众所周知，多细胞生物在发育过程中，存在着多种预定的、受到精确控制的细胞程序性死亡，例如细胞凋亡（Apoptosis）、程序性坏死（Necroptosis）、细胞焦亡（Pyroptosis），以及铁死亡（Ferroptosis）等。
铁死亡是2012年由哥伦比亚大学 Brent. R. Stockwell 实验室发现的一种铁依赖性的新型细胞程序性死亡方式，由过度堆积的过氧化脂质（peroxidized lipids）诱导发生，其形态特征，作用方式以及分子机制与其他程序性死亡方式截然不同。
2023年7月18日，哥伦比亚大学顾伟教授团队（杨鑫博士和王哲博士为第一作者）在 Cell Metabolism 期刊发表了题为：Regulation of VKORC1L1 is critical for p53-mediated tumor suppression through vitamin K metabolism 的研究论文【1】。
该研究发现VKORC1L1（维生素K环氧还原酶复合物亚基1类1）是一种有效的铁死亡抑制因子，其通过产生还原态维生素K（维生素K对苯二酚，VKH2）来保护细胞免受铁死亡，这一过程独立于经典的GSH/GPX4铁死亡防御机制。
更重要的是，该研究还发现，VKORC1L1是p53的直接转录靶点。p53的激活诱导了VKORC1L1表达下调，从而使细胞对铁死亡敏感，从而抑制肿瘤。VKORC1L1的一种小分子抑制剂华法林（Warfarin）之前作为抗凝血药物被广泛应用，该研究发现，华法林能够通过促进铁死亡来抑制肿瘤生长。
这些发现揭示了p53发挥抑癌作用的一个新机制——通过下调VKORC1L1表达，激活维生素K代谢相关的铁死亡通路，发挥抑癌作用。这也提示了我们，华法林可作为一种潜在癌症治疗药物，特别是VKORC1L1高表达肿瘤。
早在2012年，顾伟团队就在 Cell 发表论文【2】，发现p53在失去诱导三项经典抑癌功能（细胞周期停滞、衰老、凋亡）后，依然具有抑癌功能，这提示了代谢调节功能可能是p53抑制肿瘤的关键，并在后续多项研究中验证了这一点。详情：顾伟实验室总结p53基因在肿瘤代谢中的复杂作用
2015年，顾伟团队在 Nature 发表论文【3】，首次揭示了p53可以通过促进细胞发生铁死亡从而抑制肿瘤发展。
此后，顾伟团队陆续发表了多篇论文，揭示了p53所调控的铁死亡是与传统以GPX4为中心的铁死亡模型既有区别又有联系的一种铁死亡基本通路。详情：重新界定铁死亡基本类型：顾伟实验室总结p53在铁死亡调节中的复杂作用
在这项发表于 Cell Metabolism 的最新研究中，研究团队通过CRISPR-Cas9技术进行了全基因组筛选和代谢基因组筛选，发现VKORC1L1是一种能够高效抑制铁死亡的代谢酶。敲除VKORC1L1能显著提高铁死亡诱导剂处理下细胞内脂质过氧化的水平和细胞死亡。通过质谱技术检测证明，VKORC1L1是通过生成还原态维生素K（维生素K对苯二酚，VKH2）来保护细胞免受铁死亡。
基于VKORC1L1调节铁死亡的现象，研究团队想解决一个问题：作为VKORC1L1的代谢底物，维生素K是否能够抑制铁死亡？
通过GPX4抑制剂处理、GPX4敲除、胱氨酸饥饿，以及谷氨酰胺处理等多种诱导细胞铁死亡的模型，研究团队发现两种活性维生素K（维生素K1、K2）都能够抑制铁死亡，说明了维生素K是一种全新的独立于GSH/GPX4轴的方式抑制铁死亡的代谢物。
2022年8月3日，德国亥姆霍兹慕尼黑研究中心的 Marcus Conrad 团队在 Nature 上发表论文【4】。该研究发现还原态维生素K（维生素K对苯二酚，VKH2）可作为一种抗氧化剂，有效抑制细胞铁死亡。该研究还表明FSP1是一种有效将维生素K还原为维生素K对苯二酚（VKH2）的还原酶，从而推动新的非经典维生素K循环。
顾伟团队的这项新研究表明，维生素K抑制铁死亡的内在机制是依赖于VKORC1L1还原酶活性的。VKORC1L1和FSP1在利用维生素K抵抗铁死亡中起到互相独立的作用。值得一提的是，一旦细胞同时缺少VKORC1L1和FSP1，即使是高剂量的维生素K也无法挽救细胞的铁死亡。
该研究进一步发现，VKORC1L1是p53的直接转录抑制靶标。p53激活后可以在mRNA和蛋白水平抑制VKORC1L1的表达，从而使细胞对铁死亡诱导更易感。p53缺失的细胞表现出VKORC1L1蛋白和mRNA水平的上调，说明野生型p53可以调控其内源的表达水平。
另外，通过对TCGA数据库肿瘤样本中VKORC1L1的mRNA水平进行分析，研究团队发现，比起p53野生型，p53突变的肿瘤样本中VKORC1L1的mRNA水平明显上升，说明VKORC1L1很可能参与了p53突变肿瘤的代谢重编程。
华法林（Warfarin）是一种历史悠久且应用广泛的抗凝血剂，在1954年就被美国FDA批准用于抗凝血治疗。华法林通过抑制维生素K代谢的关键酶VKORC1或VKORC1L1的酶活性来降低具有生物学活性的凝血因子的产生。
由于安全性问题，最近发现的抗凝血药物如直接口服抗凝剂（DOACs）和低分子肝素（LMWHs）可以作为华法林的热门替代品，其原理不通过抑制VKORC1或VKORCL1L1而是直接抑制凝血因子发挥作用。
但是华法林在胰腺癌、胃癌和结直肠癌中比 DOACs和 LMWHs表现出明显的总生存期延长的优势，提示华法林很可能是通过某些未知的抗肿瘤途径来延长服用华法林的病人的总生存期。而在胰腺癌中，VKORC1L1的mRNA水平在肿瘤样本中高表达，且高表达肿瘤患者呈现相对较差的预后。
基于以上事实，研究团队尝试使用VKORC1L1高表达、p53缺失的人类AsPC1细胞和p53突变的小鼠胰腺癌细胞来评估华法林对于肿瘤生长的影响。利用免疫缺失和免疫完整的小鼠异种移植实验，证实了华法林可以增强小鼠肿瘤内细胞脂质过氧化的水平从而抑制肿瘤生长。考虑到华法林及其衍生物已经在临床上广泛使用，这项研究也提示，患有上述类型癌症的患者持续使用华法林，或者放化疗结合华法林的联合疗法可以成为潜在的治疗策略。
综上所述，这项研究对于如何理解、认识维生素K代谢提出了新的见解，也证实抑癌基因p53能通过同时抑制VKORC1L1和SLC7A11的表达，以不依赖GSH和依赖GSH两条平行且独立的通路促进铁死亡的进程，这项研究不仅丰富了p53在代谢领域的功能，也为p53突变肿瘤的治疗提供了新思路。
哥伦比亚大学顾伟教授为通讯作者，顾伟实验室杨鑫博士和王哲博士为本文第一作者。此外，该工作得到了哥伦比亚大学张志国教授，Brent Stockwell 教授和纪念斯隆-凯特琳癌症中心姜学军教授等合作者的大力支持。
通讯作者介绍
顾伟，1986年毕业于北京大学，1995年获美国哥伦比亚大学博士学位，1995-1998在洛克菲勒大学从事博士后研究（导师为真核生物RNA聚合酶发现者、拉斯克奖得主 Robert Reoder 教授）。1999年入职哥伦比亚大学。2007年至今在哥伦比亚大学医学中心担任正教授、哥伦比亚大学Institute for Cancer Genetics的Abraham and Mildred Goldstein Professor。
顾伟教授主要从事p53在肿瘤中的功能和机制研究。他在p53相关调控通路（特别是p53乙酰化和泛素化）研究领域取得了杰出成就，在 Cell、Nature、Science、Nature Cell Biology、Nature Genetics、Molecular Cell 和 Cell Metabolism 等国际权威杂志上发表论文50余篇，包括以通讯作者在 Cell（7篇）、Nature（6篇）和 Science（1篇）发表论文14篇，论文总被引52200次，并担任 Cell、Nature 和 Science 等国际权威期刊的特约审稿人。
论文链接：
1. https://doi.org/10.1016/j.cmet.2023.06.014
2. https://doi.org/10.1016/j.cell.2012.04.026
3. https://www.nature.com/articles/nature14344
4. https://www.nature.com/articles/s41586-022-05022-3
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