。RCD途径的失调可导致多种疾病的发展和进展。已经发现了几种类型的RCD，包括凋亡、坏死性凋亡、焦亡和铁死亡。越来越多的证据表明，不同的RCD形式可以同时发生，以介导病理过程，针对多种RCD形式的治疗可能对某些疾病更有效。

细胞坏死性凋亡（RCD）有两种不同的形式，即细胞坏死（necrosis）和细胞坏死性凋亡（necroptosis）以及铁死亡（ferroptosis）。这两种形式的RCD都与细胞坏死具有一些形态学特征，如细胞肿胀和细胞膜破裂。细胞坏死性凋亡是由肿瘤坏死因子（TNF）超家族的死亡受体信号引起的，包括Toll样受体、干扰素受体或Z-DNA结合蛋白1。其特征是激活丝裂原活化蛋白激酶1和3（RIPK1和3）以及混合型线粒体激酶结构域类似蛋白（MLKL）的磷酸化，导致细胞膜破裂和细胞内物质的释放。与细胞坏死性凋亡不同，铁死亡的特点是细胞内脂质过氧化物和铁依赖的活性氧（ROS）的积累。铁死亡可由体内主要抗氧化剂谷胱甘肽（glutathione）的耗竭或参与降低脂质过氧化物的关键酶（如谷胱甘肽过氧化物酶4（GPX4））的抑制引起。这导致脂质过氧化物的积累，导致细胞膜的氧化损伤，最终导致细胞死亡。最近，铁死亡已被认为是一种依赖于自噬的细胞死亡形式。几种类型的选择性自噬，包括铁蛋白自噬、脂质自噬、时钟自噬等，已被证明通过诱导氧化损伤促进铁死亡。

KW-2449通过靶向自噬途径来抑制铁死亡

02

研究人员检测了RSL3-处理细胞中NCOA4和铁蛋白重链1（FTH1）的表达水平。研究发现，在RSL3-诱导的细胞铁死亡过程中，NCOA4的表达水平没有改变。然而，FTH1的表达水平在铁死亡过程中增加，KW-2449对FTH1表达量的增加没有影响。先前的研究表明，FTH1的表达可能通过铁死亡过程中LIP的积累而受到转录调控。因此，研究人员通过实时荧光定量PCR（RT-PCR）测量了FTH1 mRNA的表达水平。结果与先前的研究一致，RSL3-诱导的铁死亡过程中FTH1 mRNA表达增加，而KW-2449可抑制这种增加。由于研究人员发现KW-2449降低了铁死亡过程中的二价铁含量，这些数据表明KW-2449可能通过阻止铁死亡过程中LIP的积累来抑制FTH1的转录。研究人员观察了RSL3-诱导的铁死亡过程中GFP-LC3和BFP（蓝色荧光蛋白）标记的FTH1的共定位。如图1C所示，在RSL3处理后，BFP-FTH1与GFP-LC3斑点簇共定位，表明发生了铁蛋白自噬。相反，KW-2449处理抑制了BFP-FTH1与GFP-LC3斑点簇的共定位，表明KW-2449抑制了FTH1的自噬降解。此外，研究人员发现KW-2449的所有已知靶点，包括FLT3、ABL和Aurora激酶，均未参与RSL3-诱导的铁蛋白自噬，因为RSL3处理引起的BFP-FTH1与GFP-LC3斑点簇的共定位不受siRNA介导的基因敲低影响。因此，这些数据表明KW-2449必须靶向其他未鉴定的因子来抑制RSL3-诱导的铁蛋白自噬。

图1：KW-2449通过靶向自噬途径来抑制铁死亡

数据表明，KW-2449作为一种自噬抑制剂，可阻断选择性自噬。为了进一步确认自噬是KW-2449抑制铁死亡的目标，研究人员随后敲低了Atg5基因，该基因是自噬体形成的必需基因，以阻断MEF细胞的自噬。由于自噬促进铁死亡，通过敲低Atg5抑制自噬可延迟RSL3-诱导的细胞死亡。在随后的时间点，这种类型的细胞死亡可以通过铁死亡抑制剂Fer-1得到抑制，这表明在Atg5敲低细胞中RSL3-诱导的细胞死亡是铁死亡。值得注意的是，与shRNA对照MEF细胞相比，KW-2449不再能保护Atg5敲低细胞免受RSL3-诱导的铁死亡。此外，当在这些细胞中恢复Atg5表达时，KW-2449对RSL3-诱导的铁死亡的保护能力再次显现。因此，这些数据表明，KW-2449靶向自噬途径来抑制铁死亡。

结论

03

总之，研究人员将KW-2449鉴定为一种同时抑制细胞坏死和铁死亡的双重抑制剂，这为研究人员提供了关于如何利用细胞坏死抑制剂预防铁死亡的第一手认识。这项研究还揭示了经典细胞坏死抑制剂Nec-1能够抑制铁死亡的潜在机制。本研究表明，自噬是细胞坏死抑制剂预防铁死亡的可靶向途径，为未来临床应用中开发同时抑制细胞坏死和铁死亡的双重抑制剂提供了理论基础。

【参考资料】

https://www.nature.com/articles/s41419-024-07157-9#Sec37

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