Hydroxychloroquine Sulfate

引言那些在化疗或放疗后依然顽强存活的癌细胞，它们就像潜伏下来的“种子”，随时准备卷土重来。正是这些“耐药性持续癌细胞”（Drug-Tolerant Persister Cells, DTPs）构成了癌症治疗的最大障碍。研究人员一直在寻找它们的致命弱点，希望能找到一种全新的策略将它们彻底清除。5月7日一项发表在《Nature》上的重磅研究“Activation of lysosomal iron triggers ferroptosis in cancer”，似乎在细胞内部找到了一个令人震惊的“阿喀琉斯之踵”—— 细胞的“小胃”，溶酶体（Lysosome）深处的“铁”！癌细胞有一种特殊的死亡方式，“铁死亡”（Ferroptosis），它的核心是细胞膜上的脂质（Lipid）被铁催化氧化，导致细胞崩溃。有趣的是，很多耐药癌细胞恰恰对这种死亡方式非常敏感。但问题在于，这团“点燃”脂质氧化的“火”到底最先在哪里烧起来？是线粒体？内质网？还是另有其处？这项研究通过分子追踪、化学反应分析以及细胞生物学实验，一步步揭示了惊人真相：原来，细胞内触发铁死亡的“第一把火”，就藏在溶酶体里！溶酶体内部酸性环境和富集的活性铁（特别是亚铁离子 iron(II)），共同构成了一个高效的催化中心，专门氧化膜脂。更炸裂的是，他们基于这一发现，巧妙设计了一个名为Fento-1的双功能小分子，它能像精准制导的导弹一样，直奔溶酶体，并在那里激活铁的氧化活性。实验结果令人振奋：Fento-1竟然能高效地杀死那些对传统疗法耐药、并且高表达与铁摄取相关的CD44蛋白的顽固癌细胞！它不仅杀死了这些细胞，甚至可能改变了它们的耐药状态。这一切都指向溶酶体铁——这个细胞深处的“隐秘角落”，可能正是我们期待已久的，能够克服癌症耐药性的全新靶点。铁死亡 (Ferroptosis)我们熟悉的细胞死亡方式有很多，比如像编程一样有序的凋亡（Apoptosis），或者像意外事故一样的坏死（Necrosis）。但“铁死亡”（Ferroptosis）是一种特殊的程序性细胞死亡方式，核心特征是铁依赖性的脂质过氧化物（Lipid Peroxides）累积，最终导致细胞膜破裂和细胞死亡。简单来说，就是细胞里的“铁”在特定条件下催化细胞膜上的脂肪（脂质）发生氧化，产生大量有毒的过氧化脂质，膜坏了，细胞也就死了。为啥这很重要？因为研究发现，很多对传统治疗产生耐药性的癌细胞，反而对铁死亡非常敏感。如果能找到触发癌细胞铁死亡的精确“开关”，就有望克服耐药性，为癌症治疗带来新的希望。这个“开关”到底在哪里？虽然我们知道铁和脂质氧化是关键，但细胞内有那么多膜结构（比如线粒体 Mitochondria、内质网 Endoplasmic Reticulum, ER、溶酶体），“点燃”脂质氧化反应的“第一把火”究竟是在哪个“房间”里烧起来的？这正是困扰研究人员的一个关键问题。顺藤摸瓜：抗铁死亡分子LIP-1的秘密踪迹为了找到这个“第一把火”的位置，研究人员决定从抑制铁死亡的分子入手。利泊司他汀-1（Liproxstatin-1, LIP-1）是一个已知的强效铁死亡抑制剂。研究人员对LIP-1进行了巧妙的改造，给它装上了一个“可点击的标签”（clickable alkyne-containing analogue），命名为cLip-1。这样，他们就可以追踪cLip-1进入细胞后的去向。利用点击化学和荧光显微镜技术，研究人员在多种人类癌细胞系（包括HT-1080纤维肉瘤细胞、人胰腺导管腺癌原代细胞 PDAC、肺癌和结肠癌循环肿瘤细胞）以及小鼠乳腺癌细胞（4T1细胞）中观察了cLip-1的定位。结果显示：cLip-1主要在细胞的溶酶体中富集。即使使用比有效抑制铁死亡浓度更高的cLip-1，绝大部分信号仍然集中在溶酶体。在HT-1080细胞中，定量分析显示，cLip-1的信号与溶酶体标志物（LAMP1和LAMP2）的共定位（colocalization）Pearson相关系数（Pearson's r）平均高达0.8左右，这表明cLip-1高度集中在溶酶体中。这提示研究人员，LIP-1发挥抗铁死亡作用的“主战场”可能就在溶酶体。为了进一步验证cLip-1在体内的行为，研究人员在一个小鼠模型中进行了实验。这个模型小鼠经过基因改造，体内抑制铁死亡的关键酶GPX4（Glutathione Peroxidase 4）被敲除，会导致急性肾损伤，这是一种与铁死亡相关的疾病。研究人员给这些小鼠注射cLip-1。结果显示，与对照组相比，接受cLip-1治疗的小鼠生存期显著延长。例如，对照组小鼠的中位生存天数约为11.8天，而接受cLip-1治疗组的中位生存天数延长到约13.7天，生存曲线的差异具有统计学意义（P=0.004）。进一步分析小鼠组织中的cLip-1定位，发现它在肾脏的近端小管细胞（Proximal Tubules）中大量富集，并且与溶酶体标志物很好地共定位。这些体内外证据都强烈表明，LIP-1通过影响溶酶体内的某种机制来抑制铁死亡。揭秘溶酶体：细胞内的“铁锅”？溶酶体是细胞内负责降解和回收废物的小囊泡，内部环境呈酸性（pH值约5）。同时，溶酶体在细胞铁代谢中扮演着重要角色，负责接收通过内吞（Endocytosis）进入细胞的大部分铁。酸性环境和丰富的铁，这听起来就像一个潜在的化学反应釜。研究人员猜测，溶酶体中的铁是不是正是点燃脂质过氧化链式反应的“第一把火”？为了验证这个想法，他们首先深入研究了LIP-1与铁的相互作用。通过核磁共振（NMR）滴定实验，研究人员观察到LIP-1与铁离子（特别是铁(III)）混合后，LIP-1的核磁共振信号发生了显著变化，包括信号加宽和靠近氮原子的质子信号向低场移动。这表明LIP-1能够与铁发生配位（coordination），特别是通过其结构中的氮原子上的孤对电子。这些变化在酸性条件下（模拟溶酶体环境）依然存在，进一步支持LIP-1能在溶酶体内与铁结合。接着，他们利用循环伏安法（Cyclic Voltammetry）这种电化学技术，研究了LIP-1对铁离子氧化还原性质的影响。结果表明，LIP-1确实能够改变铁离子的氧化还原电位（Redox Potential），使其不易参与氧化反应。作为对比，经过结构修饰、降低与铁结合能力或溶酶体定位能力的LIP-1类似物，对铁离子氧化还原电位的改变作用减弱，抑制脂质氧化的能力也随之下降。更直接的证据来自细胞实验。研究人员使用了两种能够提高溶酶体pH值、阻止溶酶体释放铁的药物：羟氯喹（Hydroxychloroquine, HCQ）和巴菲尔德霉素A1（Bafilomycin-A1, Baf-A1）。用这些药物处理癌细胞后，细胞内可螯合的铁离子（特别是活性亚铁离子 iron(II)）水平降低，并且显著抑制了铁死亡诱导剂RSL3（一个GPX4抑制剂）引起的膜脂质氧化。这与LIP-1的作用非常相似，进一步支持了溶酶体铁是触发脂质氧化的关键。而当用RSL3诱导铁死亡时，研究人员通过特异性探针（如Liperfluo或Bodipy 665/676）发现，脂质氧化最先发生的区域正是溶酶体。处理RSL3 1小时后，氧化脂质的信号主要与溶酶体标志物共定位；但如果延长处理时间到4小时，氧化脂质的信号则更多地出现在内质网（ER）等其他膜结构上。这强有力地表明，溶酶体内的铁催化了脂质过氧化反应的起始，然后过氧化链式反应可能扩散到细胞内其他膜结构。综合这些证据，研究人员得出结论：溶酶体中的活性铁是细胞启动铁死亡的“第一站”。以毒攻毒：设计靶向溶酶体铁的“死亡分子”Fento-1既然溶酶体铁是触发铁死亡的关键，那么能否设计一个分子，特异性地靶向并激活溶酶体铁的氧化活性，从而诱导癌细胞发生铁死亡呢？特别是那些对传统治疗耐药、又富集溶酶体铁的狡猾癌细胞？研究人员设计了一个双功能小分子，命名为Fento-1。它的设计理念是将一个能够靶向细胞膜并被内吞进入溶酶体的“导航”部分，与一个能够激活铁离子催化氧化反应的“弹头”部分连接起来。导航部分使用了天然产物marmycin，已知它可以富集在细胞膜并内吞；弹头部分则使用了一个名为Chen-White配体（Chen-White ligand）的合成分子，它在酸性环境下能激活亚铁离子（iron(II)）的催化氧化活性。他们推测，Fento-1进入细胞后，marmycin部分会将它带到溶酶体，溶酶体的酸性环境会促进Chen-White配体与溶酶体内的亚铁离子结合，形成一个具有强大氧化活性的催化中心，从而近距离地“点燃”溶酶体膜脂质的氧化。体外实验证实了Fento-1的设计思路。荧光成像显示，Fento-1像marmycin一样，主要富集在细胞的溶酶体中，与溶酶体标志物（如LysoTracker）高度共定位。而单独使用Chen-White配体或marmycin，则没有这种特异性定位。重要的是，Fento-1在细胞实验中表现出强大的细胞杀伤能力，对多种人鼠癌细胞系和原代细胞有效，而单独的marmycin或Chen-White配体效果甚微。脂质组学（Lipidomics）分析进一步确认，Fento-1能够剂量依赖性地促进膜磷脂的氧化，产生的氧化磷脂（oxidized phospholipids）甚至比已知的强效铁死亡诱导剂（如erastin, RSL3）还要多。特别是在处理Fento-1仅1小时后，从HT-1080细胞中分离出的溶酶体富集组分就显示出显著的磷脂氧化。这些数据证明，Fento-1成功地将“靶向”与“催化”结合，在溶酶体局部激活铁的氧化活性，导致膜脂质氧化。Fento-1：耐药癌细胞的克星？研究发现，对传统治疗产生耐药性的癌细胞（DTPs）通常具有一些特殊“体质”，比如它们往往是CD44 high（高表达CD44蛋白）的。CD44是一个细胞表面糖蛋白，与细胞干性（Stemness）和转移（Metastasis）有关，它也是细胞摄取铁的重要途径。高表达CD44使得这些细胞能够摄取更多铁，这有助于它们改变细胞状态、增强适应性，但同时也让它们对铁死亡更加脆弱。研究人员检测了来自人类胰腺导管腺癌（PDAC）、分化差的多形性肉瘤（UPS）、脂肪肉瘤（Liposarcoma）、血管肉瘤（Angiosarcoma）等多种癌症组织以及小鼠乳腺癌转移灶的铁含量。结果显示，癌组织的总铁含量普遍高于正常组织。更重要的是，在癌细胞亚群中，CD44 high的细胞比CD44 low的细胞含有更多的铁。例如，在新鲜分离的人类PDAC和肉瘤原代肿瘤细胞中，CD44 high细胞亚群的活性溶酶体铁（iron(II)）水平显著高于CD44 low亚群。这与CD44介导铁内吞、导致铁在溶酶体富集的研究一致。正是这种“高CD44、高溶酶体铁”的特点，让这些顽固的癌细胞暴露在Fento-1的火力之下。细胞实验证实了Fento-1对CD44 high细胞的偏向性杀伤。在来自人PDAC和UPS的新鲜分离的肿瘤细胞中，Fento-1显著降低了CD44 high细胞的比例。而用已知的铁死亡抑制剂（如LIP-1、去铁酮 Deferiprone）共同处理，可以部分阻止Fento-1对CD44 high细胞的杀伤作用。进一步的实验表明，Fento-1能够有效清除对传统化疗药物（如阿霉素 Doxorubicin）产生耐药性的DTP癌细胞。在体外培养中，经过阿霉素处理后幸存的SUM159乳腺癌DTP细胞，对Fento-1表现出高度敏感性，能够被Fento-1有效杀灭。而长期暴露在低剂量阿霉素下获得耐药性的HT-1080细胞，表现出更高的CD44和铁蛋白（Ferritin）水平，并呈现出更强的间充质（Mesenchymal）特征。这种“间充质状态”与许多癌细胞的耐药性和转移能力有关。然而，当用Fento-1处理这些获得耐药性的HT-1080细胞时，它们不仅死亡，剩余细胞的CD44和铁蛋白水平下降，间充质标志物表达也降低。这表明，Fento-1不仅杀灭了耐药细胞，还可能改变了细胞状态，使其向非间充质状态转变，从而降低对传统治疗的耐药性。有趣的是，长期暴露在低剂量Fento-1下的HT-1080细胞，反而表现出较低的CD44和铁蛋白水平，以及下调的间充质标志物，这提示细胞对Fento-1的适应机制可能是降低溶酶体铁的靶向。将“死亡分子”送入战场：体内抗肿瘤效果成功的药物最终需要通过体内的考验。研究人员使用了一个模拟癌症转移的小鼠模型——将4T1乳腺癌细胞植入小鼠的淋巴结（Lymph Node），因为淋巴结转移是影响患者预后和生存的重要因素，而转移的癌细胞通常对铁死亡具有抵抗性。他们首先发现，尽管淋巴液中的总铁水平低于血液和血清，但在小鼠淋巴结肿瘤中分离出的癌细胞里，CD44 high亚群的铁含量仍然高于CD44 low亚群，并且活性溶酶体铁水平也更高。研究人员通过淋巴内注射的方式，每隔一天给带有淋巴结肿瘤的小鼠注射Fento-1。结果显示，与对照组相比，Fento-1治疗显著抑制了肿瘤生长。例如，在其中一个实验中，到第10天时，对照组小鼠的肿瘤直径平均接近1.5厘米，而Fento-1治疗组的平均肿瘤直径仅约0.5厘米。以肿瘤大小作为生存终点（即肿瘤直径达到2.0厘米时处死小鼠），Fento-1治疗显著提高了小鼠的生存期。而且，治疗过程中小鼠的体重没有明显变化，表明Fento-1的毒副作用相对较低。对治疗后残留肿瘤的分析发现，Fento-1在体内同样诱导了膜脂质氧化和溶酶体磷脂的降解，特别是溶酶体磷脂（如溶血磷脂 Lysophospholipids）。并且，这种作用在CD44 high癌细胞亚群中更为明显。与治疗前的肿瘤相比，Fento-1治疗后残留肿瘤中的CD44 high细胞亚群比例显著下降。这些体内实验结果强有力地支持了Fento-1通过靶向CD44 high富铁癌细胞亚群、激活溶酶体铁来诱导铁死亡，从而抑制肿瘤生长和清除耐药细胞的能力。溶酶体铁：癌症治疗的新靶点与策略这项研究为我们揭示了一个重要的科学发现：细胞内“点燃”铁死亡脂质过氧化反应的“第一把火”，极有可能发生在溶酶体中，并且是由溶酶体内的活性铁所催化。这一发现不仅深化了我们对铁死亡机制的理解，更重要的是，它将溶酶体铁确定为一个潜在的、可药物靶向的治疗靶点。在此基础上，研究人员成功设计并验证了Fento-1这一新型双功能小分子。Fento-1巧妙地利用了许多耐药癌细胞CD44高表达、从而富集溶酶体铁的特点，将激活铁催化氧化的“弹头”精准送往这些细胞的“铁锅”——溶酶体，在细胞深处引发脂质氧化，从而杀灭顽固的耐药癌细胞。这项研究不仅展示了Fento-1在体外和体内对多种癌症模型（特别是耐药性持续癌细胞和转移性肿瘤）的强大治疗潜力，还提示了一种全新的癌症治疗策略：结合对癌细胞状态的理解，设计靶向特定细胞状态（如高CD44、高溶酶体铁）的药物。通过精细调控溶酶体铁的氧化活性，我们可以更精准地攻击癌细胞的弱点，甚至可能改变癌细胞的耐药状态，从而提高治疗效果，克服癌症治疗的巨大挑战。总而言之，这项Nature研究不仅为铁死亡领域贡献了关键性的发现，更提供了一个极具前景的治疗概念：靶向溶酶体铁，有望成为清除耐药性持续癌细胞、抑制肿瘤转移的新利器。细胞内的“铁锅”不再只是废物处理厂，它可能是未来癌症治疗的“终结战场”。参考文献Cañeque, T., Baron, L., Müller, S. et al. Activation of lysosomal iron triggers ferroptosis in cancer. Nature (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-08974-4声明：本文仅用于分享，不代表平台立场，如涉及版权等问题，请尽快联系我们，我们第一时间更正，谢谢！往期热文：Science | cycleHCR技术实现深层组织RNA与蛋白质同步高分辨成像Nature Methods | 质谱分析终结者？CHIMERYS统一DDA、DIA、PRM数据，破译蛋白质密码Cell | 颠覆认知！没核没线的红细胞竟有复杂程序性死亡：Spectosis 机制大公开Nature Biotechnology | 突破传统极限：远红外生物传感器带你“看清”活细胞内激酶的秘密Science | 揭秘大脑学习分区法则：同一个神经元，两套学习规则！Nature Medicine | 打破“基因决定论”？全球万人研究：揭示减重疗效的真正关键