CD36

*仅供医学专业人士阅读参考 巨噬细胞的行为，再次让人大跌眼镜。 今天，由荷兰癌症研究所Leila Akkari领衔的研究团队，在国际顶级期刊《细胞》上发表一项重磅研究成果。 她们发现，胶质母细胞瘤中的巨噬细胞会吞噬髓鞘，这一行为会导致巨噬细胞黑化成脂质型巨噬细胞，随后它们会将消化髓鞘得到的脂质释放给/喂给不能直接利用髓鞘的癌细胞，满足癌细胞的代谢需求，进而促进癌症的进展[1]。 真的不知道如何形容肿瘤相关巨噬细胞了，我只能送它四个字“首席叛徒”。 ▲ 论文首页截图 从Leila Akkari的官方介绍来看，她是研究肿瘤相关巨噬细胞的专家，尤其是肝癌和脑癌中的巨噬细胞[2]。 这一次她之所以将矛头指向胶质母细胞瘤中的巨噬细胞，是因为胶质母细胞瘤是侵袭性最强的原发性脑肿瘤，而且无论是瘤内的癌细胞还是免疫细胞，都表现出高度的异质性。 然而，目前学界对胶质母细胞瘤内肿瘤相关巨噬细胞多样性和功能的分子基础，还知之甚少。因此，她就想揭示巨噬细胞多样性与肿瘤细胞多样性的相互作用，以及对预后的影响。 ▲ Leila Akkari的官方介绍[2] 在研究一开始，Akkari团队先构建了两个胶质母细胞瘤小鼠模型，并从单细胞和空间转录组层面，证实她们构建的小鼠模型再现了人胶质母细胞瘤发生和对治疗反应的关键特征。 在其中的一种小鼠模型中，她们注意到原发胶质母细胞瘤中的癌细胞以少突胶质细胞祖细胞样（OPC）为主，而在复发期则向间质样（MES）富集。这种转变，也与人胶质母细胞瘤类似。 在分析巨噬细胞时，她们发现表达GPNMB的巨噬细胞，在间质样癌细胞富集的复发性肿瘤中特异性增加。此外，Akkari团队还注意到，表达GPNMB的巨噬细胞表现出类似于脂质型巨噬细胞（LLMs）的转录特征。 脂质型巨噬细胞之前在肥胖或动脉粥样硬化相关的研究中报道过，在衰老和神经退行性疾病的相关研究中报道过它们也存在于大脑之中，但是脑部肿瘤中出现它们的身影实属第一次。后续的转录组分析证实，GPNMB高表达的巨噬细胞其实就是脂质型巨噬细胞。 随后，她们还发现，脂质型巨噬细胞与间质样胶质母细胞瘤癌细胞之间有很强的相关性，而且脂质型巨噬细胞还与患者样本中的淋巴细胞浸润呈负相关。显然，脂质型巨噬细胞不是善茬。 ▲ 研究流程 借助于多种技术手段，Akkari团队进一步证实，脂质型巨噬细胞与间质样胶质母细胞瘤癌细胞共定位。 它俩不仅有关，而且还挨着呢！ 这进一步坐实二者之间存在不可告人的秘密。 既然如此，就有必要搞清楚胶质母细胞瘤中脂质型巨噬细胞的起源。 研究数据显示，脂质型巨噬细胞染色质的许多区域可及性显著下降（一些基因被关闭），免疫抑制分子CD39和PD-L1水平的升高，MHC-II的表达下降（抗原呈递受影响），脂质受体CD36表达上调（与脂类吸收有关）。 脂质组学分析表明，脂质型巨噬细胞中固醇、鞘磷脂、胆固醇酯和三酰甘油的含量增加，胆固醇和胆固醇前体的含量也增加。有意思的是，参与胆固醇从头合成途径的多种酶反而下调。这表明，脂质型巨噬细胞积累的胆固醇，不是从头生物合成的，而是从周边环境中获取的。 ▲ 脂质型巨噬细胞（LLMs）的脂质特征 这又让Akkari团队想起在神经退行性疾病中发现的泡沫型巨噬细胞。 泡沫型巨噬细胞会吞噬富含胆固醇的髓鞘碎片，进而引发胆固醇积累和胆固醇生物合成的关闭；随后，肝脏X受体（LXR）被激活，通过增加胆固醇的外排，避免胆固醇过载带来的毒性。 那么脂质型巨噬细胞中的脂质是不是也是吞噬髓鞘得来的呢？ 多种检测和成像结果表明，脂质型巨噬细胞确实吞噬了髓鞘，而且巨噬细胞只有吞噬髓鞘才能变身脂质型巨噬细胞，肿瘤微环境还会促进这一过程。 ▲ 脂质型巨噬细胞确实吞噬了髓鞘 后续的研究也证实，髓鞘暴露会诱导胆固醇代谢和脂质转运通路的表达，同时下调胆固醇的生物合成通路；此外，脂质吞噬、与脂质输出有关的LXR通路和相关基因（Abca1）表达增加。 基于脂质型巨噬细胞的研究也发现，在吞噬髓鞘之后，脂质型巨噬细胞可以外排更多的胆固醇，导致肿瘤间质中脂质水平增加。 在将脂质型巨噬细胞与癌细胞共培养时，耗竭巨噬细胞髓鞘甚至会抑制癌细胞的增殖，而引入巨噬细胞之后，癌细胞的增殖能力被增强。这说明，脂质型巨噬细胞吞噬髓鞘一方面可以帮癌细胞解毒，另一方面产生的脂质还能促进癌细胞的增殖。好处真是被癌细胞占完了。 有意思的是，Akkari团队发现，脂质型巨噬细胞不仅通过释放脂质促进癌细胞生长，还通过直接接触的方式，将脂质以囊泡的形式“打包”传递给癌细胞。这巨噬细胞真是为癌细胞的“成长”操碎了心，怕它不会吃，直接喂嘴里。 ▲ 递“油包” 好消息是，在这个研究中，Akkari团队测试了靶向巨噬细胞表面脂质受体CD36的抑制剂，以及抑制促进脂质外排的ABCA1或LXR，发现它们要么可以提升放疗的治疗效果，要么可以杀死癌细胞。 ▲ CD36抑制剂（SSO）联合放疗（RT）的效果 在研究的最后，Akkari团队在肿瘤患者数据库中检验了脂质型巨噬细胞的临床价值。 她们发现，脂质型巨噬细胞的水平可预测胶质母细胞瘤患者的生存率和对免疫治疗的反应。 总的来说，Leila Akkari团队这项研究揭示了胶质母细胞瘤劫持巨噬细胞为己所用的新机制，不仅为临床诊疗提供了潜在的标志物，也为胶质母细胞瘤的治疗提供了新靶点和新思路。 参考文献： [1].Kloosterman et al., Macrophage-mediated myelin recycling fuels brain cancer malignancy, Cell. 2024. doi:10.1016/j.cell.2024.07.030 [2].https://www.nki.nl/research/research-groups/leila-akkari/ 本文作者丨BioTalker

在癌症治疗中，通过常规治疗方式诱导细胞凋亡，往往因治疗耐药性而受阻，这强调了探索替代细胞死亡途径的迫切需要。铁死亡是一种由脂质过氧化物在细胞膜上致命积累引发的调节性细胞死亡的铁依赖性形式，已成为肿瘤学中一个有前途的前沿领域。诱导铁死亡不仅可以抑制肿瘤生长，而且还具有增强免疫治疗反应和克服对现有癌症治疗的耐药性的潜力。本综述探讨了铁死亡在肿瘤抑制中的作用。 1. 铁死亡背景介绍 鉴于癌症作为主要死亡原因的持续全球影响，在肿瘤学领域寻求创新治疗策略仍然势在必行。虽然传统方法诱导常规细胞死亡，特别是细胞凋亡，但大量恶性肿瘤对诱导细胞凋亡的治疗表现出耐药性，因此需要探索诱导替代细胞死亡方式。近年来引起人们极大兴趣的一种方式是铁死亡，这是一种独特的铁依赖性调节细胞死亡形式，由脂质过氧化物在细胞膜上的过度积累诱导。铁死亡的调节取决于产生脂质过氧化物的促铁死亡细胞活动（方框1）和解毒这些过氧化物的铁死亡防御系统（方框2）之间的微妙平衡（图1）。当促铁死亡活性压倒铁死亡防御机制时，当这些防御在用铁死亡诱导剂 （方框2），脂质过氧化物在细胞膜上的过度积累会破坏膜的完整性，最终导致铁死亡（图1）。方框1 促进铁死亡的细胞活动 促进铁死亡的细胞活动包括各种正常的代谢过程，这些过程产生脂质过氧化物作为附带的副产物。这些过程涉及PUFA-PL的产生和过氧化以及铁和线粒体代谢（图1）。 多不饱和脂肪酸具有多个双键，在介导细胞信号传导和增强膜流动性方面起着关键作用;然而，它们也极易受到过氧化的影响。因此，具有高水平 PUFA-PL 的细胞膜对铁死亡敏感。PUFA-PLs的合成由ACSL4和溶血磷脂酰胆碱酰基转移酶3（LPCAT3）等关键酶协调（图2）。ACSL4 负责将游离 PUFA（如花生四烯酸）掺入其相应的 PUFA-CoA 中，而 LPCAT3 促进随后将 PUFA-CoA 整合到 PUFA-PL 中。PUFA-PLs的过氧化主要通过非酶促自氧化发生，涉及铁依赖性Fenton反应。铁也是促进脂质过氧化的酶的辅助因子，如细胞色素P450氧化还原酶和花生四烯酸脂氧合酶（图2）。 细胞通过调节铁的摄取、利用、储存和输出来细致地调节其细胞内不稳定的铁水平，这种平衡的变化决定了铁死亡的易感性。始终如一地，参与 PUFA-PL 合成、过氧化或细胞内不稳定铁水平降低的酶的遗传敲除或药理学抑制促进了癌细胞对铁死亡的抵抗力。癌细胞经常通过抑制这些促进铁死亡的代谢过程来规避铁死亡。 最后，线粒体内发生的代谢过程积极促进铁死亡。例如，电子传递链络合物的电子泄漏产生ROS，特别是超氧化物，随后通过超氧化物歧化酶转化为H2O2 。H2O2通过Fenton反应与不稳定的铁反应，生成催化脂质过氧化的羟基自由基。此外，线粒体内的多种生物合成和生物能量反应，如三羧酸循环和谷氨酰胺分解，也被确定为促进铁死亡的因素，可能是通过产生ROS和ATP。就ATP在铁死亡中的作用而言，ATP耗竭触发AMPK激活，进而通过限制特定PUFA-PLs的合成来抑制铁死亡;相反，ATP的产生抑制AMPK的激活，从而促进铁死亡。 方框2 铁死亡防御机制 铁死亡防御机制包括通过MUFA限制PUFA-PL合成，以及利用直接抵消脂质过氧化物的抗氧化防御系统（图1）。 油酸等MUFA含有单双键，使其具有抗过氧化性。MUFAs阻碍PUFA-PLs的产生及其随后的过氧化，可能通过从PL中置换PUFAs;因此，富含MUFA-PL的细胞膜表现出对铁死亡的抵抗力增强。MUFA-PL的合成受多种酶的调节：SCD1介导MUFA合成，而ACSL3和MBOAT 1/2促进MUFA随后掺入PLs中（图2）。抑制这些酶会使癌细胞更容易发生铁死亡。 细胞还进化出多种抗氧化系统，以有效中和脂质过氧化物，包括GPX4依赖性和不依赖性系统。GPX4依赖性系统被广泛认为是对抗铁死亡的主要防御系统，它依赖于SLC7A11促进的细胞外胱氨酸的摄取。在细胞内，胱氨酸转化为半胱氨酸，半胱氨酸是 GSH 生物合成的限速前体。GPX4利用GSH作为其主要辅因子直接淬灭脂质过氧化物，从而抑制铁死亡（图2）。 抑制SLC7A11介导的胱氨酸摄取的化合物（如erastin、IKE）或阻断GPX4活性或耗尽GPX4蛋白的化合物（例如RSL3、ML210、ML162、JKE-1674和FIN56），统称为FINs，可在许多癌细胞系中诱导强大的铁死亡细胞死亡。此外，其中一些化合物在各种临床前模型中表现出抗肿瘤作用，并有望用于癌症治疗。 不依赖 GPX4 的系统包含多种具有固有铁死亡抑制特性的自由基捕获抗氧化剂，包括还原形式的维生素 E 和 K、泛醇 （CoQH2） 和四氢生物蝶呤（BH4 ）（图 2）。这些自由基捕获抗氧化剂的铁死亡抑制潜力进一步受到负责其产生的大量代谢酶的控制。例如，FSP1、DHODH 和甘油-3-磷酸脱氢酶 2 将泛醌 （CoQ） 转化为其还原形式 CoQH 2 。VKORC1L1 和 FSP1 从各自的氧化对应物中产生还原形式的维生素 K，而 GTP 环水解酶 1 在产生 BH 4 中发挥作用（图 2）。这些酶的敲除或药理学抑制使癌细胞在不同情况下对铁死亡敏感。 图1. 促铁死亡和抗铁死亡活性影响肿瘤结局的动力学。 铁死亡具有独特的形态学和机制特征，使其有别于其他程序性细胞死亡途径，包括细胞凋亡、坏死性凋亡和细胞焦亡。在形态学上，铁死亡细胞表现出线粒体萎缩、线粒体膜密度增加和线粒体嵴减少。从机制上讲，程序性细胞死亡途径涉及独特的细胞信号级联，并由成孔蛋白和/或细胞死亡执行蛋白（例如，细胞凋亡中的半胱天冬酶、坏死性凋亡中的 MLKL 和细胞焦亡中的 gasdermin 蛋白）的激活触发。相反，铁死亡是由含有多不饱和脂肪酸 （PUFA-PL） 的氧化磷脂的致死性积聚引发的，这是由细胞代谢失衡引起的，而没有明显的成孔蛋白或细胞死亡执行蛋白的参与。因此，靶向铁死亡诱导的癌症疗法具有克服传统疗法所观察到的耐药性的潜力，这些疗法旨在触发其他程序性细胞死亡途径，例如在具有沉默半胱天冬酶表达和对细胞凋亡诱导疗法具有耐药性的肿瘤中。 2. 肿瘤抑制和铁死亡 越来越多的证据强烈支持铁死亡作为一种自然的抗肿瘤机制，通过与多种肿瘤抑制基因的相互作用发挥其抗肿瘤作用（图2）。有趣的是，特定肿瘤原癌基因的突变似乎为癌细胞获得了规避铁死亡的独特优势（图2）。此外，由癌症淋巴转移和肿瘤进展驱动的癌干细胞（CSCs）过程与抑制铁死亡密切相关。 图2：肿瘤抑制基因和癌基因在铁死亡调节网络中的作用 2.1 在铁死亡中促进肿瘤抑制因子的活性 TP53是最常见的突变肿瘤抑制基因，是将铁死亡与肿瘤抑制联系起来的突出例子之一。TP53通过直接结合到SLC7A11启动子或与泛素特异性蛋白酶7相互作用，降低SLC7A11的表达，从而促进铁死亡（图2）。此外，TP53可以通过调节其他参与细胞代谢的基因的表达，如精胺/精胺N1-乙酰转移酶1、铁氧还蛋白、谷氨酸酶2和维生素K氧化还原酶复合物亚基1样1（VKORC1L1），来增强铁死亡。有趣的是，无法诱导细胞凋亡、衰老或细胞周期停滞的乙酰化缺陷突变体的TP53仍然保留促进铁死亡和抑制肿瘤生长的能力。相反，无法诱导铁死亡的其他TP53突变体也失去了它们的肿瘤抑制功能。这些研究强调了TP53在铁死亡介导的肿瘤抑制中的关键作用。 然而，进一步的研究揭示了TP53在铁死亡调节中更为复杂的作用。研究表明，TP53可以增加非钙依赖磷脂酶A2β（iPLA2β）的表达，这是一个负责从磷脂酸甘油酯（PLs）的甘油骨架上切除酰基的酶（图2）。iPLA2β在脂质代谢中的作用导致氧化性PL水平降低，并增强癌细胞对铁死亡的抵抗力。因此，在这种情况下，TP53介导的iPLA2β表达上调似乎对抗TP53的促铁死亡功能，而不是促进铁死亡。此外，在其他癌细胞环境中，TP53甚至可能对铁死亡产生抑制作用。通过促进p21-谷胱甘肽（GSH）轴或抑制二肽基肽酶4（DPP4）活性来实现这种抑制。这些观察结果表明，TP53在调节癌细胞对铁死亡的敏感性方面具有双重作用，并且这种双重作用取决于环境。 其他肿瘤抑制蛋白对SLC7A11的负调节进一步突出了铁死亡调节在肿瘤抑制中的关键作用（图2）。BAP1去除SLC7A11启动子上的H2A单泛素化，抑制半胱氨酸摄取，促进铁死亡。这种机制有助于BAP1介导的体内肿瘤抑制。同样，肿瘤抑制因子AMER1已被证明与SLC7A11和铁蛋白轻链相互作用，促进它们的蛋白质降解，并使结肠癌细胞易于铁死亡。AMER1缺乏增强结肠癌细胞对铁死亡的抵抗力，从而促进转移。 由于像KEAP1和ARF这样的肿瘤抑制因子对NRF2的控制，进一步阐明了铁死亡与肿瘤抑制之间的联系（图2）。KEAP1将NRF2定位到蛋白酶体降解，而ARF抑制NRF2的转录活性。KEAP1或ARF的丢失导致NRF2活化，通过协调多个与铁死亡防御和铁代谢相关的基因的调节来提供对铁死亡的保护。KEAP1或ARF介导的抑制NRF2对铁死亡的活化可能是一个重要的肿瘤抑制机制。 非经典的肿瘤抑制因子也已被证明促进癌细胞铁死亡。例如，最近的研究揭示了赖氨酸甲基转移酶2B（MLL4）在铁死亡介导的肿瘤抑制中的作用，这是一种在人类癌症中频繁突变的激酶。在分子机制上，MLL4缺陷导致铁死亡相关基因（如ALOX12、ALOX12B和ALOXE3）的表达减少，同时增加了与铁死亡抵抗蛋白（如SLC7A11和谷胱甘肽过氧化物酶4（GPX4））的表达（图2）。这种分子重编程增强了癌细胞对铁死亡的抵抗力，促进了肿瘤的发展。 2.2 癌基因介导的对铁死亡的规避 许多癌基因突变已被证明通过加强抗氧化防御系统来增加癌细胞对铁死亡的抵抗力，这些系统抑制了脂质过氧化或限制了促进脂质过氧化的细胞代谢过程，包括不稳定铁池的生成、PUFA-PLs的合成和线粒体活性氧（ROS）产生（图1）。 增强细胞防御系统，特别是通过SLC7A11介导的半胱氨酸摄取，是促进癌细胞规避铁死亡的关键机制。一个显著的例子是RAS癌基因家族。RAS突变的癌细胞表现出SLC7A11转录增加、细胞内半胱氨酸和GSH水平升高（图2）。抑制或基因消融SLC7A11极大地影响KRAS突变肿瘤的生长，突显了SLC7A11在促进突变KRAS驱动的肿瘤规避铁死亡和后续生长中的关键作用。 尽管野生型p53作为肿瘤抑制因子功能，但某些p53突变蛋白（如p53 R273H和p53 R175H）获得了促进肿瘤生长的增益功能。与预期的抗铁死亡功能相反，之前的研究表明，p53 R273H和p53 R175H突变体表现出与NRF2相互作用来抑制SLC7A11表达和促进铁死亡的矛盾能力。然而，值得注意的是，最近的研究提出了相反的发现，表明p53 R273H突变体通过与BTB和CNC同源1相互作用来上调SLC7A11的转录，从而抑制铁死亡。这种抗铁死亡功能至少部分地有助于p53 R273H突变体促进肿瘤生长的能力。这种有趣的p53突变体双重功能强调了p53在调节铁死亡中的角色的复杂性。 在癌症中，通过其他癌基因突变驱动的后转录机制也可以实现SLC7A11的上调。例如，RAS癌基因家族的RAS突变已被证明通过增强MEK-ERK信号转导通路来促进SLC7A11的转录，从而增强癌细胞对铁死亡的抵抗力。 3. TME中的铁死亡 TME是一个由肿瘤细胞、免疫细胞、基质细胞和其他细胞组成的多方面生态系统。这些成分不仅共存，而且还参与复杂的相互作用，显着影响肿瘤的生长和进展。铁死亡和TME以复杂的方式连接（图3）。一方面，癌细胞中的铁死亡可能会激发或调节TME中的免疫反应。另一方面，TME中免疫细胞对铁死亡的敏感性差异很大，不同类型的免疫细胞可以增强或抑制癌细胞的铁死亡。 图3. 铁死亡在肿瘤微环境中的复杂作用 3.1 铁死亡癌细胞的免疫原性 铁蛋白癌细胞，特别是那些在FIN治疗后早期阶段的癌细胞，因其释放多种免疫刺激信号而值得注意，包括高迁移率盒1蛋白、钙网蛋白、ATP和氧化PL。这些免疫刺激信号代表了免疫原性细胞死亡的特征性标志物。这些信号有助于树突状细胞的成熟，并提高巨噬细胞吞噬铁细胞下垂癌细胞的效率。例如，位于铁死亡癌细胞表面的氧化PL物质:1-硬脂酰基-2-15-HpETE-sn-甘油-3-PE可以被巨噬细胞上的Toll样受体2识别，从而促进铁细胞的吞噬作用。 这些相互作用不仅驱动巨噬细胞向 M1 表型极化，而且还促进肿瘤内 T 细胞浸润和活性。甚至可以触发类似疫苗的反应，激活抗肿瘤免疫力。相反，抑制铁死亡会导致 T 细胞浸润和 TME 活性降低，最终抑制 T 细胞介导的抗肿瘤反应。这一证据将铁死亡定位为免疫原性细胞死亡的一种潜在形式。 3.2 TME组分在铁死亡调节中的作用 TME中的各种细胞成分可以通过增强或抑制铁死亡来影响癌细胞对铁死亡的敏感性（图3）。一个典型的例子涉及CD8 + T细胞，其干扰素γ（IFNγ）的分泌部分解释了它们促进癌细胞中的铁死亡。IFNγ对癌细胞的铁死亡具有双重影响，通过下调SLC7A11表达和增强ACSL4表达来抑制胱氨酸摄取，从而促进ACSL4介导的PUFA-PLs（特别是含有花生四烯酸的PUFA-PLs）的合成;因此，IFNγ 不仅通过抑制细胞对铁死亡的防御，而且通过放大驱动这一过程的代谢活动来促进脂质过氧化并诱导癌细胞的铁死亡。 同样，TME内不同细胞类型分泌的各种细胞因子能够促进或抑制铁死亡。例如，TGFβ1 通过 SMAD 介导的信号转导增强肿瘤细胞铁死亡， 而白介素-1β 通过增强烟酰胺核苷酸转氢酶乙酰化来抑制铁死亡，以促进 NADPH 产生和铁硫簇稳态。此外，TME中一种独特的代谢特征是乳酸过剩和葡萄糖的可用性受限。葡萄糖耗竭通过激活 AMP 活化蛋白激酶 （AMPK） 介导的乙酰辅酶 A 羧化酶磷酸化来保护癌细胞免于铁死亡。同样，癌细胞利用免疫抑制性乳酸来抵消铁死亡，通过提高癌细胞内的 MUFA-PL 合成或增强 TME 内的酸度。然而，另一项研究表明，n-3 和 n-6 多不饱和脂肪酸 （PUFA） 选择性诱导酸性 TME 癌细胞的铁死亡;因此，在这种特定情况下，肿瘤酸中毒似乎具有促进铁死亡的作用。 3.3 TME中的铁死亡和先天免疫：抗肿瘤免疫的微妙平衡 先天免疫系统包括巨噬细胞、中性粒细胞和自然杀伤 （NK） 细胞，在抗肿瘤防御中起着关键作用。这些细胞不仅直接靶向癌细胞，还增强适应性免疫，其反应受到铁死亡及其细胞副产物的显着影响（图3）。 在 TME 中，肿瘤相关巨噬细胞 （TAM） 主要表现出免疫抑制性 M2 表型。癌症免疫学研究旨在根除 M2 TAM 和/或将其转化为更具抗肿瘤性的 M1 表型。最近的研究表明，M1 TAMs比M2 TAMs表现出更大的铁死亡抵抗力。从机制上讲，这种增强的耐药性至少部分归因于M1 TAM中诱导型一氧化氮合酶的表达升高和一氧化氮自由基（NO·）的产生增加;这些NO自由基能够解毒15-LOX反应过程中产生的脂质自由基，从而保护M1 TAM免受铁死亡。此外，与 M2 巨噬细胞相比，M1 巨噬细胞表现出铁蛋白重链 1（负责铁蛋白形成和细胞内铁螯合）的表达增加和铁转运蛋白（一种将铁输出出细胞的转运蛋白）的表达降低。这些改变可能导致 M1 TAM 内不稳定的铁池减少，因此可能有助于它们对铁死亡的抵抗力。 与 M1 TAM 相比，在 M2 TAM 中观察到的铁死亡敏感性更高，这表明铁死亡诱导疗法可能选择性地靶向和消除 M2 TAM，而不影响 M1 TAM。这种疗法可以有效地将M2 TAMs重编程为M1表型，从而为克服免疫抑制TME和提高癌症免疫治疗的疗效提供了一种有前途的策略。根据这一概念，各种研究表明，已知诱导铁死亡的铁纳米颗粒也可以将M2 TAMs重新编程为M1表型，从而增强其抗肿瘤特性。 尽管如此，其他研究揭示了TAMs和铁死亡之间更复杂的相互作用。例如，研究表明，铁死亡实际上可以促进 TAM 向 M2 表型的募集和极化;相反，抑制铁死亡似乎可以抵消胶质母细胞瘤中免疫抑制表型的发展。此外，已经观察到促铁死亡条件，如高铁饮食或 GPX4 耗竭，可以通过 STING 依赖性 DNA 感应途径调节巨噬细胞的浸润和极化，影响 M1 和 M2 巨噬细胞。这反过来又促进了胰腺癌的进展。总的来说，这些发现说明了在抗肿瘤免疫的背景下，铁死亡和巨噬细胞之间复杂且看似矛盾的关系。 髓源性抑制细胞 （MDSC） 是 TME 中另一种相关的免疫细胞类型，以其强大的免疫抑制功能而闻名。MDSCs还表现出对铁死亡的抵抗力，主要归因于抑制由n-酰基鞘氨醇酰胺水解酶2（ASAH2）介导的p53-血红素加氧酶1信号转导轴。ASAH2 的抑制已被证明可以诱导 MDSC 中的铁死亡，从而增强 CD8 + T 细胞的肿瘤浸润能力，从而增强它们对肿瘤生长的抑制。另一项研究进一步强调了将铁死亡诱导与MDSC阻断相结合以提高癌症免疫治疗有效性的潜在益处。在这项研究中，肝细胞癌小鼠模型中的Gpx4缺陷不仅导致CD8 + T细胞浸润增加，而且上调了肿瘤细胞上的程序性细胞死亡1配体1（PD-L1）表达，并促进了多形核（PMN）-MDSCs浸润到TME中。这些具有免疫抑制作用的后一种表型似乎有助于在具有 Gpx4 缺陷的肝细胞癌模型中观察到缺乏肿瘤抑制。因此，将 GPX4 抑制剂与阻断 MDSC 募集的治疗策略相结合，可显著提高抗 PD-1 治疗的疗效，从而延长患有肝细胞癌的 Gpx4 野生型小鼠的生存期。 NK细胞在抗肿瘤免疫中起着核心作用。TME 中的 NK 细胞功能障碍与脂质过氧化驱动的氧化应激有关;NRF2 转录因子的激活已被证明可以挽救 NK 细胞功能和抗肿瘤活性。与此一致，铁死亡抑制可增加肿瘤中NK细胞的存活率。总体而言，这些发现表明NK细胞对TME内铁死亡的潜在脆弱性。 总之，这些研究揭示了铁死亡对TME中多种先天免疫细胞类型的复杂影响（图3）。它们强调了免疫抑制性 M2 TAM 和肿瘤浸润性中性粒细胞以及免疫刺激性 NK 细胞对铁死亡的脆弱性。相反，免疫抑制性MDSC似乎表现出铁死亡抵抗性或易感性，具体取决于具体情况。更全面地了解TME内铁死亡与先天免疫系统之间错综复杂的相互作用，对于改进和扩展癌症免疫治疗策略至关重要。 3.4 铁死亡是TME适应性免疫的一把双刃剑 适应性免疫系统主要由 B 细胞和 T 细胞组成，它们在 TME 内进行重编程，以对肿瘤进展施加额外的控制。经历铁死亡的癌细胞释放的产物，如脂质过氧化物，可以影响适应性免疫细胞的活性及其识别肿瘤抗原的能力（图3）。与先天免疫细胞一样，适应性免疫细胞对铁死亡的敏感性因环境而异（图3）。 B细胞在抗肿瘤免疫中起着至关重要的作用，主要是通过产生抗肿瘤抗体及其对T细胞反应的影响。与滤泡 B2 细胞相比，包括 B1 和边缘区 B 细胞的先天样 B 细胞表现出活跃的脂质代谢。GPX4 对于维持这些细胞的抗体反应和整体功能至关重要，使它们对 GPX4 缺陷诱导的铁死亡敏感。虽然这一发现可能为靶向某些B细胞恶性肿瘤中的GPX4开辟新的治疗途径，但需要进一步研究以充分了解铁死亡对B细胞介导的抗肿瘤免疫的影响。 一些研究表明，T细胞在各种模型中对铁死亡具有相对的抵抗，从而支持铁死亡可以在癌细胞中选择性诱导，而不会显着损害T细胞介导的抗肿瘤免疫。例如，小鼠中的Slc7a11缺失抑制了肿瘤生长，而不影响体内T细胞增殖和抗肿瘤免疫，同时还增强了临床前模型中免疫检查点阻断的功效。同样，通过胱氨酸耗竭或花生四烯酸补充诱导的铁死亡会阻碍肿瘤生长，而不会影响（有时甚至增强）TME 中的 T 细胞增殖和功能。相反，阻断 ACSL4 介导的铁死亡会降低 T 细胞介导的抗肿瘤免疫。此外，GPX4 抑制或敲除已被证明可以增强三阴性乳腺肿瘤小鼠的 CD4 + 和 CD8 + T 细胞群。此外，各种纳米颗粒介导的诱导铁死亡的方法有助于增强TME中T细胞浸润。这些发现共同强调，通过各种方法诱导铁死亡对T细胞无害;相反，它似乎增强了T细胞对肿瘤的免疫反应，至少在某些情况下是这样。 然而，其他研究发现，T 细胞容易受到 GPX4 抑制诱导的铁死亡的影响。缺乏 Gpx4（来源于 T 细胞特异性 Gpx4 缺失的小鼠）的 T 细胞在其细胞膜内迅速积累脂质过氧化物并最终死于铁死亡。特别是CD8 + T细胞已被证明比癌细胞更容易受到GPX4抑制剂诱导的铁死亡。 此外，CD36 的表达升高，以其在促进肿瘤浸润 CD8 + T 细胞中脂肪酸摄取的作用而闻名，可诱导这些 T 细胞中的脂质过氧化和铁死亡，导致其抗肿瘤活性受损。相反，CD36 的遗传消融或抑制 CD8 + T 细胞中的铁死亡可恢复其抗肿瘤活性。 GPX4介导的铁死亡防御作用也延伸到CD4 + T细胞。其中，T reg 细胞代表具有免疫抑制活性的亚群，阻碍了对肿瘤的保护性免疫监视。Treg 细胞具有对铁死亡的内在抗性，可能是因为它们的 GPX4 表达增强;因此，Treg 细胞中 Gpx4 的特异性缺失诱导铁死亡，进而增强抗肿瘤免疫反应。除 T reg 细胞外，滤泡辅助性 T （TFH ） 细胞（促进抗肿瘤免疫的 CD4 + T 细胞的另一个亚群）表现出对铁死亡的易感性。GPX4 表达已被证明对其存活和功能至关重要。尽管如此，TME内铁死亡和TFH 细胞之间的相互作用值得进一步研究。 总的来说，SLC7A11缺乏或GPX4缺乏诱导的铁死亡对T细胞功能和抗肿瘤免疫有明显的影响。与SLC7A11相比，T 细胞似乎更依赖 GPX4，这可能是由于 T 细胞中 SLC7A11 的表达相对较低且非必需功能。通过SLC7A11抑制和/或补充花生四烯酸诱导铁死亡似乎不会阻碍CD8 + T细胞的抗肿瘤免疫反应，在某些情况下甚至可能增强。另一方面，不同的 T 细胞亚群表现出 GPX4 抑制诱导的铁死亡的不同作用：免疫抑制性 Treg 细胞中的 GPX4 抑制进一步增强抗肿瘤免疫，而 CD8 + T 细胞和 TFH 细胞中的 GPX4 抑制会损害抗肿瘤免疫。 声明：发表/转载本文仅仅是出于传播信息的需要，并不意味着代表本公众号观点或证实其内容的真实性。据此内容作出的任何判断，后果自负。若有侵权，告知必删！ 长按关注本公众号  粉丝群/投稿/授权/广告等 请联系公众号助手 觉得本文好看，请点这里↓

引言铁死亡（ferroptosis）是一种受控细胞死亡方式，驱动着许多疾病的病理生理过程，由哥伦比亚大学 Brent Stockwell 实验室于2012年发现并定义。在多种受控细胞死亡中均可检测到氧化应激，但只有铁死亡涉及脂质过氧化和铁依赖性。铁死亡起源于并传播至包括线粒体、内质网、高尔基体和溶酶体在内的多个细胞器。最近的研究表明，免疫细胞既能诱导铁死亡又能发生铁死亡。了解铁死亡如何调节免疫功能对于理解铁死亡如何调控免疫反应以及这一过程在疾病中的失调至关重要。从转化的角度来看，需要更多的工作来开发调控铁死亡的免疫疗法。2024年5月14日，密歇根大学邹伟平教授、Hannah N. Bell 及哥伦比亚大学 Brent R. Stockwell 在 Immunity 期刊发表了题为：Ironing out the role of ferroptosis in immunity 的综述论文。该综述重点讨论了铁死亡在免疫相关疾病中的作用，包括感染、自身免疫病和癌症，还讨论了铁死亡在免疫系统中的调节方式，这些调节是如何导致疾病发生，以及靶向铁死亡可能带来的新型治疗方法。细胞死亡是一种基本生物学过程，对于生存至关重要，它可以调节发育、组织稳态和疾病。受控的细胞死亡可以清除不需要的细胞以及因感染、突变或衰老而受损的细胞。对细胞死亡的空间、时间和机制进行调控是防止人类疾病的关键节点。受控的细胞死亡既可以是免疫刺激性的，也可以是免疫抑制性的，但总体目标是系统地移除那些应该死亡的细胞，而不伤害附近的细胞。免疫原性细胞死亡可以通过细胞表面膜蛋白的变化以及可溶性分子的释放来介导。这些信号共同刺激抗原呈递细胞（例如巨噬细胞和树突状细胞）将抗原呈递给T细胞，并诱导适应性免疫。不同类型的细胞死亡刺激如何导致不同的细胞表面标志物和分泌的蛋白质组的变化是一个活跃的研究领域。无论免疫原性如何，生存信号和死亡诱导信号之间的平衡失调是感染、自身免疫性疾病、癌症和生物体发育的标志。这种动态而灵敏的平衡对于免疫系统的生理调节也至关重要。非免疫细胞的受控细胞死亡调节免疫反应对病原体的反应，控制自身免疫引起的损伤，并调节抗肿瘤免疫。受控的免疫细胞死亡调节T细胞反应的丰富度和特异性，刺激抗病毒防御，调节炎症反应，调节免疫耐受，产生对抗肿瘤和病原体的保护性免疫。铁死亡（ferroptosis）是一种由铁、活性氧（ROS）和细胞膜脂质过氧化共同驱动的受控细胞死亡形式。虽然许多形式的细胞死亡都具有氧化特性，但铁死亡在形态学和分子水平上都与之不同。铁死亡细胞的线粒体萎缩，嵴减少，细胞体积减小，细胞核体积正常，并积累了膜脂过氧化物。细胞膜脂质过氧化是铁死亡的最终事件。与其他形式的受控细胞死亡不同，尚未发现任何普遍的铁死亡“执行基因”。铁死亡是由死亡促进信号与防御系统之间的复杂相互作用所调节的，这些信号通常是代谢性的，而一些防御系统则依赖于代谢物，例如半胱氨酸和谷胱甘肽（GSH）。 最近的研究也发现了一系列内源性铁死亡诱导剂。受控的细胞死亡对于组织和器官发育至关重要。在发育过程中，受控的细胞死亡通常被认为主要是通过细胞凋亡（apoptosis）实现的。然而，随着对铁死亡的研究日益深入，虽然铁死亡缺乏与细胞凋亡相关的典型的生化和遗传执行者，但它在发育过程中也发挥着作用。铁死亡在组织稳态中的新作用以及越来越多的证据支持铁死亡在许多病理过程中的作用，推动了最近的铁死亡研究热潮。铁死亡是由铁、活性氧（ROS）和易受氧化的脂质的积累所调控的一种细胞死亡方式。对抗铁死亡的主要机制是谷胱甘肽过氧化物酶4（GPX4）的活性及其蛋白水平。GPX4是一种含硒蛋白，是GPX家族中唯一能够清除嵌入细胞膜的脂质过氧化物的成员。GPX4失活会导致多种细胞类型的脂质过氧化和细胞死亡。GPX4是防止铁死亡最终执行的关键蛋白质。脂质过氧化可由线粒体、溶酶体或内质网（ER）受损引起。线粒体是铁死亡的最终执行中不可或缺的枢纽。线粒体在多种受控细胞死亡形式中扮演着至关重要的角色，包括铁死亡、细胞凋亡和细胞焦亡。在细胞焦亡中，gasdermin D使线粒体通透性增加。在细胞凋亡中，线粒体外膜通透性增加释放细胞色素c并引发caspase激活。在铁死亡中，胱氨酸缺乏导致线粒体脂质过氧化累积，而抑制电子传递链则可防止脂质过氧化和铁死亡。理论上，线粒体可能是不同类型的受控细胞死亡之间调节和交互作用未被充分认识的节点。近年来的许多研究表明，铁死亡在多种疾病中发挥重要作用。在这篇综述中，作者们重点探讨了铁死亡与免疫之间的相互作用，以帮助我们更好地理解铁死亡在传染病、自身免疫性疾病和癌症中的意义。铁死亡作用机制铁死亡被定义为一种氧化性和铁依赖的细胞死亡形式。基因敲除GPX4也会诱导一种非凋亡的氧化性细胞死亡。GPX4和system xc-是铁死亡的主要防御蛋白。GPX4是唯一能清除嵌入细胞膜的脂质过氧化物的酶，对于细胞抵御脂质过氧化和细胞死亡至关重要。基因敲除或化学抑制GPX4可诱导铁死亡（图1A）。system xc-是主要的氨基酸转运蛋白，通过SLC7a11将L-半胱氨酸转入以交换谷氨酸（图1A）。胱氨酸在体内通过消耗烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH）的还原反应转化为半胱氨酸，然后可用于合成GSH，这是一种重要的细胞抗氧化系统辅因子。降低胱氨酸的可用性或通过erastin阻断SLC7a11会导致铁死亡。铁死亡通过磷脂和醚类脂质中的多不饱和脂肪酸（PUFA）的过氧化来执行，这会导致膜通透性增加和铁死亡。酰基辅酶A（acyl-CoA）合成酶长链家族成员4（ACSL4）和卵磷脂酰基转移酶3（LPCAT3）在细胞膜中富集PUFA。基因敲除ACSL4或通过药物抑制ACSL4可诱导铁死亡抵抗（图1A）。该研究还着重介绍了几种在研究中常用的铁死亡人工诱导剂和抑制剂（图1A）以及内源性铁死亡防御系统（图1B）。最终阶段的铁死亡是膜磷脂中多不饱和脂肪酸（PUFA）的过氧化，导致膜通透性（图1C），产生大量脂质来源的亲电体（LDE）。铁死亡还可通过氧化脂质与相邻细胞质膜的相互作用在细胞间传递，产生波浪式的细胞死亡传播。该综述还介绍了各种细胞器调控铁死亡过程（图1C）。内质网是脂质过氧化的中心场所。内质网膜含有丰富的多不饱和脂肪酸-磷脂（PUFA-PL），这可能解释了其在铁死亡过程中驱动脂质过氧化的核心作用（图1C）。这表明膜脂过氧化有一个有序的进程，从内质网最初的过氧化开始，然后在细胞膜中积累。线粒体可能包含一个抑制铁死亡的途径，该途径由二氢乳清酸脱氢酶（DHODH）介导，线粒体还通过电子传递链驱动铁死亡（图1C）。实际上，抑制电子传递链或线粒体耗竭可以防止铁死亡，但不能防止由抑制GPX4引起的铁死亡。图1：铁死亡机制和位点 (Credit: Immunity)总的来说，铁死亡是由脂质组成、铁和半胱氨酸可用性以及铁死亡防御蛋白的活性和表达所调节的。铁死亡需要内源性代谢物，例如半胱氨酸、GSH和铁。目前尚不清楚体内的哪些因素决定了细胞是通过铁死亡还是其他类型的受控细胞死亡方式来死亡。此外，铁死亡不可逆转的阶段以及铁死亡诱导对其他受控细胞死亡类型的交叉调控的影响尚未充分研究。对不同细胞类型对铁死亡的敏感性，以及如何调节微环境因素以诱导或抑制铁死亡的治疗方法，还需要更多探索，驱动铁死亡的具体PUFA种类尚未完全阐明。这一研究领域的挑战在于难以在单细胞水平上描述铁死亡机制。尽管存在这些技术挑战，但铁死亡在免疫方面的研究仍然取得了重要进展。铁死亡在稳态中的作用有关铁死亡如何促进免疫系统的发育和稳态的研究尚不充分。最近有研究表明，人类造血干细胞（HSC）容易受到铁死亡的影响。这一发现始于对一种罕见的遗传性骨髓衰竭症的研究，该疾病是由MYSM1缺失引起的。MYSM1缺失会导致全局蛋白质翻译减少和可溶性铁增加，通过未知机制诱导HSC中的脂质过氧化和铁死亡，而抑制铁死亡可以挽救Mysm1−/−小鼠的HSC耗竭。然而，尚不清楚在其他干细胞衰竭模型中是否存在铁死亡增加的情况，以及MYSM1缺失如何使细胞对铁死亡敏感。尽管如此，这项工作表明，造血稳态可能通过铁死亡调节。与此相符的是，之前的一项研究表明，铁过载通过增加活性氧（ROS）抑制HSC的增殖，而铁螯合剂或铁死亡抑制可能有助于促进HSC的增殖。因此，通过抑制铁死亡，可能有助于治疗由辐射暴露、体细胞突变或获得性疾病（例如再生障碍性贫血和骨髓增生异常综合症）引起的骨髓衰竭。此外，还有研究显示预防铁死亡显著延缓了红细胞的成熟脱核过程。这些数据表明，铁死亡可能调控红细胞的发育。除了HSC的发育外，铁死亡在调节HSC功能方面的作用还不清楚。敲除HSC中的Gpx4基因并不抑制健康成年小鼠HSC的功能。HSC只有在饮食中缺乏维生素（一种亲脂性抗氧化剂）时才依赖GPX4。这表明HSC对铁死亡的敏感性是环境依赖性的，或者至少维生素E可以替代GPX4保护HSC免受铁死。因此，在使用铁死亡诱导剂作为治疗方法时，监测HSC可能有益。而铁死亡如何调节产生免疫细胞的干细胞的机制尚不清楚。铁死亡还对衰老有所贡献。随着年龄增长，大多数主要器官的铁死亡和不稳定铁都会增加。高脂肪饮食会增加衰老组织中的铁死亡，这可能促进衰老。例如，在秀丽隐杆线虫中，铁也会随着时间的推移而积累，这与年龄相关的GSH水平下降相结合，使线虫中的衰老细胞更容易发生铁死亡，而在线虫中阻断铁死亡可防止年龄相关细胞死亡，并延长其寿命和健康寿命，这提示了抑制铁死亡或可促进健康衰老。铁死亡还会影响巨噬细胞的生理功能。红髓巨噬细胞的噬红细胞作用会导致铁死亡，同时伴随着ROS、脂质过氧化和单核细胞从骨髓向脾脏的迁移。由于巨噬细胞介导的红细胞吞噬作用控制着红细胞的寿命，因此这种过程可能在生理上调节巨噬细胞的铁死亡。遗传学或药理学手段降低诱导型一氧化氮合酶（iNOS）的表达会增强经典激活的吞噬细胞对铁死亡的敏感性。在体内，经典激活的巨噬细胞比替代激活的巨噬细胞更能抵抗铁死亡，但在肿瘤微环境（TME）中的iNOS缺陷细胞中，这种抵抗力会降低。 这表明iNOS在肿瘤微环境中的巨噬细胞铁死亡中发挥作用。铁死亡在正常生理状态下如何调节巨噬细胞亚群的发育、功能和生存尚不清楚。总的来说，越来越多的证据表明，铁死亡在调控衰老、造血和巨噬细胞功能方面发挥着作用。然而，这些结果仍然是一个个孤立的岛屿，截至2023年底，铁死亡相关研究文献库已超过10000篇，这些研究主要基于疾病模型，尤其是癌症或感染方面。在生理学和病理学中，铁死亡都受到微环境和代谢的调节。了解铁死亡如何参与免疫稳态可能揭示出新的干预疾病甚至改善寿命的方法。铁死亡在感染免疫中的作用病原体利用受控细胞死亡来促进自身繁殖和生存。例如，乙型肝炎病毒（HBV）通过H3K27Me3修饰抑制SLC7a11表达，诱导肝细胞发生铁死亡，而过表达SLC7a11或使用Ferrostatin-1可挽救肝细胞免于铁死亡并防止急性肝功能衰竭。因此，在HBV感染中，诱导肝细胞铁死亡可能是主要的细胞死亡机制（图2A）。有趣的是，丙型肝炎病毒（HCV）本身对脂质过氧化敏感（图2A）。由于病毒蛋白酶直接受脂质过氧化物的调节，脂质过氧化限制了HCV的复制，从而可能在氧化性组织中阻止病毒复制并允许病毒持续存在。与这一观察相一致，通过化学方法诱导铁死亡可预防HCV复制，并增加对抗病毒药物的敏感性。无论是阻止还是诱导铁死亡是否会改变HBV或HCV在人体中的治疗进程尚未得到研究。此外，SARS-CoV-2感染会在COVID-19患者中引起铁死亡和细胞焦亡相关基因表达谱。是否是基因或表观遗传学上的SLC7a11表达或胱氨酸转运能力的降低导致了对病毒引起的组织损伤的易感性或对病毒感染的敏感性尚未得到研究。细菌病原体也可以利用铁死亡来诱导宿主细胞损伤并促进细菌繁殖（图2B）。例如，结核分枝杆菌（Mtb）等胞内病原体会降低GPX4的表达并增加游离铁、线粒体超氧化物和脂质过氧化，导致宿主细胞发生铁死亡（图2B）。此外，肺炎假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）等革兰氏阴性细菌会表达脂氧合酶，在人类支气管上皮细胞中引发铁死亡（图2B）。此外，真菌也可以促进宿主细胞的铁死亡。鉴于病原体在宿主细胞中诱导铁死亡，将铁死亡抑制剂与抗生素结合可能使免疫系统有效地抑制这种感染。铁死亡也调节机体对病原体的免疫反应。例如，硒补充剂可增加Tfh（滤泡辅助性T细胞）中的GPX4表达，降低其铁死亡潜力，从而改善流感免疫小鼠的抗体反应（图2B）。与此相符的是，特异性针对T细胞的GPX4缺陷小鼠无法对抗急性淋巴细胞性脑脊髓膜炎病毒或利什曼原虫的感染。这种免疫缺陷可以通过大剂量补充脂溶性抗氧化剂维生素E来预防，它可以保护GPX4-/- T细胞免受铁死亡的影响。然而，在不同的病原体感染免疫反应过程中，T细胞铁死亡何时发生以及如何发生，目前尚不清楚。图2：铁死亡在病毒和细菌免疫中的作用(Credit: Immunity)病原体如何利用铁死亡来促进自身生存，宿主生物体如何利用铁死亡来防止感染，这些都需要进一步研究。不同形式的细胞死亡如何相互调节并在感染过程中相互交流，目前尚不清楚。了解病原体如何引导目标细胞走向特定的细胞死亡命运，可能有助于开发新型抗生素或抗病毒药物。铁死亡在感染免疫中可能是一把双刃剑，因为不同的病原体可能被铁死亡限制或促进。因此，必须仔细研究病原体本身和宿主免疫系统如何对铁死亡调节剂作出反应，以实现有效的临床应用。铁死亡在自身免疫中的作用铁死亡会影响几种自身免疫性疾病的病理过程，包括炎症性肠病（IBD）、类风湿性关节炎（RA）、系统性红斑狼疮（SLE）和多发性硬化症（MS）（图3）。铁死亡参与了炎症性肠病（IBD）的发病机制，早在铁死亡概念确立之前，即1980年代，就有报道称溃疡性结肠炎（UC）患者的PUFA水平升高，这表明炎症会改变结肠的脂质组成。我们现在认识到，这种脂质变化可能会增加肠道上皮细胞对铁死亡的敏感性。除了溃疡性结肠炎（UC）外，克罗恩病（CD）的肠道上皮细胞也存在GPX4活性降低和脂质过氧化增加的情况。在GPX4基因缺失的小鼠中，采用富含PUFA的饮食治疗会导致中性粒细胞肉芽肿和肠炎。理论上，高PUFA饮食可能会与遗传因素相互作用，调节免疫性疾病患者的铁死亡。类风湿性关节炎（RA）是由关节液中占主导地位的细胞成分（例如激活的中性粒细胞和成纤维细胞）介导的关节功能逐渐恶化的疾病。 类风湿关节炎患者关节液中的中性粒细胞表现出较高的氧化应激，表现为高水平的活性氧、羟基自由基和脂质过氧化。在类风湿关节炎小鼠模型中，使用铁死亡诱导剂erastin治疗可减少关节液中的成纤维细胞数量，其与肿瘤坏死因子（TNF）拮抗剂etanercept的联合治疗可减缓关节炎的进展。然而，目前缺乏针对特定细胞类型进行铁死亡调节药物的靶向研究。自身免疫性疾病中铁死亡的失调并不仅限于炎症性肠病（IBD）和类风湿性关节炎（RA）。在实验性自身免疫性脑脊髓炎（EAE）小鼠模型中，这是一种小鼠多发性硬化症（MS）模型，小鼠大脑和脊髓的GPX4和SLC7a11的含量减少，同时脂质过氧化增加。EAE小鼠具有铁死亡引起的异常神经元线粒体形态。抑制铁死亡或降低ACSL4表达改善了EAE小鼠模型的表型，减少了神经元死亡，并减少了神经炎症。这表明铁死亡在介导多发性硬化症中枢神经系统损伤中发挥作用。很少有研究探究过铁死亡是如何在系统性红斑狼疮（SLE）中被诱导的。从患有狼疮性肾炎的患者或小鼠中分离出的肾脏显示出增加的脂质过氧化和ACSL4表达增加。狼疮性肾炎患者的血清会增加人近端肾小管细胞对铁死亡的敏感性，这表明一种血清因子可能会传播狼疮性肾炎。SLE的损伤也可能通过中性粒细胞的铁死亡来介导。从SLE小鼠模型或SLE患者中分离出的中性粒细胞会经历增加的铁死亡。自身抗体和IFNα会增强一种转录调控因子与GPX4启动子的结合，从而导致GPX4表达减少，最终导致脂质过氧化增加。此外，具有GPX4一个等位基因缺失的小鼠会出现自身抗体、中性粒细胞减少症、皮肤病变和蛋白尿，这些都是人类SLE的症状。给易感小鼠使用铁死亡抑制剂可降低疾病的严重程度。因此，中性粒细胞铁死亡可能在SLE的病理中发挥作用。此外，在一种自身免疫性皮肤病——银屑病中，ACSL4在表皮的银屑病病变部位上调表达，促进脂质底物的产生，供脂质过氧化作用使用。这会激活铁死亡，进而引发炎症反应。通过抑制铁死亡，可以抑制铁死亡相关的改变，防止在小鼠模型中出现的皮炎。这些数据表明，铁死亡在银屑病中发挥作用。图3：铁死亡在自身免疫性疾病中引起损伤(Credit: Immunity)总的来说，自身免疫性疾病与不同细胞类型的脂质过氧化和铁死亡增加有关。靶向铁死亡可能是自身免疫性疾病的一种有潜力的治疗选择。铁死亡在肿瘤免疫中的作用最近的研究揭示了铁死亡在抗肿瘤免疫中的作用。T细胞通过几种机制诱导癌细胞发生细胞凋亡，包括Fas和Fas-ligand通路以及穿孔素-颗粒酶通路。两种途径都会激活半胱氨酸蛋白酶，导致细胞凋亡（图4A）。 T细胞还可以诱导一种受控细胞死亡方式——细胞焦亡（图4B）。自然杀伤（NK）细胞和细胞毒性T淋巴细胞（CTL）分泌的颗粒酶A（Granzyme A）可以通过细胞焦亡杀死细胞。颗粒酶A切割gasdermin B，释放其在细胞膜上打孔的能力。gasdermin B在一些源自消化道的肿瘤中高度表达。这表明，由颗粒酶A诱导的细胞焦亡可能是某些肿瘤的重要抗肿瘤免疫机制。值得注意的是，杀伤细胞可以通过直接切割gasdermin E来激活Caspase非依赖性细胞焦亡。有趣的是，激活的T细胞产生的IFNγ与肿瘤微环境（TME）中的特定脂肪酸结合可以诱导肿瘤细胞发生铁死亡（图4C）。IFNγ可以由多种免疫细胞亚群释放，如辅助性T细胞（Th1细胞）、自然杀伤细胞（NK细胞）和自然杀伤T细胞（NKT细胞）。因此，产生IFNγ的免疫细胞可以在特定的富含脂肪的微环境中触发细胞铁死亡。鉴于大多数铁死亡研究使用合成化学诱导剂（例如RSL3和erastin），将IFNγ和脂肪酸识别为内源性铁死亡诱导剂为理解体内铁死亡提供了关键信息，未来研究中可能还会发现其他潜在的内源性铁死亡诱导剂。图4：铁死亡在肿瘤免疫中的相关通路 (Credit: Immunity)肿瘤铁死亡可促进癌症免疫和免疫治疗。免疫治疗可刺激CD8+T细胞产生IFNγ。一方面，IFNγ降低了system xc-（SLC3A2和SLC7A11）的表达，从而降低了肿瘤细胞摄取半胱氨酸的能力，破坏了肿瘤细胞的谷胱甘肽（GSH），从而使肿瘤细胞对铁死亡敏感。另一方面，IFNγ在存在亚油酸和其他脂肪酸的情况下刺激ACSL4表达，并改变肿瘤细胞的脂质谱，从而增加C16和C18酰基磷脂中亚油酸的整合，并诱导肿瘤细胞发生铁死亡。因此，肿瘤浸润的T细胞可以通过多种机制诱导肿瘤细胞发生铁死亡。肿瘤中高表达半胱氨酸转运机制和低水平的ACSL4与不良癌症患者预后相关。因此，在免疫检查点阻断（ICB）的同时诱导铁死亡可能是一种潜在的治疗方法。同样，CD8+T细胞可以通过IFNγ使癌症细胞对基于顺铂的化疗敏感。顺铂可被谷胱甘肽（GSH）螯合，随后GSH-顺铂复合物从肿瘤细胞中排出，导致肿瘤对化疗产生抗药性。IFNγ抑制system xc-，降低肿瘤相关成纤维细胞中的半胱氨酸和GSH含量。这导致肿瘤细胞中的细胞内GSH含量降低，GSH-顺铂复合物形成减少，细胞内铂累积增加，肿瘤杀伤增加。铁死亡也介导由肿瘤放疗引起的肿瘤细胞死亡。放疗激活的共济失调毛细血管扩张突变（ATM）与IFNγ协同作用，抑制肿瘤细胞中SLC7A11的表达和胱氨酸的摄取。这导致肿瘤细胞铁死亡增加，并通过放疗改善肿瘤控制。树突状细胞（DC）中内质网应激反应因子X-盒结合蛋白（XBP1）的激活通过驱动异常脂质积累来抑制抗肿瘤免疫。这种脂质积累抑制树突状细胞和T细胞之间的相互作用。沉默树突状细胞中的XBP1改善了其抗肿瘤功能和免疫刺激树突状细胞功能。这暗示了靶向ER应激反应途径可能有助于增强抗癌免疫功能并直接导致肿瘤细胞死亡。总的来说，铁死亡是肿瘤细胞免疫杀伤的一种新兴机制。粒细胞铁死亡在肿瘤微环境中的作用是一个正在发展的研究领域。在小鼠胶质瘤模型中，从脑肿瘤中分离出的粒细胞通过铁死亡杀死肿瘤细胞。粒细胞通过胞质小泡将髓过氧化物酶转移到肿瘤细胞中，从而在肿瘤细胞中诱导脂质过氧化产物。在人胶质瘤中，铁死亡与坏死相关，并预示着不良生存结果。理论上，铁死亡可能驱动脑肿瘤的坏死，并具有促肿瘤生成的作用。然而，铁死亡、坏死和凋亡途径之间的交叉作用以及它们如何影响对肿瘤的免疫反应尚不清楚。吞噬细胞清除铁死亡细胞的机制目前还不清楚。铁死亡细胞表面的一个关键吞噬信号是氧化磷脂1-棕榈酰-2-十五碳-羟基磷脂酰乙醇胺（SAPE-OOH）。添加SAPE-OOH可以增强巨噬细胞通过Toll样受体2（TLR2）介导的对铁死亡细胞的吞噬作用。在体内乳腺肿瘤小鼠模型中，TLR2对于清除铁死亡细胞也至关重要。有必要进一步研究SAPE-OOH的调节机制，以及这一TLR通路是否具有免疫原性或免疫抑制性。铁死亡性肿瘤细胞可能会调节免疫细胞在肿瘤微环境中的浸润和活性。树突状细胞是专性抗原呈递细胞，铁死亡性癌细胞如何影响树突状细胞功能和肿瘤免疫反应尚不明确，之前的研究往往相互矛盾。免疫细胞亚群的铁死亡可能改变肿瘤微环境中的免疫反应。最近的一项研究表明，粒状髓源性抑制细胞（G-MDSC），即中性粒细胞，在肿瘤微环境中对铁死亡敏感。这些铁死亡的中性粒细胞会释放氧化脂质，限制T细胞的活性。另一方面，还有研究表明，肿瘤浸润的中性粒细胞对铁死亡有抵抗力。从机制上讲，肿瘤浸润的中性粒细胞会产生衣康酸，防止铁死亡，使中性粒细胞在肿瘤微环境中存活下来。值得注意的是，与铁死亡无关，肿瘤相关G-MDSC（即中性粒细胞）已被证实是免疫抑制的实体。目前缺乏关于肿瘤微环境中凋亡、铁死亡或存活的中性粒细胞是否具有不同免疫抑制作用的直接比较。因此，得出铁死亡中性粒细胞可能具有免疫抑制作用的结论，进而得出肿瘤微环境铁死亡具有免疫抑制和肿瘤促进作用的结论是误导性的。相反，TME的环境和细胞组成很可能是决定铁死亡是免疫抑制还是免疫原性的关键因素。这给通过诱导铁死亡来抑制肿瘤生长带来了额外的复杂性，因为其他细胞类型也容易发生铁死亡，可能会抑制抗肿瘤免疫。目前，在不进行基因修饰的情况下，无法在特定细胞类型中诱导铁死亡，但在将铁死亡诱导作为广泛应用的抗癌策略之前，可能需要针对特定细胞类型进行靶向。同样，在诱导癌症凋亡和焦亡用于治疗时也存在类似的考虑。除了中性粒细胞外，在不同的环境中还观察到了T细胞亚群的铁死亡现象，包括在肿瘤中。有趣的是，即使在激活后，人类淋巴细胞的半胱氨酸转运活性也出奇地低。在T细胞受体信号通路激活后，Treg细胞中GPX4的缺失导致脂质过氧化和铁死亡。正如预期的那样，消除Treg细胞中的GPX4会抑制肿瘤生长并增强抗肿瘤免疫。相比之下，消除CD8+T细胞中的GPX4会导致抗原刺激的T细胞扩增失败，并降低病原体免疫力。这归因于CD8+T细胞中快速积累的膜脂过氧化物和铁死亡。消除T细胞中的GPX4也会阻止Tfh细胞的产生和生发中心反应的发生，这可能限制了抗体反应。总的来说，这些数据表明GPX4对于保护T细胞免受脂质过氧化和铁死亡至关重要。值得注意的是，虽然体外T细胞增殖依赖于system xc-，但system xc-在体内T细胞增殖和对肿瘤的原发性和记忆性免疫反应中似乎并不必要，可能T细胞外的胱氨酸的重要性可以通过其他机制得到补偿。然而，与GPX4缺失引起的铁死亡相比，胱氨酸耗竭或xCT抑制引起的铁死亡的差异尚未得到充分阐明。肿瘤细胞通常有异常调控的脂质产生。这种调控紊乱如何介导肿瘤细胞的铁死亡或抗肿瘤免疫反应尚不为人所知。据报道，浸润肿瘤的T细胞会积累脂质。这种积累依赖于CD36，这是一种氧化脂质的清道夫受体。敲除CD36使T细胞在肿瘤中的效应功能与野生型T细胞相比得以维持。CD36促进氧化低密度脂蛋白进入T细胞，从而引发脂质过氧化。消除CD36在效应CD8+T细胞中的作用会导致细胞毒性细胞因子的增加和肿瘤清除率的提高。因此，阻断CD36或抑制CD8+T细胞中的铁死亡可能有助于恢复抗肿瘤免疫功能，并可能提高免疫检查点阻断（ICB）的疗效。肿瘤微环境（TME）中与铁死亡调控相关的基因的功能重要性正在逐渐被揭示。然而，仍有许多未解之谜：铁死亡在何种背景下具有免疫原性；经历铁死亡的细胞中存在哪些损伤相关分子模式；哪些TME细胞启动对铁死亡细胞的反应；随着时间的推移，如何促进对肿瘤的免疫反应；TME中不同死亡途径之间可能存在何种交叉作用；如何优化促进铁死亡和抑制铁死亡的药物，以在肿瘤抑制中实现帮助与伤害的平衡？解答这些问题将揭示肿瘤微环境中铁死亡的本质，并识别出新的癌症治疗模式。靶向铁死亡的治疗方法目前还没有任何用于治疗传染病的调控铁死亡的药物。初步研究表明，诱导细菌铁死亡可能导致开发出一类新的抗生素。用含铁硫酸盐的水凝胶治疗可产生多种活性氧、脂质过氧化和铁死亡，对金黄色葡萄球菌（S. aureus）有效。此外，亚油酸可诱导金黄色葡萄球菌脂质过氧化和死亡。从机制上讲，亚油酸被氧化并改变细菌的大分子结构，引起毒性。使用抗氧化剂可防止金黄色葡萄球菌在接触亚油酸后死亡。因此，在细菌中诱导铁死亡可能有助于治疗对传统抗生素产生抗药性的感染，并为开发新型抗生素提供了一种方法。针对炎症性疾病的进展，人们已经研究了通过饮食调节来抑制铁死亡的机制。 一些研究表明，抗氧化剂并不能改变类风湿性关节炎（RA）的炎症指标。然而，半胱氨酸供体N-乙酰半胱氨酸（NAC）改善了风湿性关节炎（RA）和系统性红斑狼疮（SLE）的临床表现。硒补充剂改善了风湿性关节炎（RA）患者的健康状况评分，与安慰剂组相比，并使粒细胞的氧化应激标志物恢复正常，改善了银屑病患者的临床状况。当前的文献并未就通过饮食调节铁死亡来预防自身免疫性疾病的病理机制达成共识。 了解铁死亡的参与时间、参与细胞类型以及铁死亡的分子途径，对于实现转化影响至关重要。临床前研究表明，靶向肿瘤铁死亡途径是一种有前途的抗癌治疗策略。事实上，在抗癌药物筛选中发现了铁死亡诱导剂——erastin。在小鼠弥漫性大B细胞淋巴瘤模型中，强效铁死亡诱导剂erastin治疗可导致谷胱甘肽（GSH）耗竭、脂质过氧化增加，并减缓肿瘤生长。由于半胱氨酸对某些氧化条件下的癌细胞生存至关重要，因此体内使用半胱氨酸酶（可耗竭胱氨酸和半胱氨酸）可抑制肿瘤生长。索拉非尼是晚期肝细胞癌（HCC）的一线药物。一些研究表明，索拉非尼可诱导铁依赖的铁死亡肿瘤细胞死亡。SLC27A5在索拉非尼耐药性HCC中表达下调。SLC27A5参与脂肪酸延长和复杂脂质合成，其缺乏可抑制铁死亡并促进索拉非尼耐药性。然而，最近也有研究质疑索拉非尼是否确实诱导铁死亡。如上所述，免疫细胞亚群在肿瘤微环境中受到铁死亡的调节。铁死亡诱导药物可能会在肿瘤微环境中不加区分地诱导癌细胞和其他细胞（例如免疫细胞）发生铁死亡。 最近的药物筛选发现，一种以前未被研究过的小分子N6F11可以特异性地降解癌细胞中的GPX4，但不会降解树突状细胞、T细胞和NK细胞。 使用N6F11治疗可诱导癌细胞发生铁死亡，并增强胰腺肿瘤对免疫检查点阻断（ICB）的响应，仍有待评估N6F11如何实现肿瘤特异性靶向。鉴于增加的微环境铁可介导铁死亡，可以使用磁场将氧化铁递送到肿瘤微环境中以触发肿瘤细胞铁死亡并抑制肿瘤进展。将铁死亡诱导与已建立的癌症治疗方法（例如免疫疗法、放疗和化疗）相结合，已在实验中得到评估。目前正在积极探索几种诱导肿瘤铁死亡的方法。仿生磁性纳米粒子可产生温和的免疫反应，并改善小鼠转移性乳腺癌模型中的免疫疗法效果。另一种潜在的方法是将热能、铁死亡和免疫疗法结合起来。一种含有嵌入金纳米棒和氧化铁纳米粒子的凝胶递送治疗平台可实现靶向光热疗法和铁死亡，以触发固有免疫和适应性免疫。最近，一种新型的六酶共表达纳米平台，包括脂氧合酶和磷脂酶A2共负载FeCo/Fe-Co双金属原子纳米酶，诱导初始铁死亡和上调花生四烯酸的表达，并与IFNγ协同诱导免疫原性铁死亡。通过耗竭半胱氨酸、间歇性甲硫氨酸剥夺、抑制system xc-或靶向GPX4等方式诱导铁死亡，可以提高免疫检查点阻断（ICB）在肿瘤动物模型中的治疗效果。有趣的是，人类肥胖与对免疫检查点阻断（ICB）的增强反应有关，这种现象被称为“肥胖-免疫疗法悖论”。这一悖论可能部分得到解释，因为ICB激活的免疫细胞通过IFNγ与微环境中的脂肪酸合作，促进和诱导癌症铁死亡。尚未有直接证据表明肥胖癌症患者具有独特的脂质组。然而，脂肪酸、血清和粪便特征确实与癌症患者的ICB疗效相关。因此，虽然尚未直接证明，但肥胖癌症患者可能表现出有利于免疫诱导肿瘤铁死亡的脂质代谢。总的来说，当前的基础和转化研究为传染病、自身免疫性疾病和癌症的铁死亡疗法的发展提供了理论依据。总结及未来研究方向有令人信服的证据表明，铁死亡参与调节免疫反应。 包括system xc-、GPX4、脂质过氧化和解毒系统、ACSL介导的脂肪酸激活、FSP1-辅酶Q10系统和与线粒体相关的DHODH途径在内的几种分子途径可以调节铁死亡。与细胞凋亡和细胞焦亡不同，铁死亡尚未发现有明确的执行基因。 这不仅凸显了不同类型调控性细胞死亡机制之间的差异，而且也凸显了在生理和病理条件下进一步理解铁死亡促进和抑制信号以及环境背景之间关系的必要性。目前的研究表明，多种细胞器参与了铁死亡过程。在不同的实验条件下，已经研究了铁死亡过程中线粒体、内质网、高尔基体、溶酶体和细胞膜的作用，但还需要明确特定细胞类型、时机、诱因、微环境因素和干预点。不同的铁死亡调节因子会改变不同的细胞器，有些是通过线粒体，有些是通过内质网，有些是通过高尔基体。然而，无论通过哪种细胞器途径，铁死亡的最终不可逆转的机制可能是由于脂质过氧化导致的细胞膜损伤。线粒体可能是作为细胞死亡的诱导中心和不同细胞死亡途径之间的通信枢纽。进一步阐明免疫系统在调控铁死亡过程中所采用的精确分子和细胞调节机制将是很重要的。在特定脂肪酸的存在下，效应T细胞会抑制system xc-并通过IFNγ刺激ACSL4来促进和诱导肿瘤细胞铁死亡。这有助于T细胞杀死肿瘤细胞和免疫检查点阻断。基于这些发现，可以推断出，在感染和自身免疫性疾病的疾病微环境中，激活的免疫细胞，如T细胞、NK细胞和NKT细胞，也可能诱导铁死亡。铁死亡会产生从过氧化脂质到次级电活性氧化断裂物种的数千种多样化脂质过氧化副产物。众所周知，某些脂质物种可能会与蛋白质形成共价加合物并附着在生物分子上。一方面，这可能产生潜在的新抗原，为利用这些新抗原对抗癌症提供机会。另一方面，这些由脂质过氧化引起的新抗原可能会通过自抗原交叉反应刺激自身免疫反应。因此，对氧化脂质与蛋白质在铁死亡过程中相互作用的研究可能为铁死亡生物学研究带来新的见解。最后，氧化应激是各种调控性细胞死亡形式的共同特征，包括铁死亡、细胞凋亡和细胞焦亡。然而，磷脂过氧化是铁死亡特有的。铁死亡的独特特征为进一步调节细胞死亡提供了额外的途径。由细胞代谢、免疫应激和治疗干预引起的线粒体和内质网应激可能是不同形式的调控性细胞死亡相互作用的交叉点。所有形式的细胞死亡最终都会导致细胞膜的分解和细胞溶解，但导致这一结果的触发途径却大相径庭。铁依赖性和脂质过氧化是铁死亡特有的。功能上，细胞凋亡的作用最初主要是在组织和细胞分化过程中定义的，而细胞焦亡则在感染控制中发挥着重要作用，铁死亡则介于两者之间，在维持稳态和建立自身免疫性、病原性和肿瘤方面发挥着日益重要的作用。未来的研究方向将是探索不同形式的受控细胞死亡之间的相互作用是否、如何以及何时决定感染性疾病、自身免疫性疾病和肿瘤的命运。原文链接https://www.cell.com/immunity/fulltext/S1074-7613(24)00140-7责编|探索君排版|探索君文章来源|“生物世界”End往期精选围观一文读透细胞死亡(Cell Death) | 24年Cell重磅综述（长文收藏版）热文Cell | 是什么决定了细胞的大小？热文Nature | 2024年值得关注的七项技术热文Nature | 自身免疫性疾病能被治愈吗？科学家们终于看到了希望热文CRISPR技术进化史 | 24年Cell综述