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青蒿素衍生物靶向脂质代谢关键蛋白诱导铁死亡

城头变幻大王骑

2024/09/18

中药/天然药检测

青蒿素（Arteminsinin）是从植物青蒿中分离出来的倍半萜内酯，与它的一些衍生物一起被公认为一种有效的用于治疗疟疾药物，现已逐渐被认为是潜在的抗肿瘤药物，已有一些研究试图确定青蒿素的蛋白质靶点并破译青蒿素杀死癌细胞的分子机制，但迄今为止，青蒿素的确切抗肿瘤相关靶点仍有很大挖掘空间。

1、细胞毒性筛查将ART1确定为潜在的抗肿瘤药物
作者首先制备了C-10位的不同芳基取代基的青蒿素衍生物（ART1、ART2和ART3），利用肺癌细胞系H1299和A549比较了它们以及青蒿素（QHS）及其衍生物双氢青蒿素（DHA）的抗肿瘤活性。发现ART1，一种含有萘环的青蒿素衍生物，对肺癌细胞表现出最强的细胞毒性。在肿瘤类器官模型和白血病MV4细胞中均证明ART1是最有效化合物。此外，ART1表现出对正常细胞的抗增殖活性非常弱。结果表明ART1是一种有前途的潜在抗癌药物。
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图1 ART1抑制肿瘤生长
2、ART1诱导非经典铁死亡
先前的报告表明青蒿素通过多种方式导致癌细胞死亡，包括细胞凋亡、自噬等。作者发现ART1触发的细胞死亡与凋亡、自噬无关。进一步确定ART1诱导癌细胞死亡的机制，发现ART1诱导的细胞死亡仅被铁死亡抑制剂ferrostatin-1（可防止脂质过氧化物的积累）抑制，而不能被细胞凋亡抑制剂z-VAD-FMK或坏死性凋亡抑制剂necrostatin-1抑制，表明ART1处理触发铁死亡。此外，ART1处理会诱导脂质过氧化，且ART1引起的脂质过氧化是铁依赖性的。深入机制研究发现ART1导致铁死亡已知类别的铁死亡诱导剂不同，它不影响其细胞内GSH水平和GPX4活性。
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图2 ART1诱导非经典铁死亡
3、鉴定HSD17B4蛋白作为ART1的直接靶标
为了确定ART1介导诱导铁死亡的蛋白靶点，作者设计了并合成了ART16（生物素标记的ART1）来开展Pulldown。ART16类似于ART1可诱导铁死亡，可用于后续实验。Pulldown+蛋白质组学分析显示HSD17B4蛋白为可能靶点， BLI、Pulldown+WB技术证实了两者的直接结合。
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图3 鉴定HSD17B4蛋白作为ART1的直接靶标
4、ART1通过HSD17B4蛋白介导癌细胞死亡
作者采用ART99（含有香豆素荧光团的ART1探针），发现ART99与靶蛋白HSD17B4的共定位。通过敲低HSD17B4来研究ART1诱导的细胞死亡是否由HSD17B4介导，发现HSD17B4敲低可显著减弱ART1的作用。
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图4 ART1通过HSD17B4蛋白介导癌细胞死亡
5、ART1靶HSD17B4蛋白直接诱导脂质氧化
HSD17B4蛋白是一种双功能酶，同时具有脱氢酶和水合酶活性，并参与VLCFA（极长链脂肪酸）的过氧化物酶体β氧化。作者发现ART1并未改变细胞中HSD17B4蛋白丰度，也不影响其脱氢酶和水合酶活性。由于ART1中的过氧化物部分对于诱导铁死亡是必不可少的，作者推测ART1可能是一种启动铁死亡的选择性氧化剂，与HSD17B4结合并促进周围脂质的氧化。作者验证发现ART1可以直接氧化铁死亡相关底物。PUFA，易受脂质过氧化的影响，是执行铁死亡所必需的。由于不容易获得超长链多不饱和脂肪酸，AA被用作替代物，作者发现ART1单独可以氧化AA，ART1还可以显著促进由亚铁离子催化的脂质过氧化。此外，活细胞成像探针发现ART1可以氧化细胞中HSD17B4蛋白周围的脂质。这些数据证实ART直接氧化HSD17B4蛋白周边的脂质，积累脂质过氧化物，并最终在癌细胞中促进铁死亡。
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图5 ART1靶向HSD17B4蛋白直接诱导脂质氧化
6、ART1优先诱导高间充质状态癌细胞的铁死亡
据报道，高间充质状态的耐药性癌细胞对铁死亡诱导剂敏感。作者检测这些肺癌细胞的上皮间充质状态，发现对ART1敏感细胞系H1299和H1838中的波形蛋白含量较高，表明高间充质状态，而对ART1耐药细胞系HCC366和H1650几乎表现出E-钙粘蛋白的丰度检测不到，这表明ART1的敏感性与癌细胞上皮间充质状态密切相关，ART1可优先诱导间充质癌细胞发生铁死亡。
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图6 ART1优先诱导高间充质状态癌细胞的铁死亡
总结
该研究将青蒿素衍生ART1已被确定为铁死亡诱导剂，对癌细胞增殖具有显著的抑制效果。接着使用化学蛋白质组学方法鉴定HSD17B4蛋白，一种在VLCF分解代谢中必不可少的酶，作为ART1的直接靶点。进一步研究发现ART1会导致铁死亡，通过直接氧化HSD17B4蛋白周围的脂肪酸而不干扰蛋白质的正常酶活性，揭示了一种意想不到的机制，其中ART1-HSD17B4用作“特洛伊木马”，潜入过氧化物酶体触发脂质氧化。总之，ART1通过靶向HSD17B4诱导铁死亡提供了一种有希望的癌症治疗方法。

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