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當(dāng)前位置:首頁(yè) > 動(dòng)態(tài)中心 > 科研動(dòng)態(tài) Nature:新發(fā)現(xiàn)鐵死亡防御系統(tǒng)提供腫瘤治療新靶點(diǎn)
Nature:新發(fā)現(xiàn)鐵死亡防御系統(tǒng)提供腫瘤治療新靶點(diǎn)
[ 來(lái)源:轉(zhuǎn)載自網(wǎng)絡(luò)   發(fā)布日期:2021-05-14 09:43:17  責(zé)任編輯:  瀏覽次 ]


鐵死亡(ferroptosis)是一種鐵離子依賴性的程序性細(xì)胞死亡形式,其主要機(jī)制是當(dāng)細(xì)胞內(nèi)抗氧化系統(tǒng)遭受損害時(shí),在二價(jià)鐵或酯氧合酶的催化下,細(xì)胞膜系統(tǒng)上含不飽和脂肪酸長(zhǎng)鏈的磷脂分子(PUFA-PLs)發(fā)生脂質(zhì)過(guò)氧化(lipid peroxidation),從而導(dǎo)致細(xì)胞死亡。

 

已有研究表明細(xì)胞中有多個(gè)對(duì)抗鐵死亡的防御系統(tǒng),其中最為經(jīng)典的為谷胱甘肽過(guò)氧化物酶4(GPX4)介導(dǎo)的,通過(guò)GSH特異性催化脂質(zhì)過(guò)氧化物從而抑制鐵死亡發(fā)生。新近發(fā)現(xiàn)的鐵死亡抑制因子FSP1在細(xì)胞膜上將泛醌(CoQ)還原為二氫泛醌(CoQH2,CoQH2作為一種抗氧化劑阻止脂質(zhì)過(guò)氧化抑制鐵死亡發(fā)生。然而,其它細(xì)胞器膜是否存在鐵死亡防御系統(tǒng)仍未可知。

 

2021年5月12日,美國(guó)MD安德森癌癥中心甘波誼教授團(tuán)隊(duì)在 Nature 期刊發(fā)表了題為:DHODH-mediated ferroptosis defence is a targetable vulnerability in cancer 的研究論文。該研究首次發(fā)現(xiàn)定位于線粒體中不依賴于谷胱甘肽(glutathione,GSH)的鐵死亡防御系統(tǒng), 并對(duì)癌癥治療有重要提示。線粒體內(nèi)膜上的二氫乳清酸脫氫酶(DHODH)在阻止鐵死亡中起著重要而以前未知的作用。臨床前研究結(jié)果表明,靶向DHODH可以恢復(fù)鐵死亡,由于鐵死亡在許多腫瘤中活躍,因此,這項(xiàng)研究表明,可以通過(guò)誘導(dǎo)鐵死亡,抑制腫瘤生長(zhǎng),為癌癥治療提供了新的靶點(diǎn)。MD安德森癌癥中心實(shí)驗(yàn)放射腫瘤學(xué)系甘波誼教授為論文通訊作者,毛超博士為第一作者。


 

線粒體是由內(nèi)膜和外膜兩層膜包裹的細(xì)胞器,是進(jìn)行有氧呼吸的主要場(chǎng)所,其內(nèi)膜上電子傳遞過(guò)程會(huì)產(chǎn)生大量活性氧(ROS)。位于線粒體內(nèi)膜的二氫乳清酸脫氫酶(DHODH)負(fù)責(zé)催化嘧啶核苷酸合成途徑的第四步反應(yīng),即二氫乳清酸(DHO)氧化為乳清酸(OA),與此同時(shí)內(nèi)膜中的泛醌(CoQ)接收電子被還原成為二氫泛醌(CoQH2)。

 

本研究發(fā)現(xiàn),除了合成嘧啶核苷酸,DHODH還可以通過(guò)產(chǎn)生線粒體內(nèi)膜中CoQH2從而在線粒體中抑制鐵死亡, 這是因?yàn)镃oQH2可以作為一種自由基捕獲型抗氧化劑(radical trapping antioxidant)來(lái)阻止脂質(zhì)過(guò)氧化,從而抑制鐵死亡。

 

首先,研究團(tuán)隊(duì)對(duì)GPX4抑制劑處理的細(xì)胞進(jìn)行非靶向代謝組學(xué)分析發(fā)現(xiàn),嘧啶合成通路可能與鐵死亡存在聯(lián)系。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)負(fù)責(zé)催化嘧啶合成途徑的第四步反應(yīng)的DHODH可能參與抑制鐵死亡發(fā)生。更加意思的是,DHODH抑制劑Brequinar(BQR)在低表達(dá)GPX4細(xì)胞中誘導(dǎo)鐵死亡發(fā)生,而高表達(dá)GPX4細(xì)胞中BQR處理明顯增加細(xì)胞對(duì)鐵死亡的敏感性。CTRP(Cancer Therapeutics Response Portal)數(shù)據(jù)庫(kù)中DHODH表達(dá)水平與GPX4抑制劑耐藥性呈正相關(guān)。而進(jìn)一步細(xì)胞實(shí)驗(yàn)也證實(shí)同時(shí)靶向GPX4與DHODH能夠?qū)е妈F死亡發(fā)生。

 

機(jī)制研究證實(shí)DHODH只有定位于線粒體時(shí)才能發(fā)揮其抑制鐵死亡的功能,并且該功能依賴于其酶活性。隨后發(fā)現(xiàn)在DHODH和線粒體GPX4共同失活會(huì)導(dǎo)致線粒體脂質(zhì)過(guò)氧化,且DHODH抑制劑Brequinar(BQR)處理能夠顯著升高細(xì)胞內(nèi)CoQ/CoQH2比例,說(shuō)明DHODH通過(guò)將CoQ還原成為CoQH2,和線粒體中的GPX4協(xié)同抑制線粒體脂質(zhì)過(guò)氧化發(fā)生,且與胞漿GPX4以及FSP1組成的細(xì)胞膜上鐵死亡防御系統(tǒng)是兩套不同的體系。

 

在體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中,通過(guò)裸鼠成瘤和人源腫瘤異種移植(PDX)模型證實(shí),抑制DHODH可以在低表達(dá)GPX4的實(shí)體瘤中誘導(dǎo)鐵死亡發(fā)生和抑制腫瘤生長(zhǎng),而在高表達(dá)GPX4實(shí)體瘤中鐵死亡誘導(dǎo)劑 sulfasalazine 聯(lián)合BQR具有良好的治療效果。

 

總的來(lái)說(shuō),本研究提出腫瘤細(xì)胞中至少存在三種基于不同亞細(xì)胞定位的鐵死亡防御系統(tǒng):胞漿和線粒體GPX4,細(xì)胞膜上的FSP1,和線粒體內(nèi)膜上的DHODH;以線粒體來(lái)說(shuō), DHODH和線粒體定位的GPX4構(gòu)成了主要鐵死亡防御體系。這一重磅發(fā)現(xiàn)將為鐵死亡應(yīng)用于抗腫瘤藥物開(kāi)發(fā)提供新思路。


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