《Cell Death & Disease》：ALDH3A2 negatively orchestrates gastric cancer progression through a synergistic induction of ferroptosis and ferroptosis-driven macrophage reprogramming
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本研究针对胃癌中铁死亡、线粒体功能障碍与巨噬细胞重编程之间分子互作机制不清的问题，揭示了ALDH3A2通过下调SLC47A1阻断NRF2核转位，抑制线粒体未折叠蛋白反应(UPRmt)，诱导线粒体功能障碍和GPX4依赖性铁死亡；同时，铁死亡释放的IL-6驱动巨噬细胞向M1表型极化，通过IL-1β下调PD-L1抑制肿瘤进展。该发现为胃癌治疗提供了新的靶点和策略。
胃癌是全球范围内发病率和死亡率均居高不下的恶性肿瘤，尤其晚期患者预后极差，这很大程度上源于对肿瘤发生和转移分子机制的认知尚不全面。近年来，一种铁依赖性的新型细胞死亡方式——铁死亡（Ferroptosis），因其在抑制肿瘤生长方面的潜力而备受关注。与此同时，作为细胞能量工厂的线粒体，其功能紊乱与肿瘤进展密切相关，而铁死亡的发生又与线粒体活动紧密相连。然而，在胃癌中，铁死亡与线粒体功能障碍之间的具体分子桥梁，以及它们如何与肿瘤微环境中的免疫细胞（如巨噬细胞）相互作用，共同影响胃癌进程，仍是悬而未决的科学问题。
为了解开这些谜团，来自西北大学的研究团队在《Cell Death & Disease》上发表了一项研究。他们通过综合运用生物信息学分析和一系列严谨的实验验证，发现醛脱氢酶3家族成员A2（ALDH3A2）是一个关键的、在胃癌中表达显著下调的铁死亡-线粒体功能障碍相关基因。这项研究不仅揭示了ALDH3A2抑制胃癌的新机制，还意外地发现了其在重塑肿瘤免疫微环境中的重要作用，为胃癌治疗提供了新的视角和潜在的靶点。
研究人员为开展此项研究，主要应用了以下几项关键技术：基于TCGA-STAD队列的生物信息学分析以筛选关键基因；利用慢病毒转导技术在胃癌细胞系中进行基因的过表达和敲低；通过CCK-8、集落形成、划痕愈合和Transwell实验评估细胞增殖、迁移和侵袭能力；采用蛋白质印迹（Western Blot）、实时定量PCR（qRT-PCR）、免疫荧光和亚细胞分级技术分析蛋白表达与定位；使用活性氧（ROS）探针、JC-1染色和丙二醛（MDA）含量检测评估线粒体功能和铁死亡水平；通过流式细胞术分析巨噬细胞表型极化；并利用裸鼠异种移植瘤模型进行体内药效验证。
3.1 ALDH3A2被鉴定为参与胃癌进展的潜在关键铁死亡和线粒体功能障碍相关基因
通过对癌症基因组图谱-胃腺癌（TCGA-STAD）数据的分析，研究人员筛选出与胃癌相关的差异表达基因，并将其与铁死亡相关基因和线粒体功能障碍相关基因取交集，最终鉴定出23个候选基因。结合多种机器学习算法（LASSO-Cox、Boruta、随机森林）和预后分析，ALDH3A2、PDK4和GJA1被确认为三个关键基因。进一步的实验验证表明，与正常胃黏膜细胞相比，ALDH3A2在多个胃癌细胞系中的mRNA和蛋白水平均显著降低，而PDK4和GJA1则无明显变化，提示ALDH3A2在胃癌中可能扮演抑癌基因的角色。
3.2 ALDH3A2过表达抑制GC细胞进展并增强铁死亡
在MGC803和HGC27胃癌细胞中过表达ALDH3A2后，细胞增殖、集落形成、迁移和侵袭能力均受到显著抑制。同时，铁死亡的关键指标发生变化：抗氧化酶GPX4的蛋白表达下降，而脂质过氧化产物MDA的水平升高，但细胞内Fe2+水平无显著变化。这表明ALDH3A2可能通过GPX4依赖性途径抑制胃癌细胞恶性进展并促进铁死亡。
3.3 ALDH3A2通过诱导GPX4依赖性铁死亡对GC细胞进展产生抑制作用
为了确认ALDH3A2的作用是否依赖于铁死亡，研究人员在过表达ALDH3A2的细胞中同时过表达了GPX4。结果发现，GPX4的过表达能够逆转ALDH3A2引起的MDA水平升高、细胞活力下降以及增殖、迁移和侵袭能力的抑制。这直接证明了ALDH3A2是通过促进GPX4依赖性的铁死亡来发挥其抑癌功能的。
3.4 ALDH3A2通过促进GC细胞线粒体功能障碍诱导铁死亡
鉴于ALDH3A2被鉴定为与线粒体功能障碍相关的基因，研究人员检测了其对线粒体功能的影响。发现ALDH3A2过表达会导致细胞内ROS水平显著升高，线粒体膜电位（ΔΨm）明显下降，表明线粒体功能受损。当使用ROS清除剂N-乙酰半胱氨酸（NAC）处理后，ALDH3A2引起的线粒体功能障碍和铁死亡指标（GPX4下降、MDA升高）均得到改善。这说明ALDH3A2是通过诱导线粒体功能障碍来促进铁死亡的。
3.5 ALDH3A2介导的UPRmt抑制导致线粒体功能障碍和铁死亡
线粒体未折叠蛋白反应（UPRmt）是维持线粒体蛋白质稳态的重要机制。本研究发现，ALDH3A2过表达会显著降低UPRmt关键标志物LONP1和HSP60的mRNA和蛋白水平。当使用UPRmt激活剂Oligomycin处理后，ALDH3A2对UPRmt的抑制被解除，同时，线粒体功能障碍和铁死亡得到缓解，细胞的恶性表型也被逆转。这表明ALDH3A2是通过抑制UPRmt来引发后续的线粒体功能障碍和铁死亡的。
3.6 ALDH3A2通过阻断NRF2核转位损害UPRmt以促进线粒体功能障碍和铁死亡
为了探究ALDH3A2抑制UPRmt的上游机制，研究人员对转录因子（TFs）进行了整合分析，发现核因子E2相关因子2（NRF2）是与ALDH3A2相关性最强的候选因子。实验表明，ALDH3A2过表达并不影响NRF2的总蛋白量，但显著抑制了其向细胞核的转位。使用NRF2激活剂二甲富马酸（DMF）处理后，ALDH3A2引起的UPRmt抑制和铁死亡得以部分恢复。这揭示了一条新的信号轴：ALDH3A2 → NRF2核转位抑制 → UPRmt受损 → 线粒体功能障碍 → 铁死亡。
3.7 ALDH3A2通过下调SLC47A1阻断NRF2核转位
机制深挖发现，ALDH3A2通过下调溶质载体家族47成员1（SLC47A1）的表达来抑制NRF2的核转位。在ALDH3A2过表达的细胞中恢复SLC47A1的表达，可以挽救NRF2的核转位，并逆转ALDH3A2引起的UPRmt抑制、铁死亡增强和细胞恶性表型。从而明确了ALDH3A2-SLC47A1-NRF2是调控该通路的关键分子链条。
3.8 ALDH3A2诱导的铁死亡通过释放IL-6促进巨噬细胞向M1表型极化
研究并未止步于肿瘤细胞自身。生物信息学分析提示ALDH3A2表达与M1型巨噬细胞标志物呈正相关。实验证实，用ALDH3A2过表达胃癌细胞的条件培养基处理THP-1来源的巨噬细胞，可诱导其向M1表型（CD86+CD11b+）极化，并高表达IL-6、IL-1α和IL-1β。进一步机制探索表明，ALDH3A2诱导铁死亡后，细胞会释放大量的IL-6，后者是驱动巨噬细胞M1极化的关键因子。
3.9 ALDH3A2诱导的铁死亡通过促进具有高水平IL-1β产生的M1表型巨噬细胞极化来缓解GC细胞进展
M1型巨噬细胞条件培养基能够抑制胃癌细胞PD-L1的表达，并降低其增殖、迁移和侵袭能力。而当巨噬细胞中的IL-1β被敲低后，这种抑制作用被显著削弱。这表明ALDH3A2诱导铁死亡后，通过IL-6促使巨噬细胞极化为M1型，M1型巨噬细胞再通过释放IL-1β下调胃癌细胞PD-L1，从而间接抑制肿瘤进展，形成了一个完整的“肿瘤细胞-免疫微环境”调控环路。
3.10 用木黄酮靶向ALDH3A2在体外和体内减轻GC进展
最后，研究团队从药物数据库筛选出能上调ALDH3A2的候选药物，其中异黄酮类化合物木黄酮（Genistein）效果最为显著。木黄酮处理能模拟ALDH3A2过表达的效果，在体外抑制胃癌细胞恶性行为，在裸鼠移植瘤模型中也能剂量依赖性地抑制肿瘤生长。体内外实验均证实木黄酮通过激活ALDH3A2-SLC47A1-UPRmt-GPX4轴发挥抗肿瘤作用。
结论与讨论
本研究系统性地揭示了ALDH3A2在胃癌中作为一个重要的肿瘤抑制因子，通过一条新颖的分子通路发挥双重抑癌作用。在肿瘤细胞内部，ALDH3A2下调SLC47A1，阻碍NRF2核转位，抑制UPRmt，导致线粒体功能障碍并最终引发GPX4依赖性的铁死亡，直接抑制肿瘤细胞生长。在肿瘤微环境层面，ALDH3A2诱导的铁死亡促进IL-6释放，驱动巨噬细胞向抗肿瘤的M1表型极化，极化后的巨噬细胞通过分泌IL-1β下调肿瘤细胞PD-L1，间接抑制肿瘤进展。
该研究的重大意义在于：首先，首次将ALDH3A2与线粒体UPRmt和铁死亡联系起来，阐明了其在胃癌中的抑癌机制，为理解胃癌发病机制提供了新视角。其次，揭示了ALDH3A2同时调控肿瘤细胞内在死亡通路和外在免疫微环境的独特功能，强调了靶向肿瘤“双刃剑”策略的潜力。最后，发现天然化合物木黄酮可通过上调ALDH3A2表达发挥抗胃癌作用，为开发以ALDH3A2为靶点的胃癌治疗策略（包括利用木黄酮或其衍生物）提供了坚实的实验依据和前景广阔的方向。
