鐵死亡損傷通過依賴TMEM173/STING途徑促進胰腺腫瘤發(fā)生
胰腺癌約占美國所有癌癥的3％和所有癌癥死亡的7％。胰腺導管腺癌（PDAC）是一種外分泌腫瘤，是最常見的胰腺癌病理類型。盡管許多因素促使正常胰管向侵襲前病變轉(zhuǎn)變?yōu)榍忠u性PDAC，但這種進展主要是由炎癥性腫瘤微環(huán)境中的內(nèi)在Kras突變驅(qū)動的。了解胰腺腫瘤微環(huán)境的組成和功能可能有助于開發(fā)新的診斷和更好的治療方法。
今天我們看的文章題名為:Ferroptotic damage promotes pancreatic tumorigenesis through a TMEM173/STING-dependent DNA sensor pathway，發(fā)表在nature communications雜志，影響因子12.121。改文章發(fā)現(xiàn)，高鐵飲食或Gpx4消耗均可促進8-OHG釋放，從而激活TMEM173 / STING依賴性DNA傳感器途徑，從而導致小鼠巨噬細胞浸潤和激活Kras驅(qū)動的PDAC。
高鐵飲食或Gpx4缺失促進實驗性胰腺炎
胰腺炎是胰腺癌發(fā)生的危險因素，首先研究了鐵死亡對實驗性急性胰腺炎模型的影響，急性胰腺炎模型是由雨蛙肽或L-精氨酸誘導的。高鐵飲食3個月后，小鼠胰鐵含量高于對照組。與對照飲食小鼠相比，高鐵飲食小鼠更易受雨蛙肽或L-精氨酸誘導的胰腺炎的影響，死亡率顯著更高。HE評估顯示高鐵飲食組腺泡細胞過度死亡、白細胞浸潤和間質(zhì)水腫。高鐵飲食組的血清淀粉酶、胰腺胰蛋白酶活性和胰腺髓過氧化物酶活性顯著升高，表明高鐵水平加速了胰腺炎的進展。
接下來確定GPX4介導的抗氧化反應對實驗性胰腺炎的影響。小鼠胰腺中Gpx4的條件性KO不影響胰腺發(fā)育和內(nèi)分泌功能和鐵水平，但會導致雨蛙肽或L-精氨酸誘導的胰腺炎比野生型（WT）小鼠發(fā)展更快，死亡率、胰腺損傷和胰腺炎相關(guān)酶（淀粉酶、胰蛋白酶和髓過氧化物酶）增加。相反，服用liproxstatin-1（一種鐵死亡抑制劑），對雨蛙肽或L-精氨酸誘導的胰腺炎有保護作用，特別是在高鐵飲食或Gpx4缺乏的情況下。這提示鐵過載和Gpx4缺失通過氧化損傷加速實驗性胰腺炎的進展。
高鐵飲食或Gpx4缺失促進Kras驅(qū)動的胰腺腫瘤發(fā)生
與KC（Pdx1-Cre; KrasG12D/+）小鼠相比，Gpx4缺失KCG（Pdx1-Cre；KrasG12D/+，Gpx4?/?）小鼠高鐵飲食進一步增加Kras介導的動物死亡，胰腺重量增加，胰腺上皮內(nèi)瘤變（PanIN）的形成和基質(zhì)反應。相比之下，Gpx4耗竭或高鐵飲食會減少正常的腺泡細胞。KC小鼠的胰腺鐵高于對照飲食。正常飲食的KC和KCG小鼠之間的胰腺鐵無差異。在10-12個月大時，在KCG小鼠中觀察到腫瘤侵襲或向肝和肺轉(zhuǎn)移的增加。這些發(fā)現(xiàn)表明高鐵飲食或Gpx4缺失會加速胰腺Kras介導的PDAC。接下來研究了Gpx4缺失或高鐵飲食對Kras驅(qū)動的分子事件的影響，這些分子事件涉及腺泡到導管的化生、導管病變、基質(zhì)反應和轉(zhuǎn)移。腺泡到導管化生（Sox9）、導管病變（Krt19）、基質(zhì)反應（Vim）和轉(zhuǎn)移（Mmp9）通過Gpx4缺失或高鐵飲食上調(diào)。
相反，鐵死亡抑制劑liproxstatin-1對Kras引起的動物死亡以及Gpx4缺失或高鐵飲食小鼠的病理和分子變化具有保護作用。此外，在Kras引起的胰腺腫瘤發(fā)生中，Gpx4缺失或高鐵飲食均上調(diào)了胰腺中PTGS2（一種鐵下垂的標志物）和Ki67（一種腫瘤細胞增殖的標志物）的表達。這些動物研究表明，鐵死亡可能促進Kras驅(qū)動的胰腺腫瘤的發(fā)生。值得注意的是，雜合子缺失Gpx4未能加速Kras介導的動物死亡、胰腺導管上皮內(nèi)瘤變和基質(zhì)反應。在3個月大時，純合Gpx4缺失和高鐵飲食對Kras介導的胰腺導管癌變和基質(zhì)反應有協(xié)同作用。
巨噬細胞耗竭減少胰腺腫瘤發(fā)生
鑒于巨噬細胞是胰腺腫瘤發(fā)生早期的主要參與者，接下來測試了Gpx4缺失或高鐵飲食對腫瘤微環(huán)境中巨噬細胞浸潤和激活的影響。F4/80免疫熒光染色觀察巨噬細胞浸潤情況。腫瘤相關(guān)巨噬細胞（TAM）在Kras驅(qū)動的小鼠中隨著Gpx4缺失或高鐵飲食而增加，表明鐵和Gpx4是胰腺腫瘤微環(huán)境中巨噬細胞浸潤的調(diào)節(jié)因子。為了進一步確定巨噬細胞在高鐵飲食或Gpx4消耗依賴性腫瘤發(fā)生中的作用，使用氯膦酸鹽脂質(zhì)體來消耗巨噬細胞。與對照脂質(zhì)體相比，氯膦酸鹽脂質(zhì)體對巨噬細胞抑制作用降低了Gpx4缺失（KCG）或高鐵飲食小鼠的動物死亡率、胰腺重量、癌變和基質(zhì)反應；Sox9、Krt19、Vim和Mmp9的表達被氯膦酸鹽脂質(zhì)體下調(diào)。因此，巨噬細胞聚集似乎是高鐵飲食或Gpx4缺失依賴性胰腺腫瘤發(fā)生所必需的。
氧化核堿基通過TMEM173誘導巨噬細胞遷移和活化
Gpx4耗盡或高鐵飲食導致氧化胰腺或血清中DAMP的產(chǎn)生和釋放增加，DAMP包括4-HNE（脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物）和8-OHG（DNA氧化損傷的主要產(chǎn)物）。接下來測試了這些氧化損傷相關(guān)的DAMP是否能在體外調(diào)節(jié)巨噬細胞的遷移和活化。與4-HNE相比，8-OHG（500?ng/ml）顯著誘導原代小鼠骨髓源性巨噬細胞（BMDM）或人血單核細胞源性巨噬細胞（HPBMs）中的細胞遷移和細胞因子Il6和iNos表達釋放。這些結(jié)果表明氧化的堿基（8-OHG）而不是氧化的脂質(zhì)（4-HNE）可能促進巨噬細胞的遷移和活化。
鑒于8-OHG是一種氧化的DNA損傷產(chǎn)物，然后測試了TMEM173是否是宿主細胞中的一種主要的DNA感應調(diào)節(jié)劑，調(diào)節(jié)8-OHG活性。DNA傳感器環(huán)GMP-AMP合酶（CGAS）與宿主DNA結(jié)合，啟動TMEM173依賴性反應。與對照組KC小鼠相比，來自KCG小鼠的腫瘤中8-OHG DNA和CGAS的共定位增加，支持先前的發(fā)現(xiàn)8-OHG是CGAS的直接配體。在Kras驅(qū)動的小鼠PDAC期間，腫瘤微環(huán)境中TMEM173或CGAS的表達以時間依賴性方式增加。在體外，Tmem173的缺失阻斷了8-OHG誘導的細胞遷移和BMDM中Il6和Nos2的mRNA表達。這些數(shù)據(jù)表明8-OHG誘導的巨噬細胞遷移和活化需要TMEM173，而不是TLR9。
TMEM173促進胰腺腫瘤發(fā)生
為了確定TMEM173通路是否是胰腺癌發(fā)生所必需的，首先將8-OHG抗體注射到KGC小鼠體內(nèi)。與IgG對照相比， 8-OHG抗體延長了動物存活時間，抑制了Gpx4缺失介導的胰腺增重和快速腫瘤進展，減少了腫瘤形成，減少了基質(zhì)反應，減少了TAM浸潤。
在KC小鼠中，Tmem173的缺失可防止Gpx4缺失誘導的動物死亡、腫瘤進展和TAM浸潤減少。阻斷8-OHG-TMEM173通路也減少了Gpx4缺失誘導的胰腺中Sox9、Krt19、Vim和Mmp9的上調(diào)。此外，給予8-OHG抗體或去除Tmem173可防止高鐵飲食誘導的動物死亡和腫瘤進展，以及Kras驅(qū)動小鼠中的TAM浸潤。8-OHG的過度積累可能促進染色體的不穩(wěn)定性，如端粒異常。與對照KCG小鼠相比，端粒FISH分析表明，KCGT小鼠中Tmem173的缺失并未顯著改變端粒缺失。有趣的是，在KCG和高鐵飲食小鼠中，通過氯膦酸鹽脂質(zhì)體消耗巨噬細胞減少TMEM173表達，這表明巨噬細胞浸潤、TMEM173激活和鐵死亡之間存在反饋機制。這些動物研究表明8-OHG-TMEM173通路的激活以端粒損傷獨立的方式促進胰腺腫瘤的發(fā)生。
GPX4是人PDAC的預后標志物
動物研究表明GPX4可能在胰腺癌中起到抑癌作用，而TMEM173可能具有致癌作用。使用TCGA數(shù)據(jù)庫分析，與正常組相比，PDAC組的GPX4和TMEM173 mRNA表達均上調(diào)。在PDAC患者中，KRAS和TMEM173的mRNA表達也呈正相關(guān)，KRAS和GPX4的mRNA表達之間沒有顯著相關(guān)性。盡管巨噬細胞耗竭降低了小鼠腫瘤微環(huán)境中TMEM173的表達，但在PDAC患者中GPX4和TMEM173的mRNA表達與巨噬細胞標記物CD163之間沒有顯著相關(guān)性?？偵媛史治鲞M一步顯示，GPX4的高表達與PDAC患者的生存率增加相關(guān)。TMEM173的mRNA表達與PDAC患者的總生存率之間沒有顯著相關(guān)性。此外，GPX4的低表達和TMEM173的高表達增加了PDAC患者的死亡率。這些分析表明GPX4可能是人類PDAC的主要預后指標。
