线粒体动力学失衡通过NRF2-FSP1通路抑制铁死亡并减轻化疗毒性的机制研究

本研究针对铁死亡（ferroptosis）调控机制不明的问题，通过干扰线粒体分裂/融合动态平衡（mitochondrial dynamics），揭示了DRP1/OPA1-MFN1/2-AMPK-NRF2-FSP1信号轴在抵抗铁死亡和化疗毒性中的关键作用。研究人员发现线粒体动态失衡通过降低ATP水平激活AMPK，促进NRF2磷酸化入核上调FSP1表达，从而抑制脂质过氧化。该研究为化疗药物多柔比星（Dox）的心脏毒性提供了新型干预策略，相关成果发表于《Cell Reports》。

　　

铁死亡作为一种铁依赖性程序性细胞死亡方式，与神经退行性疾病、缺血性器官损伤和肿瘤抑制密切相关。尽管已知线粒体在铁死亡中发挥重要作用，但线粒体持续分裂融合的动态过程如何调控铁死亡仍不清楚。同时，化疗药物多柔比星（Dox）的心脏毒性限制了其临床应用，而靶向铁死亡能否缓解其副作用尚需探索。这项发表于《Cell Reports》的研究，首次系统阐明了线粒体动力学稳态通过能量感应-转录调控网络抵抗铁死亡的分子机制。

研究采用基因编辑（CRISPR-Cas9）、shRNA敲低、免疫共沉淀（Co-IP）和染色质免疫沉淀（ChIP）等技术，结合心肌细胞（AC16）和小鼠胚胎成纤维细胞（MEFs）模型。通过高效液相色谱（HPLC）检测能量代谢物，并建立Dox诱导的小鼠心脏毒性和肿瘤异种移植模型验证治疗潜力。

促进线粒体融合可阻断铁死亡

研究发现铁死亡诱导剂erastin触发线粒体碎片化（图1A）。通过shRNA敲低分裂蛋白DRP1或药物抑制（Mdivi-1）可显著抑制脂质ROS积累和细胞死亡（图1D-F）。过表达融合蛋白OPA1同样产生保护效应（图1H），但该保护作用仅限于系统X_c^-抑制剂诱导的铁死亡，对GPX4抑制剂RSL3无效。

促进线粒体分裂同样缓解铁死亡

意外的是，敲除融合蛋白MFN1/2或OPA1（图2A-E）虽导致线粒体碎片化，却仍能抵抗铁死亡。这表明线粒体动态平衡的破坏（无论偏向融合或分裂）均可产生保护作用，提示功能性线粒体动态稳态是铁死亡发生的必要条件。

线粒体动态缺陷通过FSP1上调实现保护

蛋白质组分析显示，DRP1敲低细胞中铁死亡抑制蛋白FSP1表达显著升高（图3A）。FSP1通过将辅酶Q₁₀（CoQ₁₀）还原为泛醇（CoQ₁₀H₂）抵抗脂质过氧化。在DRP1敲低、OPA1过表达或MFN1敲除细胞中，FSP1的敲除均恢复铁死亡敏感性（图3E-G）。亚细胞分离实验证实FSP1在质膜富集（图3H-I）。

NRF2是FSP1上调的关键转录因子

NRF2抑制剂ML385可逆转线粒体动态缺陷细胞的铁死亡抵抗（图4A-C），并阻断FSP1表达（图4D-F）。ChIP实验证实NRF2直接结合FSP1启动子区（图5）。机制上，线粒体动态失衡导致ATP耗竭和AMP/ATP比值升高，激活AMPK进而磷酸化NRF2-Ser⁵⁵⁰（图6C-E），促进其核转位（图6F-H）。AMPK敲除则取消NRF2激活和FSP1上调（图6I-K），重新敏感化细胞至铁死亡（图6L-N）。

线粒体融合促进剂M1减轻Dox心脏毒性

在Dox处理的小鼠中，M1可降低死亡率（图7A），改善血细胞减少（图7C）和心功能（图7D），减轻心肌纤维化（图7E）。电镜显示M1维持心肌线粒体形态（图7H），同时上调心脏FSP1表达并降低脂质过氧化标志物4-HNE（图7I）。值得注意的是，M1不影响Dox在黑色素瘤（B16）和肾癌（ACHN）模型中的抗肿瘤效果。

该研究揭示线粒体动态平衡通过AMPK-NRF2-FSP1轴调控铁死亡的双向机制：生理状态下线粒体分裂促进铁死亡，但持续动态失衡则触发保护性应激反应。线粒体融合促进剂M1的发现为化疗心脏毒性提供了特异性干预策略，其不影响抗肿瘤疗效的特性具有重要转化价值。未来需进一步探索线粒体电子传递链（ETC）蛋白下调的具体机制，以及除FSP1外其他潜在效应分子。