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Nature子刊 | 暨南大学重大发现：巨噬细胞磷脂过氧化导致肿瘤对铁死亡治疗的抵抗性
Highlights
1. TLR2是巨噬细胞清除铁死亡肿瘤细胞的关键因子
2. 磷脂过氧化导致TLR2在内质网中积累，并触发了TLR2的蛋白酶体依赖性降解
3. TLR2激动剂SMU-Z1可以增强铁死亡诱导剂的抗肿瘤效果
近日，“Cell Death & Differentiation”（IF=13.7）发表了一篇题为“Phospholipid peroxidation in macrophage confers tumor resistance by suppressing phagocytic capability towards ferroptotic cells”的文章。这篇文章探讨了在肿瘤微环境中，巨噬细胞的磷脂过氧化作用如何导致肿瘤对铁死亡治疗产生抵抗性。
研究背景介绍
磷脂过氧化是磷脂分子中的不饱和脂肪酸被氧化的过程，可以导致细胞膜的损伤和细胞功能障碍。
Toll样受体2（TLR2）是一种模式识别受体，参与识别病原体和损伤相关分子模式，激活免疫反应。
1-硬脂酰-2-15-HpETE-sn-甘油-3-磷酸乙醇胺（SAPE-OOH）是一种特定的氧化磷脂，本文中发现它在巨噬细胞内质网中积累，并作为TLR2泛素化和降解的关键介导分子。
研究思路分析
研究技术路线图
01铁死亡治疗与肿瘤抵抗性
①开发一种针对酸性肿瘤微环境（TME）的靶向递送系统，用于递送一种批准的抗瘤药物磺沙唑（SSZ），该药物具有诱导铁死亡的活性。
②该治疗在乳腺癌小鼠模型中初期抑制了肿瘤的生长，但随后肿瘤迅速反弹。检测发现，治疗导致TME中的巨噬细胞内磷脂过氧化产物4-羟基壬烯醛（4-HNE）显著积累。进一步研究发现，敲减巨噬细胞中的关键抗氧化酶GPX4会加剧这种抵抗，证实了过氧化的巨噬细胞在肿瘤抵抗铁死亡治疗中的关键作用。
③体内体外实验中，铁死亡诱导的肿瘤细胞都能被巨噬细胞吞噬，但在GPX4敲减的小鼠中，巨噬细胞对铁死亡肿瘤细胞的吞噬能力显著降低。此外，与凋亡细胞相比，铁死亡细胞在体内的清除效率更低。铁死亡诱导剂和抑制剂对巨噬细胞吞噬作用的影响进一步证实了磷脂过氧化与吞噬能力下降之间的联系。表明，巨噬细胞的磷脂过氧化可能是肿瘤对铁死亡治疗产生抵抗的原因之一。
02磷脂过氧化对TLR2功能的影响
①之前的研究表明TLR2是巨噬细胞清除铁死亡细胞过程中的关键因素。与对照组相比，RSL3治疗减少了肿瘤体积，但对TLR2 KO小鼠的肿瘤没有改善。
②免疫荧光染色显示，RSL3治疗导致肿瘤组织中死亡肿瘤细胞增多，但TLR2 KO小鼠的巨噬细胞吞噬铁死亡肿瘤细胞的能力降低，导致肿瘤对铁死亡治疗产生抵抗。流式细胞术分析也表明，来自TLR2 KO小鼠的巨噬细胞对RSL3处理的BMDMs的吞噬能力下降。表明，TLR2在磷脂过氧化导致巨噬细胞清除铁死亡细胞能力受损中起着关键作用。
③在RSL3处理的巨噬细胞中，细胞膜上的TLR2分布减少，而细胞质中增加。进一步的实验证实，磷脂过氧化导致的氧化的磷脂酰乙醇胺（oxPEs）在内质网（ER）中的积累，干扰了TLR2从ER到细胞膜的运输，导致TLR2在细胞膜上的分布减少。此外，RSL3处理减少了TLR2与CNPY3的相互作用，而这对于TLR2的正确运输至细胞膜是必要的。表明，ER中oxPEs的积累在调节TLR2的亚细胞分布中起着关键作用。
④研究发现，RSL3诱导的磷脂过氧化加速了TLR2在THP-1巨噬细胞中的降解，使用蛋白酶体抑制剂MG132能够显著挽救RSL3诱导的TLR2减少。且RSL3处理增强了TLR2的多泛素化。通过数据库预测和免疫共沉淀实验，确定了MARCH6是TLR2泛素化的E3连接酶。敲减MARCH6显著阻碍了ER-ALOX15/PEBP1介导的TLR2蛋白下降，并显著降低了TLR2的泛素化水平。表明，ER中的oxPEs招募MARCH6，启动TLR2的泛素化过程，从而阻碍巨噬细胞对铁死亡细胞的吞噬。
03治疗策略与TLR2激动剂的应用
①LC-MS/MS分析发现，发现SAPE-OOH在ALOX15/PEBP1转染的细胞中显著增加。而向THP-1巨噬细胞中添加外源性SAPE-OOH导致TLR2的泛素化，并且SAPE-OOH富集的THP-1巨噬细胞吞噬铁死亡HL60细胞的能力降低。表明铁死亡诱导的ER中SAPE-OOH积累与TLR2的不稳定性的因果关系，干扰了TLR2向细胞膜的转运，从而损害了巨噬细胞清除铁死亡肿瘤细胞的能力
②将TLR2激动剂SMU-Z1与铁死亡诱导剂结合治疗，发现其显著减少了肿瘤体积和重量，表明SMU-Z1增强了铁死亡诱导剂的抗肿瘤效果。此外，SMU-Z1还显著增加了巨噬细胞对铁死亡肿瘤细胞的吞噬清除能力，并上调TLR2蛋白的表达。表明SMU-Z1通过增加TLR2蛋白表达促进巨噬细胞吞噬铁死亡肿瘤细胞，从而增强铁死亡诱导剂的治疗效果。
图1. 巨噬细胞的磷脂过氧化引发肿瘤对铁死亡治疗的抵抗性
图2. 巨噬细胞的磷脂过氧化损害了铁死亡肿瘤细胞的吞噬清除
图3. TLR2在磷脂过氧化引起的铁死亡细胞清除能力损害和肿瘤对铁死亡治疗的抵抗性中起着不可或缺的作用
图4. OxPE通过抑制TLR2与CNPY3之间的相互作用，破坏了TLR2从ER到质膜（PM）的转位
图5. 内质网中的OxPEs介导TLR2的蛋白酶体依赖性降解
图6. 鉴定MARCH6作为oxPEs诱导的TLR2泛素依赖性降解中的关键E3泛素连接酶
图7. SAPE-OOH作为TLR2泛素化的关键氧化磷脂
图8.TLR2激动剂增强了铁死亡诱导剂的抗肿瘤效果
结论与讨论
本文研究发现，巨噬细胞的磷脂过氧化作用损害了其吞噬铁死亡肿瘤细胞的能力，导致肿瘤对铁死亡治疗产生抵抗性。TLR2受体在巨噬细胞识别和清除铁死亡细胞中发挥关键作用，其功能受损与肿瘤抵抗性密切相关。此外，TLR2激动剂SMU-Z1通过提高TLR2表达，增强巨噬细胞的吞噬功能，从而提高铁死亡治疗的抗肿瘤效果。
在未来，需要进一步探索TLR2激动剂与其他铁死亡诱导剂的联合治疗策略，以及在不同类型肿瘤中的作用机制。同时，研究应关注磷脂过氧化在肿瘤微环境中的具体调控机制，以及如何通过靶向这些途径来克服肿瘤抵抗性，为开发新的癌症治疗手段提供理论基础和实践指导。