研究背景
铁死亡是一种非凋亡的程序性细胞死亡过程，它由氧化还原调控机制的失调引起，会导致多种多不饱和磷脂的过氧化反应。铁死亡的诱导因素通常包括以下几种：（1）氧化还原保护机制受损；（2）多不饱和脂肪酸(PUFA)通过酰基辅酶A链家族成员4(ACSL4)合成酶促进多不饱和脂肪酸(PUFA)酯化为磷脂(PL-PUFA)；（3）脂肪氧合酶(ALOXs)催化的铁死亡相关脂信号(FALI)的积累。
据报道，铁死亡诱导因子能在体外相当有效地杀死肿瘤细胞，但其在实验动物模型即体内水平的相关效果则没有得到可靠的证明，因此对铁死亡机制的深入研究可能对肿瘤免疫具有重要的意义。据报道，铁死亡诱导因子能在体外相当有效地杀死肿瘤细胞，但其在实验动物模型即体内水平的相关效果则没有得到可靠的证明，因此对铁死亡机制的深入研究可能对肿瘤免疫具有重要的意义。
2022年11月16日，宾夕法尼亚大学的Dmitry I. Gabrilovich等在Journal of nature（IF=69.504）杂志上发表了题为“Ferroptosis of tumour neutrophils causes immune suppression in cancer”的文章。在该研究中，作者发现肿瘤微环境中的PMN-MDSCs会因铁死亡而自发死亡，而铁死亡会诱导过氧化脂质的释放并限制人和小鼠T细胞的活性。在免疫功能正常的小鼠中，铁死亡的遗传和药理学抑制消除了PMN-MDSC的抑制活性，减少肿瘤进展并与免疫检查点阻断协同以抑制肿瘤生长。相比之下，诱导免疫功能正常的小鼠的铁死亡促进肿瘤生长。因此，铁死亡是肿瘤微环境中PMN-MDSCs的一种独特且可靶向的免疫抑制机制，可以进行药理学调节以限制肿瘤进展。
原文链接：
https://www.nature.com/articles/s41586-022-05443-0
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研究成果
病理性中性粒细胞（PMNs）被称为髓系抑制细胞（PMN-MDSCs），具有独立的转录组、蛋白组和代谢特征，是抗肿瘤免疫的主要抑制性调节因子。在癌症患者中出现PMN-MDSCs通常意为着临床效果差和免疫治疗耐受。最近，有研究对来自人体结肠癌肝转移中的PMN-MDSCs进行了单细胞测序，发现存在大量的铁死亡相关通路基因的富集，暗示这些细胞可能对铁死亡有很高的敏感性。
铁死亡在肿瘤的发生过程中具有双重作用，然而之前的大多数研究都没有考虑到免疫系统在这一过程中的贡献。因此，在本篇研究中作者对PMN-MDSCs中铁死亡的免疫抑制作用进行了探究，对癌症的治疗提供了新的思路。
研究内容
1.肿瘤PMN-MDSCs对铁死亡敏感
铁死亡通常表现出铁死亡相关脂信号（FALIS）的积累，包括含花生四稀酸（AA）的氧化磷脂酰乙醇胺（PEox）。作者检测了不同组织中分离出的PMNs的AA-PEox含量，发现相比于骨髓和脾脏AA-PEox在肿瘤PMN-MDSCs中表达量更高（图1a）。用铁死亡诱导剂RSL3处理PMN-MDSCs后，肿瘤PMN-MDSCs相比于骨髓和脾脏中的PMN-MDSCs对RSL3更加敏感，而铁死亡抑制剂处理后PMN-MDSCs的存活率则显著提升（图1b-c），暗示铁死亡参与PMN-MDSCs的死亡。整体氧化还原脂质组学分析也显示，肿瘤PMN-MDSCs中的铁死亡标志性脂质氧合磷脂酰乙醇胺（PE）相比于凋亡和坏死的标志脂质含量更高，并且相比于骨髓和脾脏中的PMN-MDSCs也显著增加（图1d）。以上结果表明相比于其它组织中的PMN-MDSCs如骨髓和脾脏，铁死亡是肿瘤PMN-MDSCs经历的主要细胞死亡类型。
图1.C3A对DHT诱导的DPCs衰老的影响
2. 肿瘤PMN-MDSCs的免疫抑制作用
接下来，作者检测了铁死亡是否赋予其他非免疫抑制性PMNs以抑制功能。在功能性实验中，骨髓PMNs用RSL3处理2h以进行初期的铁死亡。RSL3而非凋亡诱导剂星形孢菌素处理能使PMNs获得有效的抑制作用，表现为PMEL CD8+T细胞增殖减弱（图2a）。为了研究这种抑制作用是否是由细胞或细胞因子引起的，作者将小鼠PMNs中的花生四烯酸12/15-脂氧合酶（ALOX12/15）——一种铁死亡的主要诱导因子特异性敲低，结果发现RSL3处理后的PMNs上清液能对PMEL脾细胞起抑制效果，而敲低后的PMNs则不具有这种作用（图2b）。使用另一种铁死亡诱导剂IKE处理PMNs也能引起其抑制T细胞增殖，而铁死亡抑制剂Liproxstatin-1则能够消除这种作用（图2c-d）。同时，肿瘤PMN-MDSCs对T细胞的增殖也具有显著的抑制作用，并且会被Liproxstatin-1而非凋亡或坏死抑制剂所消除（图2e）。
为了在体内验证铁死亡对PMN-MDSCs抑制功能的作用，作者在小鼠皮下构建EL-4肿瘤，并提取肿瘤的上清液，结果发现肿瘤PMN-MDSCs具有显著的抑制作用（图2f-g）。而从人体癌症组织中提取的PMN-MDSCs，以及IKE处理过的健康人体中的PMNs也具有T细胞抑制作用，且会被Liproxstatin-1消除（图2h-i）。以上结果表明肿瘤PMN-MDSCs对T细胞的增殖具有抑制作用，而铁死亡能介导PMNs转变为具有抑制作用的PMN-MDSCs。
图2.铁死亡赋予PMNs免疫抑制作用
3. 肿瘤PMN-MDSCs中的铁死亡发生
前列腺素（PGE2）直接参与PMN-MDSCs的抑制作用。在铁死亡相关相关基因被敲除后，由PMN-MDSCs释放的PGE2会大量减少（图3a）。但是PGE2合成酶环氧合酶COX的抑制剂及PGE2受体的阻断剂都无法消除由铁死亡引起的PMNs数量减少及对T细胞的抑制作用（图3b-d），这说明有多条途径参与了对铁死亡诱导的PMN-MDSCs抑制作用的调节。FATP2是一种脂肪酸转运蛋白，将PMN-MDSCs中的FATP2特异性敲除后，其铁死亡相关基因的表达及氧化AA-PEox的水平都显著下调，并且PGE2的含量也降低了（图3e-f）。同时，RSL3处理能引起PMNs中PEox的积累，但FATP2敲除后这种效果则消失了（图3g），这暗示FATP2可能对PMNs中铁死亡的发生有着重要的意义。
随后，作者检测了铁死亡的主要产物——氧化磷脂对T细胞增殖的影响。人工合成的氧化PE与PC及RSL3处理过的骨髓PMNs的脂质提取物都能对T细胞的增殖起到显著的抑制效果（图3h-i）。以上结果表明铁死亡诱导的PMNs对T细胞的抑制作用可能受到多种途径调节，氧化磷脂便在其中发挥着重要的作用。
图3. 肿瘤PMN-MDSCs中铁死亡诱导的机制
4.抑制铁死亡减缓肿瘤生长
用Liproxstatin-1处理移植有肿瘤的小鼠能显著抑制PMN-MDSCs的抑制作用及肿瘤生长，但在免疫缺陷小鼠中这种效果则消失了（图4a-b）。同时，在这些模型中，Liproxstatin-1增强了PD-1抗体免疫检查点阻断的抗肿瘤效果（图4c）。接着，作者用IKE处理免疫活性小鼠，发现即使使用抗PD-1抗体共同处理，IKE也能略微促进了肿瘤的生长（图4d）。为了更好地了解铁死亡抑制在PD-1反应中的作用，作者使用铁死亡抑制剂与PD-1共同处理移植有PD-1耐药性肿瘤细胞的小鼠，其中只有十分之一发生了肿瘤的快速消退（图4e）。
接下来，作者对铁死亡基因标记物与PMN-MDSCs标记物进行了比对，发现两者之间虽然没有重合但是却呈现正相关，且铁死亡基因表达更低的癌症患者会具有更高的存活率，在接受过免疫治疗的患者中这种联系更加明显（图4f-j）。以上结果抑制铁死亡能靶向免疫系统抑制肿瘤的生长，提高癌症患者的生存率。
图4. 铁死亡抑制的抗肿瘤作用
研究总结
在本研究中，作者研究了铁死亡诱导髓系抑制性中性粒细胞对T细胞的增殖产生抑制作用，而抑制铁死亡则能够起到抗肿瘤的效果。研究结果表明，在肿瘤组织中PMN-MDSCs会经历铁死亡，而诱导铁死亡也能引起非抑制性PMNs转变为PMN-MDSCs。虽然铁死亡会减少PMN-MDSCs的数量，但会增加其免疫抑制分子的释放，从而发挥对T细胞的抑制作用。
此研究指出铁死亡可能是肿瘤微环境中PMN-MDSCs的一种独特且特异性的诱导免疫抑制机制，可以靶向这一机制进行药理学调控从而限制肿瘤的生长。
转自：“学术查”微信公众号
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