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磷脂酶 iPLA2β 充当铁死亡的守护者
Cancer Communications ( IF 20.1 ) Pub Date : 2021-10-17 , DOI: 10.1002/cac2.12231
Chao Mao 1 , Guang Lei 1 , Li Zhuang 1 , Boyi Gan 1, 2
Affiliation  

铁死亡是一种由脂质氢过氧化物过度积累引起的铁依赖性调节细胞死亡,与各种病理状况和疾病有关[ 1 ]。过度的 ferroptosis 与急性肾损伤、心血管疾病、神经退行性疾病和肝脏疾病有因果关系,而癌前细胞中的 ferroptosis 受损已被证明有助于肿瘤的发展 [ 2, 3 ]。为了避免铁死亡细胞死亡,细胞配备了几种抗脂质过氧化的抗氧化防御系统(图 1)。谷胱甘肽过氧化物酶 4 (GPX4) 通过将脂质氢过氧化物转化为无毒的脂质醇来抑制铁死亡,而牺牲其辅因子谷胱甘肽 (GSH) [ 4]。铁死亡抑制蛋白-1 (FSP1,也称为 AIFM2),一种位于质膜上的 NAD(P)H 依赖性氧化还原酶,催化泛醌还原为泛醇,一种自由基捕获抗氧化剂,可独立于 GSH-GPX4 抑制铁死亡轴 [ 5, 6 ]。此外,二氢乳清酸脱氢酶 (DHODH) 是一种参与嘧啶从头生物合成途径的酶,通过在线粒体内膜中将泛醌还原为泛醇来抑制铁死亡[ 7 ]。

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图1
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几种针对脂质过氧化和铁死亡的细胞防御系统,以及铁死亡与肿瘤发生和帕金森病的相关性。GPX4 通过将还原的 GSH 转化为 GSSG 来解毒脂质氢过氧化物并抑制铁死亡。FSP1 和 DHODH 分别催化质膜和线粒体内膜上的 CoQ 还原为 CoQH 2 ;辅酶QH 2作为自由基捕获抗氧化剂,可抑制脂质过氧化和铁死亡。p53 似乎在铁死亡中具有两种相反的功能。p53 至少部分通过抑制 SLC7A11 的表达来促进铁死亡,SLC7A11 通过 GPX4 依赖性(通过 GSH)和非依赖性(通过 ALOX12)途径抑制铁死亡。另一方面,p53 上调 iPLA2β 的表达,从而抑制铁死亡。iPLA2β失活抑制肿瘤发生并至少部分通过促进铁死亡来促进帕金森病。缩写:GPX4,谷胱甘肽过氧化物酶4;GSH,谷胱甘肽;GSSG,氧化型谷胱甘肽;FSP1,铁死亡抑制蛋白-1;DHODH,二氢乳清酸脱氢酶;辅酶Q,泛醌;辅酶QH 2, 泛醇; SLC7A11,溶质载体家族 7 成员 11;ALOX12,花生四烯酸 12-脂氧合酶;iPLA2β,钙非依赖性磷脂酶 A2β。

大多数脂质过氧化发生在含多不饱和脂肪酸的磷脂(PUFA-PL;PUFA 是含有一个以上双键的脂肪酸)中。由于 PUFA 中双键的化学特性,PUFA-PL 在富含铁和氧的细胞环境中极易受到过氧化的影响。一种被认为会引发铁死亡的主要氧化 PUFA-PL 物种是 15-氢过氧-花生四烯酰基-磷脂酰乙醇胺 (15-HpETE-PE) [ 8 ]。然而,细胞如何中和 15-HpETE-PE(和其他氧化的 PUFA-PLs)并从细胞铁死亡中逃脱仍然不完全清楚。

磷脂酶 A 2 (PLA 2 ) 基因家族编码蛋白质酶,可特异性水解 PL 上的 sn-2 酯键,产生游离脂肪酸和溶血磷脂酸。钙非依赖性磷脂酶 A2β (iPLA2β),PLA 2的成员家族,是一种胞质蛋白,在没有钙的情况下具有催化活性,并且可以被 ATP 刺激。为了应对压力或损伤,iPLA2β 优先从 PLs 的 sn-2 位释放游离脂肪酸(尤其是 PUFA,如花生四烯酸、二十碳五烯酸和二十二碳六烯酸)。虽然 iPLA2β 最初被认为是膜重塑中的一种管家酶,但最近的研究表明 iPLA2β 在多种细胞过程中发挥着重要作用,包括钙稳态、细胞凋亡和炎症,其失调与多种人类疾病在遗传上有关,例如帕金森病 (PD)、男性不育症、心血管异常和癌症 [ 9]。然而,iPLA2β失调与这些人类疾病或病理状况相关的潜在机制仍然很大程度上未知。最近的两项研究表明,iPLA2β 优先水解过氧化的 PL,例如 15-HpETE-PE,并作为 p53 驱动的铁死亡的 GPX4 非依赖性阻遏物 [ 10, 11 ]。这些发现进一步表明 iPLA2β 是一种很有前景的癌症治疗靶点,其突变可能与 PD 相关。

孙等人。[ 10 ] 检测了 iPLA2β 的特定水解活性,表明 1-硬脂酰基 (SA)-2-ETE-PE 和 1-SA-2-15-HpETE-PE(一种特定的 15-HpETE-PE)都被高度水解通过 iPLA2β。来自实验分析和计算模型的进一步研究表明,1-SA-2-15-HpETE-PE 可能是 iPLA2β 的首选底物。R747W 是 iPLA2β 中的一种功能丧失突变体,婴儿神经轴索营养不良和成人发作的肌张力障碍 - 帕金森症有关。值得注意的是,R747W 突变体对 1-SA-2-15-HpETE-PE 的水解活性低于野生型 iPLA2β 蛋白。同样,iPLA2β 对 1-SA-2-15-HpETE-PE 的磷脂酶活性在具有 PD 相关突变的细胞中显着降低(fPD R747W) 比野生型对应物。机制上,有人提出,与野生型 iPLA2β 蛋白相比,R747W iPLA2β 突变蛋白的催化位点较少,膜结合较弱,这可能解释了其对底物 1-SA-2-15-HpETE-PE 的水解活性较低. 鉴于 15-HpETE-PE 在驱动铁死亡中的重要作用,这些研究进一步表明 iPLA2β 可能通过水解 15-HpETE-PE 来抑制铁死亡。为了支持这一假设,Sun 等人。[ 10 ] 表明,与野生型细胞相比,fPD R747W细胞含有更多的氧化 PE,并且对 GPX4 抑制剂 RSL3 诱导的铁死亡表现出更高的敏感性。

在另一项研究中,Chen 等人。[ 11 ] 通过努力了解肿瘤抑制基因 p53 在铁死亡中的作用,揭示了 iPLA2β 在铁死亡治理中的作用。发现叔丁基过氧化氢(一种铁死亡诱导剂)和 Nutlin(一种 p53 激活剂)的联合处理可诱导高水平的脂质过氧化并导致有效的 p53 依赖性铁死亡细胞死亡;值得注意的是,p53 驱动的铁死亡似乎与 GPX4 无关。这促使作者确定了 p53 的其他下游靶点来控制铁死亡。通过挖掘 RNA 测序数据,Chen 等人。[ 11 ] 揭示了iPLA2β是 p53 的直接转录靶标;p53 的药理学和遗传激活均显着上调iPLA2β mRNA 水平,而 p53 缺乏抑制 Nutlin 诱导的iPLA2β表达。他们进一步表明,iPLA2β的消耗促进了p53野生型细胞中的铁死亡,但在p53 - null 对应物中没有。此外,发现过表达 iPLA2β 而非其酶失活突变体可降低氧化 PE 的水平并抑制 p53 驱动的铁死亡。总的来说,这些数据表明 iPLA2β 可能通过水解氧化的 PUFA-PLs 来抑制 p53 诱导的铁死亡。需要注意的是,虽然 p53 促进iPLA2β表达时,p53和iPLA2β在调节铁死亡中具有相反的功能:p53促进而iPLA2β抑制铁死亡。因此,iPLA2β 不太可能是介导 p53 促进铁死亡功能的 p53 转录靶点;相反,似乎 iPLA2β 作为 p53 的靶标可以缓冲 p53 诱导铁死亡的能力(图 1)。

上述两项研究还检验了 iPLA2β 在铁死亡治理中的功能与疾病相关性。陈等人。[ 11 ] 表明 iPLA2β 缺乏抑制异种移植肿瘤的生长并增加p53野生型中的铁死亡标志物表达,但在p53无效肿瘤中没有,这表明 iPLA2β 可以以 p53 依赖性方式促进肿瘤生长,并且可能通过抑制体内铁死亡。应该注意的是,虽然iPLA2β是 p53 的转录靶标,但 iPLA2β 介导的铁死亡和肿瘤生长调节对 p53 的依赖性表明 p53 也可以在 iPLA2β 下游起作用,尽管潜在机制仍不清楚。孙等人。[ 10] 在 PD 的背景下研究了 iPLA2β。iPLA2β 由PNPLA9基因编码。由于小鼠Pnpla9 R748W 突变体对应于人类PNPLA9 R747W 突变体(与 PD 相关),他们开发了Pnpla9 R748W /R748W小鼠模型,发现Pnpla9 R748W /R748W小鼠确实出现了与 PD 发病机制相关的行为缺陷,15-与野生型小鼠相比,这些小鼠中脑中的 HpETE-PE 和 4-羟基壬烯醛(4-HNE,一种脂质过氧化标记物)。此外,中枢神经系统中多巴胺能神经元的生物标志物酪氨酸羟化酶及其产物多巴胺在中脑的水平显着降低。与对照小鼠相比, Pnpla9 R748W/R748W突变小鼠。这些分析表明,铁死亡在介导 iPLA2β 突变在 PD 发病机制中的功能中存在因果关系。

总之,这两项有趣的研究 [ 10, 11 ] 揭示了 iPLA2β 通过水解和消除促铁死亡的氧化 PUFA-PLs 作为铁死亡的守护者,并进一步表明 iPLA2β 缺乏或其功能丧失突变可以抑制肿瘤生长或促进 PD 发病机制,可能通过诱导异常铁死亡(图 1)。这些研究还提出了几个悬而未决的问题。由于 PLA2 基因家族编码多种磷脂酶,其他 PLA2 成员是否也参与铁死亡治理仍有待研究。iPLA2β 通常位于胞质溶胶中,但在受到刺激后,它可以移动到细胞器,例如内质网、线粒体和细胞核。例如,iPLA2β 与修复线粒体磷脂有关。12 ]。鉴于最近的研究结果表明细胞质膜和线粒体中存在不同的铁死亡防御系统 [ 7, 13 ],iPLA2β 在不同细胞条件下是否参与不同亚细胞区室的铁死亡防御仍然是未来研究的一个迷人领域。此外,尽管这两项研究已将铁死亡与 iPLA2β 在肿瘤生物学和 PD 发病机制中的功能联系起来,但铁死亡对肿瘤抑制或iPLA2β引起的 PD 相关表型的贡献程度缺失或突变仍不清楚。考虑到 iPLA2β 在细胞信号传导中的多方面作用,iPLA2β 的其他生物学功能也可能参与其中。铁死亡抑制剂如 liproxstatin-1 或 ferrostatin-1 的救援分析将有助于解决这个重要问题。此外,作为参与铁死亡调控的关键转录因子,p53 的活性受到磷酸化和乙酰化等翻译后修饰的严格调控。例如,细胞因子信号 1 (SOCS1) 抑制因子通过促进 p53 丝氨酸 15 磷酸化降低 SLC7A11 的表达,从而使细胞对铁死亡敏感 [ 14]。此外,赖氨酸 K98 的 p53 乙酰化对其抑制 SLC7A11 表达和促进小鼠异种移植模型中铁死亡的能力至关重要 [ 15 ]。p53 的这些翻译后修饰是否也参与调节iPLA2β表达仍有待测试。同样,在未来的研究中确定其他调节iPLA2β表达和铁死亡的转录因子将很有趣。最后,从治疗的角度来看,Chen 等人的研究。[ 11 ] 建议 iPLA2β 抑制剂作为治疗p53野生型肿瘤的潜在治疗策略。然而,孙等人的研究。[ 10] 会争辩说,这种治疗干预可能会导致其他并发症,包括促进 PD。iPLA2β抑制剂是否存在适当的治疗窗口以选择性地杀死肿瘤而不在大脑和其他器官中引起明显的毒性还有待确定。未来的调查将针对理解这些重要问题。





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更新日期:2021-11-27
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