NRF2通过调控脂滴动态平衡抵御脂毒性的分子机制研究

本研究揭示了转录因子NRF2在应对脂毒性应激中的新机制：通过上调G0S2表达抑制ATGL介导的脂滴降解，促进脂肪酸储存从而防止脂质过氧化和铁死亡。研究人员利用CRISPR基因编辑、脂滴成像等技术，在HEK-TtH和肺癌细胞中发现NRF2-G0S2-ATGL通路是细胞抵抗多不饱和脂肪酸(PUFA)毒性的关键防线，为代谢性疾病和癌症治疗提供了新靶点。

　　

细胞在代谢压力下如何避免脂毒性损伤一直是生命科学领域的核心问题。当过量脂肪酸涌入细胞时，它们可能引发脂质过氧化和铁死亡（ferroptosis）——一种铁依赖性的程序性细胞死亡形式。虽然已知转录因子NRF2（NFE2 like bZIP transcription factor 2）是抗氧化应激的核心调控者，但其在脂滴（lipid droplet, LD）动态平衡中的作用机制尚未阐明。脂滴作为储存中性脂质的细胞器，其数量增减直接影响细胞对脂肪酸的处置能力，而三酰甘油（TAG）水解酶ATGL（adipose triglyceride lipase）的活性调控则是这一过程的关键开关。

美国弗吉尼亚大学健康系统的Christopher T. Prevost、William B. Gansereit和David F. Kashatus团队在《iScience》发表的研究，首次揭示了NRF2通过G0S2-ATGL轴调控脂滴动态的分子机制。研究人员采用CRISPR-Cas9基因编辑构建NRF2激活（KEAP1敲除）和敲除模型，结合脂滴荧光标记、脂肪酸处理、铁死亡诱导剂RSL3处理等实验，发现NRF2的稳定表达会显著增加细胞内脂滴储量。这种保护作用源于NRF2诱导G0S2（G0/G1 switch gene 2）的表达，后者通过抑制ATGL活性阻止TAG水解，从而将潜在有害的脂肪酸"锁"在脂滴中。

主要技术方法包括：1）利用CRISPR-Cas9构建KEAP1/NRF2/G0S2基因修饰的HEK-TtH和肺癌细胞系；2）BODIPY荧光染色定量分析脂滴动态；3）脂肪酸（如花生四烯酸AA）和铁死亡诱导剂RSL3处理评估细胞存活；4）Western blot检测NRF2及其下游靶点HMOX1蛋白表达；5）qPCR分析脂代谢相关基因表达谱。

NRF2稳定性与活性影响HEK-TtH细胞脂滴积累
通过sgRNA靶向KEAP1使NRF2稳定表达的细胞显示脂滴面积增加5.1倍，而NRF2敲除细胞脂滴减少。药物激活NRF2（使用萝卜硫素SFN）同样促进脂滴积累，证实NRF2是脂滴调控的核心开关。

NRF2介导的脂滴积累在肺癌细胞中重现
在具有高基础NRF2活性的H2009肺癌细胞中，NRF2敲除导致脂滴显著减少，而在低NRF2活性的H1650细胞中无此效应，说明NRF2对脂滴的调控具有细胞类型特异性。

G0S2作为ATGL负调控因子介导NRF2效应
转录组分析发现G0S2是NRF2激活后上调最显著的脂滴相关基因（5.1倍）。G0S2敲除逆转了KEAP1缺失细胞的脂滴表型，而过表达G0S2则能挽救NRF2敲除细胞的脂滴缺陷，证实其作为NRF2下游效应器的关键地位。

下游信号传导保护细胞免受脂毒性应激
多不饱和脂肪酸（如AA和DHA）处理选择性地稳定NRF2并诱导HMOX1表达。NRF2激活细胞对AA毒性具有显著抵抗力，而NRF2敲除细胞显示4-HNE（4-hydroxynonenal，脂质过氧化标志物）积累增加。值得注意的是，铁死亡抑制剂Fer-1而非凋亡抑制剂Z-VAD能逆转AA毒性，揭示NRF2主要抵抗铁死亡。

抑制脂滴降解保护细胞免于铁死亡
NRF2高表达的H2009细胞对铁死亡诱导剂RSL3表现出更强抵抗力。使用ATGL抑制剂（ATGLi）或过表达G0S2均可部分挽救NRF2敲除细胞的RSL3敏感性，证实抑制脂滴水解是NRF2抗铁死亡的核心机制。

这项研究建立了NRF2-G0S2-ATGL轴作为细胞抵抗脂毒性的新通路模型：当细胞遭遇脂质过氧化威胁时，NRF2通过诱导G0S2表达抑制ATGL活性，减少脂肪酸从脂滴中的释放，从而阻断脂质过氧化的恶性循环。该发现不仅解释了为何某些肿瘤（如NRF2高活性的肺癌）表现出脂滴积累和化疗抵抗，还为代谢综合征、非酒精性脂肪肝等脂毒性相关疾病提供了潜在干预策略。研究同时揭示了多不饱和脂肪酸的双重性——既是细胞膜必需组分，又可能通过特定条件下激活NRF2通路重塑细胞代谢格局。未来研究可进一步探索不同脂肪酸饱和度对NRF2激活的特异性影响，以及该通路在肿瘤微环境适应中的时空调控特征。