编辑丨王多鱼
题图丨Pixabay
铁死亡（Ferroptosis）是铁依赖的脂质过氧化过度累积介导的程序性细胞死亡。铁死亡在肿瘤等多种疾病发生发展中扮演着重要角色。
近些年的研究表明免疫治疗或放射治疗可诱导肿瘤细胞铁死亡，且铁死亡在肿瘤免疫治疗及放疗的疗效发挥中起着重要的促进作用，提示靶向诱导铁死亡是极具潜力的肿瘤治疗方式。然而，肿瘤发生和肿瘤治疗耐受中铁死亡的潜在调控机制还不清楚，这限制了铁死亡在肿瘤治疗中的应用。
2024年6月26日，中山大学肿瘤防治中心邓蓉、朱孝峰团队在Science Translational Medicine期刊发表了题为：TRPML1 triggers ferroptosis defense and is a potential therapeutic target in AKT-hyperactivated cancer 的研究论文。
该研究发现，溶酶体胞吐是新型的铁死亡抵抗系统；揭示了TRPML1-ARL8B介导的溶酶体胞吐通过抵抗铁死亡，促进AKT驱动的肿瘤发生和治疗耐受；开发的靶向TRPML1的特异性多肽通过抑制溶酶体胞吐促进铁死亡，在AKT驱动的肿瘤中表现出良好的抗瘤作用。
邓蓉、朱孝峰团队长期以来致力于铁死亡调控机制及其在肿瘤发生发展和治疗中的作用的研究。他们先前发现了铁死亡的“导火索”：PKCβII通过感知脂质过氧化而激活，进而直接磷酸化下游ACSL4，使其发生二聚化激活并生成更多的脂质过氧化物，从而启动了脂质过氧化的快速扩增过程，最终诱导铁死亡的发生。
这一核心机制的发现首次证实了铁死亡是主动过程，为铁死亡的研究开辟了新方向。然而，肿瘤在发生的过程中往往呈现出铁死亡抵抗，并且大多数肿瘤对铁死亡诱导疗法不敏感，因此鉴定促进肿瘤铁死亡耐受的因子及通路并开发靶向策略是将铁死亡应用于肿瘤治疗的关键。
在上述研究的基础上，研究团队利用CRISPR-Cas9全基因组转录激活文库筛选介导肿瘤铁死亡耐受的关键因子，发现溶酶体胞吐相关基因 (TRPML1、TFEB、ARL8B、BORCS8、KIF1B、KIF5B、KIF1BP等) 的sgRNA在铁死亡耐受细胞中显著富集。溶酶体胞吐是一种溶酶体向细胞外分泌的行为，对维持溶酶体稳态至关重要。
为探讨溶酶体胞吐在铁死亡抵抗中的作用，研究团队通过在多种肿瘤细胞中敲除或回补溶酶体胞吐基因或给予肿瘤细胞溶酶体胞吐抑制剂处理，构建溶酶体胞吐抑制或增强的细胞模型，发现抑制溶酶体胞吐促进肿瘤细胞铁死亡，而增强溶酶体胞吐抑制肿瘤细胞铁死亡。
接下来，研究团队尝试解析溶酶体胞吐抑制肿瘤铁死亡的分子机制。他们利用激酶抑制剂库的筛选鉴定出AKT是肿瘤细胞溶酶体胞吐的主要上游调控因子。发现AKT直接磷酸化TRPML1的Ser343位点后，能抑制TRPML1的K552泛素化和蛋白酶体降解，从而稳定TRPML1蛋白水平，增强TRPML1与ARL8B结合以触发溶酶体胞吐作用。溶酶体胞吐通过降低胞内Fe2+继而减少脂质过氧化产生，同时增强质膜修复，最终介导肿瘤细胞铁死亡耐受。至此，研究团队首次证实了TRPML1-ARL8B介导的溶酶体胞吐导致铁死亡耐受及其分子机制，这是肿瘤铁死亡抵抗新模式。
之后，研究团队深入探讨了溶酶体胞吐介导的铁死亡耐受在肿瘤发生和肿瘤治疗耐受中的作用。通过在肿瘤细胞和患者肿瘤组织标本中的多级相关分析及功能实验，发现溶酶体胞吐通路激活介导的铁死亡抵抗是AKT高度活化肿瘤的特征之一；利用异种移植瘤及水动力转基因模型，发现TRPML1-ARL8B介导的铁死亡抵抗在AKT驱动的正常细胞向肿瘤细胞的恶性转化过程中发挥关键促进作用。进一步，对临床肿瘤治疗数据的分析显示，溶酶体胞吐通路激活介导的铁死亡抵抗与肿瘤放疗及免疫治疗疗效负相关；利用肿瘤治疗小鼠模型，发现TRPML1-ARL8B介导的铁死亡抵抗是AKT驱动的肿瘤对放疗及免疫治疗耐受的重要原因。这提示了TRPML1可作为AKT高度活化肿瘤的治疗新靶标。
最后，研究团队深入分析了TRPML1-ARL8B复合物形成的结构基础，发现ARL8B的54-63位氨基酸是介导其与TRPML1特异性互作的主要区域，进而合成了该区域的竞争性多肽。该多肽通过特异性结合TRPML1，破坏TRPML1与ARL8B的相互作用，从而阻断溶酶体胞吐促进铁死亡，最终抑制AKT驱动的肿瘤发生，并增强AKT高度活化肿瘤对铁死亡诱导剂、放疗、免疫治疗等的敏感性。该多肽在体内外模型上表现出高效、低毒等优势，具有良好的应用前景。
溶酶体在铁死亡发生中起着举足轻重的作用。溶酶体内富含的二价铁离子是铁死亡相关脂质过氧化产生的决定因子。然而，目前为止，溶酶体稳态调节对铁死亡的调控还不清楚。该研究首次揭示TRPML1-ARL8B介导的溶酶体胞吐是抑制铁死亡的重要通路，有别于目前发现的铁死亡抑制系统（GPX4-GSH、FSP1-CoQH2、GCH1-BH4及DHODH-CoQH2）。溶酶体胞吐对铁死亡的抑制作用不是通过对脂质过氧化的清除，其是通过溶酶体胞吐将介导脂质过氧化产生的催化剂Fe2+排出细胞，从而从源头抑制脂质过氧化的产生，这是铁死亡抑制的新模式，是AKT驱动的肿瘤发生和肿瘤治疗耐受的重要原因。该研究还开发了靶向TRPML1的特异性多肽并证明其抗肿瘤活性，从溶酶体胞吐调控铁死亡的角度提出针对AKT高度活化肿瘤的防治策略。
论文链接：
https://www.science.org/doi/10.1126/scitranslmed.adk0330