Nature子刊：顾伟团队揭示脂酶协助p53介导铁死亡新机制

2021

06/27

生物世界

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铁死亡是一种非常有潜力的治疗肿瘤的新手段，但是目前的研究更多集中于如何通过抑制GPX4活性来消除肿瘤。

铁死亡 （ferroptosis）是2012年由 Brent. R. Stockwell 实验室发现的一种依赖于铁的新的细胞死亡方式，其形态特征，作用方式以及分子机制与凋亡、坏死等截然不同。铁死亡由过度堆积的过氧化脂质（peroxidized lipids）诱导发生，以往的研究发现，谷胱甘肽过氧化物酶4（GPX4）能够利用谷胱甘肽（GSH）将过氧化的脂质还原为无毒性的脂醇，从而保护细胞免于铁死亡，这是细胞中最重要的抵抗铁死亡的防御机制之一。抑制GPX4诱导的铁死亡依赖于长链脂酰辅酶A合成酶4 （ACSL4），ACSL4能够协助将多不饱和脂肪酸（PUFA）整合到磷脂上，携带有PUFA的磷脂是过氧化脂质的主要来源，因此缺失ACSL4的细胞能够显著抵抗GPX4抑制诱导的铁死亡。

美国哥伦比亚大学 顾伟教授实验室常年致力于p53调控肿瘤发展的机制研究。2015年顾伟教授实验室首次发现p53能够通过转录抑制SLC7A11诱导肿瘤细胞铁死亡的发生（Nature，2015），在此之后对p53诱导的铁死亡研究中发现，p53调控的铁死亡依赖于花生四烯酸-12-脂加氧酶 (ALOX12) ，而不依赖于GPX4-ACSL4轴（Nature Cell Biology，2019），这也是首次发现细胞中存在不依赖于GPX4的铁死亡途径。新近的研究发现FSP1与DHODH为不依赖于GPX4的铁死亡防御途径，两者皆是通过利用还原态CoQ10来阻止细胞膜脂质过氧化，进而抑制铁死亡的发生。

2021年6月15日，顾伟教授实验室在之前的p53调控的不依赖于GPX4的铁死亡研究基础上，在 Nature Communications 上发表题为： iPLA2β-mediated lipid detoxification controls p53-driven ferroptosis independent of GPX4 的研究论文。 首次发现磷脂酶iPLA2β是调控在高ROS条件下p53诱导的铁死亡的重要因子。

本文的通讯作者为顾伟教授，陈德林、初波为本文的共同第一作者。

论文延续之前的工作基础，课题组首先利用CRISPR-CAS9技术构建了GPX4/ACSL4双敲的细胞系，然后激活p53后，依然能够发生TBH（tert-Butyl hydroperoxide，模拟ROS环境）诱导的铁死亡，证明p53调控的铁死亡不依赖于GPX4-ACSL4途径，暗示着在p53调控的铁死亡过程中可能存在别的抵抗途径。

近来研究发现磷脂酶能够将过氧化的磷脂分解为溶血磷脂以及游离脂肪酸，更有趣的是，课题组在对p53的RNA-SEQ结果进行分析时发现，p53激活能够诱导iPLA2β的mRNA表达。利用Nutlin或者Dox诱导p53活化后能够显著上升iPLA2β的mRNA水平，而p53缺失或者敲除的细胞中未见到该变化，证明iPLA2β转录依赖于p53。利用ChIP-qPCR实验发现，p53能够特异性结合到iPLA2β的promoter区域，课题组同时证实各种经典的p53 DNA结合功能缺陷突变体（R175H, R273H和R248W）并不能诱导iPLA2β的表达。

进一步的实验发现，iPLA2β在压力应激早期被p53激活，而在压力应激晚期这种激活现象消失。为了进一步探索iPLA2β在p53调控的铁死亡中的作用，课题组利用WT以及p53 KO细胞发现，敲低iPLA2β使WT肿瘤细胞而非p53 KO细胞对TBH诱导的铁死亡更加敏感。课题组随后构建了iPLA2β KO以及iPLA2β/p53 DKO的细胞系，发现iPLA2β的缺失加速p53诱导的铁死亡，而且在小鼠xenograft实验中缺失iPLA2β显著增强p53抑制肿瘤发展的功能，这些结果进一步说明了在高ROS环境下，抑制iPLA2β表达能够显著增强p53调控的铁死亡。

由于过氧化的磷脂是铁死亡的主要执行者，因此课题组探索发现p53调控铁死亡所必需的ALOX12能够增加脂质过氧化的水平。课题组进一步利用FACS检测发现iPLA2β能够消除ALOX12诱导的脂质过氧化。

为了进一步证明iPLA2β是否能够分解过氧化的磷脂，利用氧化脂质组学实验发现细胞中过表达ALOX12增加过氧化的phosphatidylethanolamine (PE) 和 phosphatidylcholine (PC)，野生型iPLA2β而非酶活缺失突变的iPLA2β G517C能够显著抑制ALOX12诱导的过氧化的磷脂水平。

FSP1是2019年新发现的独立于GPX4抵抗铁死亡发生的基因，为了证明iPLA2β调控的铁死亡是否独立于FSP1，课题组利用FSP1 KO细胞进行实验发现，FSP1 KO细胞中能够发生p53诱导的铁死亡，而且这种铁死亡可以有效的被iPLA2β所抑制。

铁死亡是一种非常有潜力的治疗肿瘤的新手段 ，但是目前的研究更多集中于如何通过抑制GPX4活性来消除肿瘤。顾伟教授以及其他实验室之前研究发现GPX4缺失不但会导致肿瘤细胞的死亡，同样会严重影响正常组织的功能，iPLA2β的缺失不会影响胚胎发育及正常细胞稳态，因此iPLA2β可以作为一种有潜力而且副作用更小的治疗肿瘤的靶点。