细胞死亡与癌症(二)——细胞焦亡及铁死亡与癌症的关联

细胞死亡是维持机体内环境稳态的一种基本生理机制,当细胞死亡调控机制紊乱,则会引起疾病的发生。细胞死亡可作为治疗各种癌症、神经退行性疾病以及自生免疫性疾病的重要切入点。在之前的专题——细胞死亡与癌症(一)中,介绍了细胞坏死,细胞凋亡以及坏死性凋亡与癌症的关联。本期专题,我们将介绍细胞焦亡及铁死亡与癌症的关联。

细胞焦亡(Pyroptosis)

细胞焦亡是一种由Gasdermin(GSDM)介导的炎性调节细胞死亡,其主要特征是膜穿孔、细胞肿胀、细胞内容物溢出、染色质凝结和DNA断裂。人类GSDM家族包括六个成员,包括:GSDMA、GSDMB、GSDMC、GSDMD、GSDME和DFNB59;GSDM蛋白在细胞内被激活后,其N端结构域在细胞膜上寡聚成孔,最终导致细胞裂解死亡,随后诱导强烈的炎症反应。细胞焦亡对肿瘤和肿瘤微环境的形成具有双重效应:一方面,细胞焦亡释放的炎性体可以抑制肿瘤细胞的增殖和转移,其机制是细胞焦亡产生的NLRP3炎性体通过分泌炎性细胞因子抑制肿瘤发生;另一方面,炎症体的聚集有助于肿瘤微环境的形成,促进肿瘤的发生和发展。研究表明,NLRP3炎症小体在髓系衍生抑制细胞(MDSCs)的聚集和树突状细胞(DC)免疫后抗肿瘤T细胞免疫应答的抑制中发挥重要作用。肿瘤相关巨噬细胞中的NLRP3通过IL-1驱动胰腺导管腺癌肿瘤免疫微环境中免疫抑制CD4+T细胞的极化。此外,IL-22的产生取决于NLRP3炎症体的激活以及免疫细胞释放IL-1。IL-22与多种肿瘤的发生密切相关,如:肺癌、皮肤癌、乳腺癌和胃癌。

在癌症免疫治疗中,CAR-T治疗引起的细胞因子释放综合征(CRS)是一种严重的并发症,通常随着CAR-T疗效的增加而加剧。在2020年的一项研究中,研究人员发现CAT-T细胞通过激活肿瘤细胞中的Granzyme B来激活Caspase 3/GSDME,从而诱导肿瘤细胞焦亡。被杀死的肿瘤细胞释放因子,如ATP/HMGB,被巨噬细胞吸收并诱导巨噬细胞Caspase 1/GSDMD激活,从而导致CRS。因此,临床上激活肿瘤细胞GSDME的同时,使用特定的GSDMD抑制剂阻断巨噬细胞GSDME激活,在发挥CAR-T疗效的同时防止CRS的发生,提高治疗的安全性。此外,来自杀伤T细胞的Granzyme B直接切割GSDME并导致肿瘤细胞焦亡。这些研究为癌症免疫治疗提供了思路。近年来,人们探索了细胞焦亡治疗癌症的可行性和潜力。尽管化疗仍然是癌症最常见的治疗方式,因为它通过触发细胞凋亡而导致肿瘤细胞死亡。而新开发了一些靶向递送方法,如:嵌合抗原受体工程化T细胞(CAR-T)、嵌合共刺激转换受体(CCCR)、免疫刺激、生物正交化学系统和表观遗传学方法等,也能有效地诱导肿瘤细胞焦亡。


图1. 细胞焦亡在抗癌治疗中的前景

(图片来源于《Cell Mol Immunol》)


铁死亡(Ferroptosis)

铁死亡是一种依赖于铁的调节性细胞死亡方式,由细胞膜上脂质过氧化物的毒性积聚引发。作为一种消除恶性细胞的适应性机制,铁死亡构成了一种新的肿瘤抑制途径,在癌症治疗方面具有巨大潜力。

研究发现,铁死亡在抗肿瘤免疫中具有双面性。CD8+细胞毒性T细胞可分泌干扰素-γ(IFNγ),进而抑制SLC7A11在癌症细胞中的表达,增强抗肿瘤免疫,从而促进肿瘤细胞脂质过氧化和铁死亡。此外,嗜铁性肿瘤细胞可释放多种免疫刺激信号,促进树突状细胞成熟,提高巨噬细胞,尤其是M1样肿瘤相关巨噬细胞,吞噬嗜铁性肿瘤细胞的效率,这进一步加强了CD8+细胞毒性T细胞介导的肿瘤抑制。对于免疫抑制细胞,包括:调节性T(Treg)细胞、髓系衍生抑制细胞(MDSCs)和M2样肿瘤相关巨噬细胞,通过诱导铁死亡也可以增强抗肿瘤免疫。谷胱甘肽过氧化物酶4(GPX4)的Treg特异性缺失可诱导调节性T(Treg)细胞铁死亡。而靶向N-酰基鞘氨醇酰胺水解酶2(ASAH2)可诱导MDSCs铁死亡,并促进CD8+细胞毒性T细胞的激活,从而增强抗肿瘤免疫。然而,CD8+T细胞和一些T辅助细胞亚群,如T滤泡辅助细胞(TFH),对于铁死亡高度敏感。这类细胞被诱导发生铁死亡导致抗肿瘤免疫效应受到抑制,进而对肿瘤的发生起到促进作用。

图2. 铁死亡在抗肿瘤免疫的作用

(虚线指示细胞或蛋白质的功能在相应的环境中被减弱或阻断)

(图片来源于《Nat Rev Cancer》)


在癌症研究中铁死亡诱导剂具有巨大的治疗潜力。此外,目前开发了多种纳米材料,靶向诱导铁死亡或增强铁死亡诱导剂的活性。越来越多的证据表明,铁死亡诱导剂可以通过促进肿瘤细胞铁死亡来增强传统癌症治疗(放疗、化疗、靶向治疗和免疫治疗)的疗效。可见,用铁死亡诱导剂诱导铁死亡可能是一种极具前景的治疗策略,用于消除具有特定特征的癌症。

表1. 目前癌症治疗中靶向铁死亡的治疗策略

(来源于《Nat Rev Cancer》)



云克隆开发的相关靶标产品助力细胞死亡与癌症关联研究,部分指标节选如下:


指标

核心货号

指标

核心货号

指标

核心货号

GSDMA

E531

GSDMB

E530

GSDMC

B646

GSDMD

E529

Granzyme B

A600

IL1a

A071

IL1b

A563

IL22

C032

NLRP3

K115

ATP

A349

HMGB1

A399

Caspase 1

B592

Caspase 3

A626

PD1

A751

IFNγ

A049

SLC7A11

E410

GPX4

C994

ASAH2

E689

ALK

A870

BH4

G421

DHODH

J271

FSP1

G247

GCH1

J057

HMGCR

D686

iPLA2β

A411

NF2

B946

PDK4

A958

PDK4

A958

SQLE

H135

SQS

B708