铁死亡很火，但铁还能诱导细胞焦亡，见过吗？
研究背景：
1. 在肿瘤中，一般研究认为低水平到中等水平的ROS可以促进肿瘤细胞生长、存活与转移（Nat. Rev. Cancer 14, 709–721 (2014).）；而过量的ROS增强细胞氧化应激，导致DNA、蛋白质或脂质的损伤，导致细胞凋亡或坏死性细胞死亡（Curr. Biol. 24, R453–R462 (2014).）。因此，通过化疗药物上调癌细胞中的ROS已经广泛应用于临床癌症治疗中（Nat. Rev. Drug Discov. 12, 931–947 (2013).）。
2. 细胞中存在大量ROS来源，包括铁依赖性ROS活化。铁是几种产生ROS的酶的必需成分，如NADPH氧化酶（NOXs），脂氧合酶（LOXs），细胞色素P450（CYP）酶和线粒体电子传递链亚基。由于铁在氧化应激和ROS升高中的重要作用，靶向铁已成为潜在的癌症治疗方法。但铁诱导的ROS促进细胞死亡的机制仍然存在争议。
3. CCCP/Carbonyl cyanide m-chlorophenyl hydrazone/羰基氰基3-氯苯腙是一种常用的ROS诱导剂，可以激活氧化应激，上调细胞内ROS水平。
4. 我们前面的文章中已经提到过，焦亡（Pyroptosis）是由炎性体引发的裂解程序性细胞死亡的一种形式，其激活caspase-1或caspase-11/4/5以裂解gasdermin D（GSDMD）。GSDMD的N-末端成孔结构域（PFD）寡聚化导致细胞膜非选择性打孔，驱动细胞肿胀和膜破裂。最近，gasdermin家族的另一个成员GSDME也被报道参与了焦亡的诱导。在用某些凋亡刺激物处理后，活化的caspase-3切割GSDME以释放其PFD，从而在细胞凋亡或焦亡形成后引发继发性坏死。尽管众所周知免疫细胞中的pyroptosis的抗感染作用，诱导的细胞焦亡的手段是否可以应用于癌症治疗中尚不清楚。
好了，了解了这些背景知识，我们就来看看这篇《Cell Research》的文章是怎么将铁和ROS跟细胞焦亡联系起来的。
《Tom20 senses iron-activated ROS signaling to promote melanoma cell pyroptosis》
首先，通过CCCP处理诱导ROS上调抑制细胞存活，而如果同时补充铁离子Fe2+ 能够进一步抑制细胞的存活能力。并且补充铁离子Fe2+后能够检测到显著的细胞焦亡（GSDME剪切）与乳酸脱氢酶LDH释放。
然后第一个关键的实验来了，敲低GSDME之后这种补充铁离子Fe2+ 能够进一步抑制细胞的存活能力的现象就被逆转了。证明补充铁离子后是细胞焦亡在起作用。
根据报道，线粒体途径参与了GSDME介导的焦亡。作者接下来就证明了CCCP/铁诱导的焦亡也与线粒体途径相关。CCCP/铁联合作用有效诱导caspase-9和caspase-3的裂解，caspase-3或-9的敲低则阻断GSDME裂解，LDH释放和焦亡表型。
考虑到如果铁驱动细胞色素c从线粒体释放到胞质溶胶中，位于线粒体外膜的蛋白质很可能被铁调节; 在这些蛋白质中，作者关注到了Tom复合物。 其中Tom20的蛋白水平被CCCP/铁共处理以时间依赖性方式显著诱导上调，并且只有在CCCP/铁共同处理后才能检测到Tom20的积累。 作者接下来通过实验进一步确定了Tom20的这种积累确实与CCCP/铁诱导的焦亡有关。
可以看到CCCP/铁共处理诱导的Tom20累积是细胞焦亡必须的。作者进一步证明了铁诱导的ROS导致Tom20 Cys13和Cys21位置的氧化，导致其寡聚化和积累。Tom20氧化是铁诱导的pyroptosis的先决条件。
那么Tom复合物为什么在铁诱导的焦亡中这么重要呢。据报道，汤姆复合物对Bax线粒体定位具有重要作用，可诱导细胞色素c释放。因此，作者考察了Bax是否是Tom复合物参与铁诱导的焦亡的原因。 实验结果表明，CCCP /铁处理显著诱导Bax从细胞质转移到线粒体，而这种Bax的translocation在Tom20敲低后被显著抑制。而如果敲低Bax的话，CCCP /铁处理诱导的线粒体聚集，细胞色素c释放，caspase-3/9剪切和细胞焦亡都消失了。
至此，作者就证明了铁-ROS-Tom20-Bax的上下游调控轴。那么既然铁放大了ROS信号并诱导细胞焦亡，铁是否能使黑素瘤细胞对激活ROS的药物更敏感呢？作者用一个figure的篇幅证明了这种协同作用的存在。
我们可以看到铁发挥这种协同作用也是依赖于Bax的。
看到这里有朋友就会有疑问了，作为一个15分的主刊级别的杂志，是不是少了点什么呢……
是的，最后一个Figure，作者终于放上来了一个体内实验：
作者用的也是肿瘤体内模型中最常规的皮下成瘤模型，通过腹腔注射前面提到的上调ROS的药物SSZ，以及铁的右旋糖酐溶液。结果表明上调ROS的药物配合补铁确实有显著的协同抗肿瘤效果。并且这种作用是依赖于焦亡实现的，因为可以很明显地看到，GSDME敲低后补铁配合SSZ就没有抗肿瘤效果了。。。
综上，这篇paper创新性地将铁/ROS与细胞焦亡联系了起来，并证明了铁诱导的焦亡在黑色素瘤中发挥抑制肿瘤细胞存活的效果，虽然实验比较简单，这种思路是不是也非常值得大家借鉴呢？
原文下载地址：https://sci-hub.se/10.1038/s41422-018-0090-y
转自：“学术查”微信公众号
如有侵权，请联系本站删除！
