時間：2022-07-20 熱度：

 

前言
 

“鐵死亡”概念在 2012 年由 Dr. Brent R Stockwell 提出，它是一種鐵離子依賴的細(xì)胞程序性死亡，生化特征區(qū)別于細(xì)胞凋亡、壞死、自噬。從機制上簡單來說，在二價鐵或酯氧合酶的作用下，催化細(xì)胞膜上高表達的不飽和脂肪酸，發(fā)生脂質(zhì)過氧化，從而誘導(dǎo)細(xì)胞死亡，此外還表現(xiàn)為抗氧化體系（谷胱甘肽系統(tǒng)）的調(diào)控核心酶GPX4的降低。近年來，鐵死亡引起了癌癥研究界極大的興趣，各種鐵死亡相關(guān)的藥物或療法如雨后春筍，但是鐵死亡究竟是如何作用于免疫系統(tǒng)，使用鐵死亡療法后對免疫微環(huán)境有何影響，這并不清楚。 

近期VIB-UGent 炎癥研究中心，Peter Vandenabeele研究團隊于2022年7月在Nature Communications雜志上發(fā)表題目為“Cancer cells dying from ferroptosis impede dendritic cell-mediated anti-tumor immunity”的文章。該研究揭示了誘導(dǎo)鐵死亡后，產(chǎn)生鐵死亡的腫瘤細(xì)胞會對周圍抗原遞呈細(xì)胞產(chǎn)生抑制作用。
 

 

 

背景介紹
 

鐵死亡，指的是一種依賴鐵的細(xì)胞程序性死亡，其特征是出現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)氧化還原平衡被破壞和過度脂質(zhì)過氧化。最近，鐵死亡療法已經(jīng)成為一種新興的抗腫瘤治療方式，可以避免出現(xiàn)傳統(tǒng)的耐藥，達到清除已轉(zhuǎn)移腫瘤的目的，目前，鐵死亡療法已經(jīng)和納米材料和脂質(zhì)體等不同技術(shù)相融合，在腫瘤治療領(lǐng)域大放異彩。

 

目前，對于鐵死亡研究領(lǐng)域仍有空白，其中最關(guān)鍵的缺失之一便是，尚且不清楚腫瘤細(xì)胞鐵死亡之后，對免疫系統(tǒng)有何影響，兩者是如何“互動”，基于當(dāng)下現(xiàn)狀，有必要發(fā)掘鐵死亡療法與免疫治療之間是否有協(xié)作可能。

 

在過去十年里，腫瘤細(xì)胞的免疫原性細(xì)胞死亡（Immunogenic Cell Death，ICD）已經(jīng)化身為經(jīng)典案例，成為了細(xì)胞程序性死亡研究的熱點，免疫原性細(xì)胞死亡能夠激起針對于特定腫瘤細(xì)胞的細(xì)胞毒性T細(xì)胞反應(yīng)，達到根除腫瘤細(xì)胞的效果。但是，作者通過研究發(fā)現(xiàn)，鐵死亡明顯區(qū)別于其他程序性死亡方式，在誘導(dǎo)鐵死亡后，可能會產(chǎn)生免疫耐受的現(xiàn)象。

 

亮點要素
 

1.鐵死亡雖然能夠使細(xì)胞因子和損傷相關(guān)的分子模式釋放（Damage-associated Molecular Patterns，DAMP ），但是卻無法激活抗腫瘤免疫應(yīng)答。

2.通過條件性敲低的方式，構(gòu)建了可以控制鐵死亡進展分期的iGPX4KD細(xì)胞株，并通過實驗發(fā)現(xiàn)，鐵死亡早期亦或是鐵死亡晚期的腫瘤細(xì)胞，均無法激活抗腫瘤免疫應(yīng)答。

3.鐵死亡早期的腫瘤細(xì)胞，能夠影響DC細(xì)胞成熟，抑制DC細(xì)胞對于腫瘤細(xì)胞的吞噬。

4.DC細(xì)胞吞噬鐵死亡細(xì)胞后，適應(yīng)性免疫應(yīng)答分子表達發(fā)現(xiàn)顯著變化。

5.鐵死亡腫瘤細(xì)胞能夠抑制DC細(xì)胞的可溶性抗原的交叉遞呈。

6.鐵死亡不僅對腫瘤生長的抑制效應(yīng)更弱，并且能夠降低細(xì)胞凋亡引起的抗腫瘤免疫應(yīng)答。

研究內(nèi)容
 

01
 

作者首先選用了3種鐵死亡誘導(dǎo)藥物，分別對應(yīng)早期、中期、晚期的三期鐵死亡進展，并通過體內(nèi)實驗證明，當(dāng)采用ML162藥物誘導(dǎo)的鐵死亡細(xì)胞作為腫瘤疫苗，并不能顯著表現(xiàn)出抗腫瘤活性。而后，通過對于ML162、RSL-3、Erastin三種鐵死亡誘導(dǎo)劑處理后的細(xì)胞上清進行分析，發(fā)現(xiàn)其中具有DAMP和CXCL1、TNF和IFN-β等細(xì)胞因子的釋放。而對于鈣網(wǎng)蛋白的調(diào)節(jié)，鐵死亡誘導(dǎo)后雖然能夠上調(diào)鈣網(wǎng)蛋白的表達，但是與凋亡相比，鐵死亡誘導(dǎo)的鈣網(wǎng)蛋白高表達主要出現(xiàn)在一些死細(xì)胞的胞膜表面。

Fig. 1 Ferroptosis does not induce immunological protection against cancer cells despite the release of DAMP. 

 

02
 

Fig. 2 Ferroptotic cells are not immunogenic regardless of the stage of cell death.

 

03
 

作者使用ML162、RSL-3、Erastin誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞鐵死亡后，與DC細(xì)胞進行共孵育，發(fā)現(xiàn)均可以提高DC細(xì)胞的成熟度。為了細(xì)化實驗步驟，他又用iGPX4的細(xì)胞模型進行雙重驗證，發(fā)現(xiàn)在腫瘤細(xì)胞發(fā)生鐵死亡早期，不僅不能促進DC細(xì)胞成熟，反而會抑制DC細(xì)胞的活力。另外暴露了一個很有意思的現(xiàn)象，ML162誘導(dǎo)的早期鐵死亡，能夠抑制DC細(xì)胞對于細(xì)胞因子的釋放，這是鐵死亡細(xì)胞明顯區(qū)別于UV誘導(dǎo)細(xì)胞細(xì)胞凋亡的區(qū)別。除此以外，鐵死亡區(qū)別于凋亡，當(dāng)細(xì)胞存活時，磷脂酰絲氨酸并不會外翻，影響DC細(xì)胞對于腫瘤細(xì)胞的識別。而DC細(xì)胞與早期鐵死亡細(xì)胞共培養(yǎng)后，也會導(dǎo)致DC細(xì)胞脂滴堆積，影響DC細(xì)胞功能。
 

 

Fig. 3 Initial ferroptosis impairs the maturation of dendritic cells.

 

04
 

作者將帶有熒光的Jurkat細(xì)胞進行鐵死亡誘導(dǎo)，后跟BMDC細(xì)胞進行共培養(yǎng)，通過流式分選的方式,篩選吞噬鐵死亡細(xì)胞后的DC細(xì)胞，進行轉(zhuǎn)錄組測序，結(jié)果表示，吞噬鐵死亡細(xì)胞后，DC細(xì)胞中與適應(yīng)性免疫反應(yīng)相關(guān)的基因受到了明顯影響，如NFKB家族基因，趨化因子和細(xì)胞因子等。綜合整體變化，發(fā)生鐵死亡的腫瘤細(xì)胞對DC細(xì)胞的抗原遞呈能力有顯著影響。

 

Fig. 4 Engulfment of ferroptotic cells by DC suppresses expression of genes associated with adaptive immune response.

 

05
 

抗原交叉遞呈，指的是MHC 分子對抗原的提呈存在交叉提呈現(xiàn)象，即MHC I 類分子也能提呈外源性抗原，而內(nèi)源性抗原也能通過MHC II 類途徑加以提呈。作者通過DC細(xì)胞吞噬鐵死亡細(xì)胞，并將DC細(xì)胞與OT1小鼠（該CD8+T細(xì)胞能夠特異性識別OVA抗原）的CD8+T細(xì)胞進行共孵育，發(fā)現(xiàn)會抑制T細(xì)胞的增殖，即鐵死亡細(xì)胞的外源性抗原影響DC細(xì)胞MHC I對于CD8+T細(xì)胞的激活。
 

Fig. 5 Ferroptotic cells impair dendritic cells ability to perform antigen cross-presentation.

 

06
 

首先，作者使用過表達OVA抗原的小鼠胚胎成纖維細(xì)胞作為疫苗，先進行免疫反應(yīng)后再進行皮下成瘤，發(fā)現(xiàn)鐵死亡與凋亡和壞死相比，幾乎完全沒有起到預(yù)防腫瘤增殖及延長荷瘤小鼠生存期的作用。他換了一種方式，使用了負(fù)載OVA抗原的cDC1細(xì)胞進行皮下注射，證明仍然無法對腫瘤生長起到有效影響。最后，作者使用米托蒽醌誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，發(fā)現(xiàn)當(dāng)加入鐵死亡細(xì)胞與凋亡細(xì)胞進行共同免疫時，能夠顯著抑制由凋亡細(xì)胞疫苗帶來的抗腫瘤效果，至此，本項研究全部結(jié)束。
 

 

Fig. 6 Ferroptosis is less potent in controlling the tumor growth compared to apoptosis and necroptosis and diminishes the immunogenicity of apoptosis.

 

結(jié)尾

文章證明，鐵死亡并不像九游會j9假想的那樣，是一種免疫原性細(xì)胞死亡，恰相反，腫瘤細(xì)胞出現(xiàn)鐵死亡現(xiàn)象之后，能夠從DC細(xì)胞成熟、細(xì)胞因子及趨化因子分泌、抗原遞呈功能等多方面抑制抗腫瘤免疫反應(yīng)。該項研究探索了鐵死亡與腫瘤免疫之間的混沌區(qū)，尤其在體外研究DC抗原遞呈及免疫殺傷的技術(shù)手段，值得九游會j9深入學(xué)習(xí)探討。
 

 

九游會j9生物具有多年豐富的腫瘤方向體內(nèi)及體外的實操經(jīng)驗，并兼具出色的基因操作與病毒構(gòu)建等技術(shù)。同時依托公司的檢測平臺、病理平臺、細(xì)胞平臺、動物平臺等專業(yè)實驗平臺，可為您提供從測序、分子構(gòu)建、細(xì)胞功能學(xué)檢測、動物實驗及病理檢測等一站式腫瘤研究服務(wù)體系，您可體驗文中涉及到的前沿研究手段與支持。歡迎關(guān)注九游會j9公眾號了解實驗服務(wù)詳情，九游會j9生物期待您的到來。