大家好，我是小燕同学，今天为大家介绍一篇关于铁死亡协同信号通路抗肿瘤的文章，题目为“Oncogenic activation of PI3K-AKT-mTOR signaling suppresses ferroptosis via SREBP-mediated lipogenesis”，该文由美国纪念斯隆凯特琳癌症中心姜学军教授团队在2020年12月8日发表于PNAS，该团队长期致力于铁死亡分子机制研究。
细胞代谢副产物—磷脂过氧化物，其堆积会导致铁离子依赖的细胞铁死亡。哺乳细胞中，谷胱甘肽过氧化物酶-4（GPX4）可有效中和、清除过氧化物，而GPX4活性受阻会触发细胞铁死亡过程。GPX4通过催化GSH发挥功能，当利用Cys饥饿或者系统的xc-cystine/glutamate antiporter对GSH的关键组成Cys进行剥夺处理，也会引发铁死亡。同理，CoQ还原酶FSP1通过催化产生CoQ的还原型，套住磷脂过氧化物，进而抑制铁死亡。
虽然铁死亡的生物学功能不明，但其在抗肿瘤、肿瘤免疫检查点阻断、放疗等方面具有重要作用。由于氧化还原/铁稳态和与铁死亡相关代谢过程的改变，间充质性质或携带 E 钙粘蛋白-NF2-Hippo 通路突变的癌症细胞死亡已被证明对铁死亡非常敏感。
SREBP1蛋白（固醇调控元件结合蛋白1）作为一个跨内质网状膜蛋白，是脂质稳态、葡萄糖代谢的主要调控开关，接收不同的代谢信号，可被特异性蛋白水解处理而激活，进而转移至核内，刺激脂质生成代谢通路、糖异生途径以及磷酸戊糖途径中关键酶基因的转录。最近，有报道表明，PI3K-AKT-mTOR信号通路也可以调控SREBP1。
Q：PI3K-AKT-mTOR信号通路→调控？→SREBP1；SREBP1→调控？→脂质稳态、葡萄糖代谢→调控？→铁死亡？
故事线
①首先，作者从癌细胞的铁死亡与频繁突变信号通路之间的相互作用出发，分析了各种具有遗传突变的癌细胞对GPX4抑制剂RSL3诱导铁死亡的敏感性，发现携带PIK3CA激活突变或者PTEN缺失的癌细胞对RSL3诱导铁死亡更耐受。PIK3CA突变或者PTEN缺失会使得PI3K-AKT信号通路激活。进一步通过PI3K、AKTi、mTOR抑制剂作用于BT474、MDA-MB-453细胞（具激活通路突变）实验证实癌细胞铁死亡抵抗因PI3K-AKT通路持续激活所致。
②之后，作者调研文献发现mTORC1在心肌细胞中可抑制铁死亡。因此，作者通过mTORC1特异性抑制剂实验证实，癌细胞中的铁死亡是受mTORC1而非mTORC2影响。3D肿瘤球实验也得到了相同的结果。同时，shRNA介导的mTORC1沉默细胞实验提供了又一证据。接着，作者在含有野生型PI3K-AKT-mTOR信号通路的两个癌细胞系诱导铁死亡中也证实了这一结论。mTORC1因S6K磷酸化修饰受到RSL3抑制。
③基于上述结果，那么，mTORC1是如何介导铁死亡的呢？铁死亡特征之一--胞内ROS水平提高，这将通过抑制Keap1介导的氧化应激通路中NRF2转录因子蛋白酶体降解而触发抗氧化通路。经NRF2、Keap1基因敲除实验，证实p62-Keap1-NRF2信号轴不是mTORC1介导细胞铁死亡的主要中介。
④继续从铁死亡的诱因—脂质过氧化物堆积，寻找mTORC1介导铁死亡的原因。因此，作者推测mTORC1通过调节脂代谢来调控铁死亡。文献调研、锁定目标SREBP1蛋白，经一系列实验证实mTORC1上调SREBP1蛋白介导癌细胞铁死亡抵抗。
⑤接着，SREBP1作为多个脂质合成相关基因如SCD1等的转录因子，结合SREBP1基因敲除实验结果与文献证据，作者推测SCD1是SREBP1介导铁死亡抵抗的主要下游因子。SCD1抑制剂实验与CRISPR/Cas9介导的SCD敲除实验证实，SCD1作为一个铁离子依赖酶，可催化脂肪酸去饱和，进而缓解铁死亡。
⑥上述机制研究结论是：PI3K-AKT→mTORC1抑制→SREBP1蛋白上调→SCD1→MUFA→缓解铁死亡。通过将PI3K-AKT-mTOR通路抑制剂和铁死亡诱导剂组合使用用于小鼠体内的实验证实，抑制该通路会增加癌细胞对铁死亡的敏感性，抑制小鼠肿瘤的发展，可增强癌症的治疗效果。
结论1：PI3K-AKT-mTOR信号通路→调控→SREBP1高表达；SREBP1→介导→脂生成→→促进→铁死亡抵抗。
结论2：将雷帕霉素 (mTOR)C1 抑制与铁死亡诱导相结合，在激活 PI3K 突变的乳腺癌和在 10 号染色体 (PTEN) 上缺失了磷酸酶和张力蛋白同源物的前列腺癌的异种移植小鼠模型中出现了明显的肿瘤抑制效果。
总之，人体癌细胞中PI3K突变活化、PTEN功能缺失导致细胞铁死亡抵抗，而抑制PI3K-AKT-mTOR信号传导，会增强癌细胞对铁死亡的敏感。
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