國自然熱門—鐵死亡

鐵死亡（Ferroptosis）最早是2012年由Brent R. Stockwell提出的，研究發(fā)現(xiàn)Erastin可以特異性誘導(dǎo)Ras突變細胞死亡。它與鐵依賴的脂質(zhì)過氧化代謝有關(guān)，通過NADPH/H+、多不飽和脂肪酸代謝、谷氨酰胺分解代謝途徑調(diào)節(jié)細胞死亡。我們回顧2019年度鐵死亡的相關(guān)研究課題，發(fā)現(xiàn)一共有128項課題。鐵死亡是目前國自然申請的熱點。小編接下來為大家講解鐵死亡的機制和研究思路。

1.鐵死亡機制

（1）抑制GPX4誘導(dǎo)鐵死亡：GPX4 能降解小分子過氧化物和某些脂質(zhì)過氧化物，抑制脂質(zhì)過氧化。研究發(fā)現(xiàn)，若細胞中 GPX4 表達下調(diào)則會對鐵死亡更敏感；相反，若上調(diào) GPX4 的表達，則會產(chǎn)生對鐵死亡的耐受。因此，將GPX4抑制后將誘導(dǎo)細胞發(fā)生鐵死亡。

（2）抑制胱氨酸谷氨酸轉(zhuǎn)運受體 (systemXC-)誘導(dǎo)鐵死亡：通過systemXC-，谷氨酸與胱氨酸以1:1比例交換，因此，谷氨酸的水平會影響到systemXC- 的功能。細胞外高濃度的谷氨酸會抑制systemXC-從而誘導(dǎo)鐵死亡。敲除systemXC-的小鼠由于細胞外谷氨酸水平減少，可以防止神經(jīng)毒性損傷。

（3）p53介導(dǎo)鐵死亡：p53是一種抑癌基因，通過下調(diào)systemXC-組分SLC7A11的表達抑制細胞對胱氨酸的攝取，導(dǎo)致谷胱甘肽過氧化物酶活性降低，削減細胞抗氧化能力，增強細胞對鐵死亡的敏感性。同時，研究發(fā)現(xiàn)，在人腫瘤細胞中SLC7A11過度表達，這種過表達能夠抑制活性氧誘導(dǎo)的“鐵死亡”，同時削弱p53 3KR介導(dǎo)的對腫瘤生長的抑制作用。

2.鐵死亡研究思路

3.文獻例證

這篇發(fā)表于影響因子9.986的“redox biology”雜志的文章首次報道了HSCs中鐵死亡的分子機制和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機制。我們發(fā)現(xiàn)BRD7-P53-SLC25A28軸在調(diào)節(jié)肝星狀細胞(HSCs)的鐵死亡作用中起關(guān)鍵作用。BRD7-P53-SLC25A28軸是肝纖維化的潛在靶點。

1）  HSC鐵死亡過程中BRD7蛋白水平上調(diào)

BRD7在調(diào)控細胞命運中發(fā)揮關(guān)鍵作用，涉及細胞生長、凋亡、衰老、焦亡和壞死。但BRD7是否參與HSC鐵死亡尚不清楚。在本實驗中，BRD7蛋白表達在誘導(dǎo)鐵死亡過程中顯著上調(diào)。MG-132處理顯著增加了Xc抑制介導(dǎo)的鐵死亡系統(tǒng)中BRD7蛋白的表達。

 2）  BRD7表達上調(diào)導(dǎo)致星狀細胞鐵死亡

為了明確BRD7表達上調(diào)是否導(dǎo)致星狀細胞鐵死亡，我們利用修飾誘導(dǎo)的CRISPR/Cas9系統(tǒng)進行實驗。敲除BRD7顯著廢除了系統(tǒng)Xc抑制或GPX4抑制介導(dǎo)的鐵積累、脂質(zhì)過氧化、脂質(zhì)ROS生成和谷胱甘肽耗竭。CRISPR/ cas9介導(dǎo)的BRD7基因敲除完全消除了鐵細胞的典型變化。此外，幾種鐵螯合劑去鐵胺和脂質(zhì)過氧化抑制劑丁香酚顯著逆轉(zhuǎn)了系統(tǒng)Xc抑制介導(dǎo)的BRD7過表達的HSCs的生長抑制。

3）  線粒體易位p53介導(dǎo)的BRD7增強星狀細胞鐵死亡

已有研究表明p53發(fā)揮其生物學(xué)功能需要BRD7。BRD7的上調(diào)是否通過p53依賴機制導(dǎo)致星狀細胞鐵死亡?我們發(fā)現(xiàn)敲除BRD7后，p53在線粒體中的表達顯著降低。BRD7敲擊促進了HSC 鐵死亡過程中p53和線粒體的共定位。BRD7可以通過TAD結(jié)構(gòu)域直接與p53結(jié)合。p53線粒體易位可能介導(dǎo)BRD7增強的HSC鐵死亡。

4）  線粒體p53與SLC25A28相互作用，破壞了BRD7增強的HSC鐵死亡的鐵穩(wěn)態(tài)

線粒體作為鐵儲存和利用的主要樞紐， p53線粒體易位是否參與了線粒體鐵穩(wěn)態(tài)的調(diào)節(jié)?我們研究表明erastin處理明顯增加了線粒體鐵含量。而S392A突變體和p53敲低則完全減少了鐵細胞的線粒體鐵積累。另外，我們在鐵運輸中鑒定了一個候選靶點SLC25A28。p53 knockin顯著增強了鐵死亡中SLC25A28的活性。SLC25A28敲除完全消除了線粒體鐵的積累，進而損害BRD7 knockin增強的鐵死亡。

5）  BRD7-P53-SLC25A28軸干擾了電子傳遞鏈，加重了BRD7增強的HSC鐵死亡的脂質(zhì)過氧化

鐵是鐵硫團簇和血紅素的重要組成部分，是參與線粒體電子傳遞鏈的酶所必需的。我們發(fā)現(xiàn)SLC25A28基因沉默顯著降低了復(fù)合物I、II、III和IV的活性，而SLC25A28 knockin顯著增加了這些復(fù)合物在鐵死亡中的電子傳遞活性。erastin處理后，NDUFB8(復(fù)合物I)、SDHB(復(fù)合物II)、707 MTCO1(復(fù)合物III)和UQCRC2(復(fù)合物IV)在BRD7過表達的HSC-T6細胞中表達顯著增加。線粒體復(fù)合物I(魚藤酮)、復(fù)合物II (DBM)、復(fù)合物III(抗霉素)和復(fù)合物IV (NaN3)的抑制劑可使BRD7 knockin、p53 knockin或SLC25A28 knockin增強的鐵死亡受到損害。

6）  HSC特異性阻斷BRD7-P53-SLC25A28軸可損害erastin誘導(dǎo)的小鼠肝纖維化中的星狀細胞鐵死亡

為了評價BRD7-P53-SLC25A28軸是否在體內(nèi)調(diào)節(jié)鐵死亡，建立了經(jīng)典的BDL小鼠肝纖維化模型。我們發(fā)現(xiàn)模型組小鼠肝臟出現(xiàn)了嚴重的肝纖維化損傷，但erastin治療改善了BDL介導(dǎo)的纖維化病理改變。VA-Lip-BRD7-shRNA或VA-Lip-P53-shRNA或VA-Lip-SLC25A28-shRNA治療后，erastin對肝纖維化的改善作用明顯受損。腹腔內(nèi)注射的erastin顯著減少ACTA2，COL1A1，fibronectin和 desmin的表達，但VA-Lip-BRD7-shRNA或VA-Lip-P53-shRNA 751或VA-Lip-SLC25A28-shRNA損害erastin的抑制作用。此外，通過VA-Lip-BRD7-shRNA或VA-Lip-P53-shRNA或VA-Lip-SLC25A28-shRNA特異性阻斷BRD7-P53-SLC25A28軸，可以完全消除erastin誘導(dǎo)的BRD7上調(diào)、p53線粒體易位、線粒體鐵積累、ETC亢進、脂質(zhì)過氧化和鐵死亡。

 7）  BRD7-P53-SLC25A28軸調(diào)節(jié)索拉非尼治療的纖維化患者HSCs的鐵死亡

為了在臨床中驗證這一潛在機制，我們分析了肝活檢樣本。索拉非尼單藥治療顯著降低了纖維化標(biāo)志物ACTA2、COL1A1和纖維連接蛋白的水平。在接受索拉非尼單藥治療后，人HSCs中BRD7水平顯著上調(diào)。此外，索拉非尼單藥治療促進了BRD7和p53在原發(fā)性人HSCs中的結(jié)合。索拉非尼單藥治療引起原發(fā)性人HSCs中p53線粒體易位、p53與SLC25A28相互作用、線粒體鐵積累和ETC亢進。此外，索拉非尼單藥治療可能導(dǎo)致PTGS2的上調(diào)和鐵中毒事件。

參考文獻：Zhang Z , Guo M , Shen M , et al. The BRD7-P53-SLC25A28 axis regulates ferroptosis in hepatic stellate cells[J]. Redox Biology, 2020, 36:101619.