铁死亡是依赖于细胞内铁的累积而引起毒性脂质过氧化物ROS升高的非凋亡细胞死亡形式。铁死亡是一种铁依赖性的,区别于细胞凋亡、细胞自噬的新型的细胞程序性死亡方式。铁死亡的主要机制是,在二价铁或酯氧合酶的作用下,催化细胞膜上高表达的不饱和脂肪酸,发生脂质过氧化,从而诱导细胞死亡;此外,还表现为抗氧化体系(谷胱甘肽系统)的调控核心酶GPX4的降低。
主要特征
(1)细胞形态方面,铁死亡会导致细胞线粒体变小,膜密度增高,嵴减少。细胞核中形态变化不明显。
(2)细胞成分方面,铁死亡表现为脂质过氧化增高,ROS升高。也有一些特征基因发生变化。
铁死亡主要发生机制有:
(1)基于GSH消耗的GPX4失活:如前所述,GPX4酶在细胞内是唯一一个用于脂质体过氧化物还原的GPX(谷胱甘肽过氧化物酶)。GPX4作用体现于,GPX4可以使得脂质过氧化的过氧键转变为羟基,失去其过氧化物的活性。基于GPX4的酶的活性,主要靶标有:System Xc-体系(负责将GSH的合成原料半胱氨酸转运至胞内)、谷氨酸-半胱氨酸连接酶、谷胱甘肽s-转移酶、ND脱氢酶、(半胱氨酸)消耗等等。
(2)GPX4失活:除了间接作用于激活GPX4酶的GSH,还可以直接消除GPX4。如GPX4抑制剂、鲨烯合酶、HMG-CoA还原酶。
(3)铁离子输入与铁离子还原:向细胞中输入铁离子,并且保证铁离子以二价铁的形式大量存在,二价铁离子通过芬顿反应可启动脂质体过氧化。
结论
1. 在肿瘤进展、化学治疗等条件刺激下,CAFs细胞中的异质核糖核蛋白A1(hnRNPA1)在泛素特异性蛋白酶7(USP7)作用下去掉 “死亡标签”Ub而稳定存在;
2. hnRNPA1与胞内的miR-522互作,并作为 “蛋白支架”以外泌体形式被运送至旁边的GC cells中,引起GC中miR-522的上调;
3. miR-522可以和ALOX15的mRNA结合下调ALOX15蛋白(参与脂质过氧化的调控),引起脂质ROS的降低,最终导致铁死亡的抑制。
思路详情
1.目的基因的筛选:蛋白组学LC-MS/MS
质谱分析癌和癌旁中差异表达的蛋白,并筛选出与铁死亡通路相关的差异表达变化较大的基因作为候选目的基因,并通过WB、qPCR、IHC验证此差异性,结果发现参与铁死亡调控的蛋白ALOX15于癌中较癌旁低表达,且高表达ALOX15的患者其总生存期较长,从而提示ALOX15可能作为GC中一种抗癌因子。
1-2.差异基因筛选和验证
外泌体检测:电镜、WB、NTA、外泌体吞噬
作者分离并鉴定了正常和癌症病人中的血清外泌体,并发现miR-522在肿瘤患者的血清和肿瘤样本中都呈高表达。且发现正常癌旁样本中高丰度的细胞群NFs较肿瘤相关成纤维细胞CAFs、原代肿瘤细胞(TC cells),其分离得到的外泌体更多,且miR-522在CAFs中丰度更高。
1-3.外泌体抽提和鉴定
铁死亡检测:细胞死亡、线粒体膜蛋白MMP、脂质ROS含量
胃癌细胞SGC7901和MKN45作为细胞模型,发现CAF外泌体可以逆转在铁死亡诱导剂Erastin作用下的细胞死亡和ROS累积,而CAFs外泌体中去除miR-522后,此逆转效应消失,从而证明CAFs来源的miR-522可以通过抑制铁死亡促进肿瘤细胞增殖
1-4:CAFs分泌的外泌体抑制GCs细胞的铁死亡
从而说明CAFs通过分泌外泌体miR-522,靶向ALOX15,阻断脂质-ROS积累,抑制癌细胞的铁死亡。从而揭示GC通过USP7、hnRNPA1、exo-miR-522和ALOX15信号通路获得性耐药的新机制。