溶酶体脂质过氧化通过溶酶体膜通透化诱导铁死亡：癌症治疗新策略

《Nature Communications》：Lysosomal lipid peroxidation contributes to ferroptosis induction via lysosomal membrane permeabilization

为解决铁死亡诱导过程中脂质过氧化（LPO）的细胞定位及铁利用问题，九州大学等机构研究人员开展了溶酶体 LPO 在铁死亡中作用的研究。结果表明，溶酶体 LPO 引发溶酶体膜通透化（LMP）和铁泄漏，促进细胞死亡。这为克服癌细胞对铁死亡治疗的抗性提供新方向。

　　铁死亡，这种由铁依赖的脂质过氧化反应（LPO）引发的细胞死亡形式，正逐渐成为癌症治疗领域备受瞩目的潜在靶点。想象一下，癌细胞在体内肆意生长，传统治疗手段有时难以彻底将其消灭。而铁死亡的发现，为攻克癌症带来了新希望。然而，目前关于 LPO 究竟在细胞的哪个具体位置发生，以及铁是如何参与并推动细胞走向死亡的，这些问题依旧迷雾重重。要是能把这些机制研究透彻，那对于开发更有效的癌症治疗方法，无疑有着举足轻重的意义。

在这样的背景下，来自日本九州大学等多个研究机构的研究人员开启了探索之旅。他们的研究成果发表在了《Nature Communications》上。

为了深入探究这些问题，研究人员开展了一系列实验。主要运用了细胞成像技术，借助荧光检测探针来观察细胞内的变化；采用了脂质过氧化检测、溶酶体膜通透化检测等实验技术；还通过动物实验，在小鼠模型上验证相关结论。

研究结果如下：

1. 确定重要细胞器靶点：研究人员评估了常用的 LPO 检测探针（如 NBD-Pen、C11-BODIPY 和 Liperfluo）作为抗氧化剂的特性。发现 NBD-Pen 能有效抑制铁死亡诱导，且在多种细胞系中，其抑制效果优于其他探针。通过细胞成像实验，利用 NBD-Pen 观察到铁死亡诱导剂处理后的癌细胞中，荧光点与溶酶体标记物共定位，表明 NBD-Pen 可检测到内体 / 溶酶体区室中的 LPO。合成的溶酶体靶向探针 Lyso-NBD-Pen 能更有效地抑制铁死亡，且特异性定位于溶酶体，进一步证实溶酶体脂质过氧化是铁死亡诱导的关键因素。
2. 溶酶体脂质过氧化诱导溶酶体膜通透化：研究发现，用 RSL3 处理细胞后，溶酶体 pH 升高，FITC - dextran 从溶酶体扩散到细胞质，组织蛋白酶 B 也出现在细胞质中，这些都表明溶酶体 LPO 诱导了 LMP。同时，RSL3 处理导致溶酶体 Fe²⁺扩散到整个细胞，细胞内 Fe²⁺增多，促进了脂质过氧化，引发细胞死亡。外源性油酸（OA）预处理虽能抑制内质网（ER）的脂质过氧化，但对溶酶体 LPO 和 LMP 无影响，排除了溶酶体 LPO 和 LMP 由 ER 的 LPO 导致的可能性。此外，在 LMP 发生后 2 小时内添加 NBD-Pen 和 Lyso-NBD-Pen 可完全阻止细胞死亡，说明溶酶体脂质过氧化介导的 LMP 是铁死亡细胞死亡的关键机制。
3. 溶酶体促渗剂对低铁死亡敏感性细胞系的影响：不同细胞系对铁死亡的敏感性不同，如部分非小细胞肺癌（NSCLC）细胞对 RSL3 诱导的细胞死亡敏感性较低。研究发现，RSL3 在这些低敏感性细胞中可诱导溶酶体 LPO，但不触发 LMP。使用溶酶体促渗剂（如氯喹（CQ）、氯化铵（NH₄Cl）和甲胺）与铁死亡诱导剂联合处理，可增强低敏感性细胞对铁死亡的敏感性，诱导细胞死亡。CQ 与 RSL3 联合处理促进了溶酶体铁泄漏，增加了细胞内 LPO 水平，导致细胞死亡。在动物实验中，CQ 显著抑制了 GPX4 敲除（GPX4^KO）的 H460 细胞肿瘤生长，且肿瘤组织中脂质过氧化产物 4-HNE 积累。
4. 氯喹增强 GPX4^KO H460 肿瘤抑制作用：研究人员用 GPX4^KO的 H460 细胞构建小鼠肿瘤模型，发现 CQ 处理可显著抑制肿瘤生长，且不影响小鼠体重。肿瘤组织中 4-HNE 积累，表明 CQ 联合 GPX4 抑制可有效克服癌细胞对铁死亡的低敏感性。

研究结论和讨论部分指出，本研究揭示了溶酶体 LPO 在铁死亡过程中触发 LMP，Fe²⁺扩散到整个细胞诱导 LPO。NBD-Pen 抑制铁死亡效果显著，可能与其反应分子物种、二阶反应速率常数及细胞内细胞器分布有关。溶酶体在细胞铁稳态中起重要作用，本研究进一步明确了溶酶体铁和 LPO 在铁死亡中的关键作用。此外，研究还发现溶酶体促渗剂可增强低敏感性细胞对铁死亡的敏感性，为克服癌细胞对铁死亡治疗的抗性提供了新策略。未来研究可进一步探索参与低铁死亡敏感性癌细胞中 LMP 抑制的蛋白质或分子，以阐明 LMP 的调控机制 。这项研究为癌症治疗开辟了新的思路，有望推动基于铁死亡的癌症治疗方法取得新突破。