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厦门大学发Cell子刊揭示NSCLC铁死亡新机制：H2S通过巯基化调节同型半胱氨酸代谢成关键！
Highlights
1. 硫化氢能够通过降低同型半胱氨酸水平，促进非小细胞肺癌细胞的铁死亡
2. 硫化氢通过靶向SAHH酶，降低其活性，进而减少同型半胱氨酸的产生。
近日，“Molecular Cell”（IF=14.5）上发表了一篇题为“Hydrogen sulfide-mediated persulfidation regulates homocysteine metabolism and enhances ferroptosis in non-small cell lung cancer”的文章。这篇文章探讨了硫化氢在非小细胞肺癌中通过巯基化调节同源半胱氨酸代谢，并增强铁死亡的作用机制。
研究背景介绍
硫化氢是一种内源性的气体信号分子。在生物体内，H2S由胱硫醚β合成酶(CBS)、胱硫醚γ裂解酶(CTH)和3-巯基丙酮酸硫转移酶(3-MST)等酶产生。H2S在调节多种生理过程中发挥作用，包括血管舒张、细胞增殖、胰岛素分泌、神经传导、抗炎、抗氧化反应、抗凋亡活性和能量代谢。
同型半胱氨酸（Hcy）是一种含硫氨基酸，是甲硫氨酸代谢过程中的中间产物。血液中的同型半胱氨酸水平升高与心血管疾病、神经管缺陷、某些癌症和认知功能下降有关。
S-腺苷同型半胱氨酸水解酶（SAHH）是一种重要的酶，能够催化S-腺苷同型半胱氨酸的水解，生成同型半胱氨酸和腺苷。SAHH的活性受到H2S的巯基化修饰的影响，这种修饰降低了SAHH的活性，进而降低了Hcy的水平。
研究思路分析
研究技术路线图
01H2S对NSCLC细胞铁死亡的影响
①在非小细胞肺癌（NSCLC）细胞系H1299和A549中，研究发现GYY4137（一种H2S供体）在全培养基（FM）中对细胞死亡、细胞活力和脂质ROS积累的影响较小。而在半胱氨酸缺乏的培养基（CF）中，GYY4137剂量依赖性地促进了细胞死亡、细胞活力和脂质ROS的积累。通过使用不同的抑制剂，研究发现铁死亡是这一过程中主要的细胞死亡类型。
②此外，通过检测H2S水平，发现GYY4137能以剂量依赖的方式增加细胞内H2S水平。此外，使用另一种H2S供体NaHS处理A549细胞，也观察到类似的促进铁死亡的效果。
③通过对A549细胞进行代谢组学分析，发现在FM条件下，H2S处理与对照组之间的差异代谢物主要与铁死亡相关的胱氨酸和甲硫氨酸代谢途径有关。还发现H2S显著降低了CF条件下的谷胱甘肽（GSH）和半胱氨酸水平。由于CF条件下半胱氨酸主要来源于转硫化途径，因此H2S可能通过抑制该途径来降低半胱氨酸和GSH水平，从而促进铁死亡。
④进一步的分析显示，H2S显著降低了FM和CF条件下的Hcy水平，而对其他代谢物的影响较小或呈增加趋势。此外，补充Hcy能够完全逆转H2S促进的铁死亡过程，而补充甲硫氨酸（Met）、S-腺苷甲硫氨酸（SAM）、S-腺苷同型半胱氨酸（SAH）则效果较小。
02H2S对SAHH的作用及其机制
①研究发现SAHH是H2S在促进铁死亡过程中的一个关键靶标。生物素转换法和质谱分析发现，SAHH在H2S处理的细胞中发生了巯基化。进一步的实验表明，H2S能够以剂量依赖的方式抑制重组SAHH蛋白的活性。此外，还发现，SAHH的表达水平与H2S促进的铁死亡敏感性相关，SAHH表达较低的细胞对H2S诱导的铁死亡不敏感。
②研究确定了SAHH上被巯基化的特定氨基酸残基为半胱氨酸195。通过质谱分析，发现这一位置的硫化氢化水平在H2S处理下显著增加。此外，构建了SAHH的突变体，将半胱氨酸195突变为丙氨酸（C195A），发现这一突变显著降低了SAHH的巯基化水平，并且不影响其对H2S的敏感性。
03H2S在体内模型和潜在临床相关性
①Cyst(e)inase是一种能够耗尽细胞内半胱氨酸的酶，从而诱导铁死亡。研究发现，硫化氢供体GYY4137能够促进Cyst(e)inase诱导的铁死亡，这一效果可以通过铁死亡抑制剂Fer-1来逆转。表明，H2S在细胞水平上促进了由Cyst(e)inase诱导的铁死亡。
②通过在裸鼠中建立H1299细胞的异种移植瘤模型，并给予硫化氢供体GYY4137和Cyst(e)inase的处理，发现这种联合治疗显著抑制了肿瘤的生长。此外，通过免疫组化染色，还发现联合治疗组的肿瘤组织中4-HNE的积累显著增加，而Ki67（细胞增殖的标记物）的表达显著降低，表明肿瘤生长速度减慢。表明H2S在体内增强了基于铁死亡的抗肿瘤治疗。
③通过对LUAD患者样本的分析，发现SAHH在肿瘤组织中的表达显著高于正常肺组织。此外，通过TCGA数据库的数据分析，还发现SAHH的高表达与LUAD患者的不良预后相关。表明，SAHH可能成为LUAD治疗的潜在靶标。
图1. 硫化氢促进非小细胞肺癌细胞的铁死亡
图2. 硫化氢抑制转硫化途径介导的同型半胱氨酸合成
图3. SAHH作为硫化氢促进铁死亡过程中的靶标
图4. 硫化氢通过硫化氢化半胱氨酸195位点抑制SAHH活性
图5. 硫化氢增强体内基于铁死亡的抗肿瘤治疗
图6. 肿瘤中高SAHH表达与肺腺癌的不良预后相关
图7. Abstract
结论与讨论
本文发现H2S通过巯基化SAHH上的第195位半胱氨酸，抑制其活性，降低同型半胱氨酸水平，进而减少半胱氨酸和GSH的浓度，增强NSCLC细胞对铁死亡的敏感性。此外，H2S联合半胱氨酸剥夺剂Cyst(e)inase在体内外实验中均能显著抑制肿瘤生长，表明H2S可能成为增强铁死亡基础癌症治疗的新策略。
未来的研究需要进一步阐明硫化氢供体在临床治疗中的潜力，以及针对特定肿瘤细胞类型，如何精确调控硫化氢的浓度以发挥治疗效果。此外，还需要探索内源性硫化氢产生酶在肿瘤发展和治疗中的复杂作用，以及硫化氢是否可能与其他治疗手段（如放化疗）联合使用，以提高治疗效果。