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沃拉帕沙通过靶向FOXO1/HMOX1轴增强线粒体相关铁死亡以促进癌症免疫治疗

期刊:Cell Reports MedicineDOI:10.1016/j.xcrm.2025.102371

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一、研究团队与发表信息
本研究由Qian Zhou、Yuming Sun、Songtao Du等来自中国中南大学湘雅医院皮肤科(Department of Dermatology, Xiangya Hospital, Central South University)的团队主导,通讯作者为Guangtong Deng、Xiang Chen和Furong Zeng。研究成果于2025年10月21日发表在期刊*Cell Reports Medicine*(Volume 6, Article 102371),标题为《Vorapaxar Enhanced Mitochondria-Associated Ferroptosis Primes Cancer Immunotherapy via Targeting FOXO1/HMOX1 Axis》。


二、学术背景与研究目标
科学领域:本研究聚焦于肿瘤免疫治疗与铁死亡(ferroptosis,一种铁依赖性的程序性细胞死亡形式)的交叉领域。
研究动机:尽管免疫检查点阻断(ICBs)疗法在癌症治疗中取得突破,但耐药性和血栓栓塞等副作用限制了其疗效。抗血小板药物因其潜在的抗血栓和抗肿瘤双重作用成为研究热点。
关键科学问题:是否存在一种抗血小板药物能同时通过促进铁死亡增强免疫治疗效果?
研究目标:通过筛选FDA批准的20种抗血小板药物,鉴定出可增强铁死亡的候选药物,并解析其分子机制及在黑色素瘤免疫治疗中的协同作用。


三、研究流程与实验设计
1. 药物筛选与铁死亡验证
- 研究对象:A375和SK-MEL-28黑色素瘤细胞系(对铁死亡具有天然抗性)。
- 方法:联合使用抗血小板药物(10 μM)与铁死亡诱导剂RSL3(2.5 μM)处理细胞6小时,通过细胞活力热图筛选出增效药物Vorapaxar(一种PAR1抑制剂)。
- 关键实验
- 采用Chou-Talalay联合指数(CI)验证Vorapaxar与RSL3的协同效应(CI )。
- 通过脂质ROS(活性氧)检测、丙二醛(MDA)水平分析及铁螯合剂(如deferoxamine, DFO)挽救实验,确认铁死亡特征。

  1. 线粒体铁死亡机制解析

    • 线粒体功能评估:透射电镜显示联合处理组线粒体萎缩、嵴减少;罗丹明123(Rh123)染色检测线粒体膜电位下降,ATP水平降低。
    • 铁代谢分析:Mitochondria-specific FerroGreen探针显示线粒体铁超载,且可被DFO逆转。
    • 转录组测序(RNA-seq):发现联合处理显著上调HMOX1(血红素加氧酶1)基因,其通路富集于线粒体呼吸链和铁代谢。
  2. 分子机制探究

    • 转录调控:染色质免疫沉淀测序(ChIP-seq)显示FOXO1直接结合HMOX1启动子。
    • 蛋白互作验证
      • 生物层干涉仪(BLI)证实Vorapaxar直接结合FOXO1(KD=8.67 μM)。
      • 细胞热转移实验(CETSA)显示Vorapaxar增加FOXO1热稳定性,抑制其Ser256磷酸化,促进核转位。
  3. 体内模型验证

    • 皮下移植瘤模型:GPX4敲除的A375细胞移植至裸鼠,Vorapaxar单药显著抑制肿瘤生长(p<0.001),且被铁死亡抑制剂Liproxstatin-1(Lip-1)逆转。
    • 自发黑色素瘤模型:BRAF/PTEN驱动的小鼠中,Vorapaxar联合铁死亡诱导剂IK延长生存期(p<0.01),肿瘤组织4-HNE(铁死亡标志物)表达升高。
    • 免疫治疗协同实验:在B16F10荷瘤小鼠中,Vorapaxar增强抗PD-1疗效,CD8+ T细胞浸润及IFN-γ分泌增加。
  4. 临床相关性分析

    • 生物信息学:在黑色素瘤患者队列中,FOXO1/HMOX1高表达与免疫治疗响应率(p<0.01)和无进展生存期(PFS)显著相关。

四、主要研究结果
1. 药物筛选:Vorapaxar是唯一显著增强RSL3诱导铁死亡的抗血小板药物(CI=0.45)。
2. 线粒体铁死亡:联合处理组线粒体铁含量升高2.5倍(p<0.001),脂质ROS增加3倍,且可被HMOX1抑制剂ZnPP阻断。
3. 信号轴验证:FOXO1敲除使HMOX1表达下降70%,完全消除Vorapaxar促铁死亡效应。
4. 免疫治疗增效:在PBMC人源化小鼠中,Vorapaxar联合抗PD-1使肿瘤体积缩小58%(p<0.001)。


五、结论与价值
1. 科学意义:首次揭示Vorapaxar通过FOXO1/HMOX1轴促进线粒体铁死亡,为克服免疫治疗耐药提供了新靶点。
2. 应用价值:Vorapaxar作为已获批的抗血栓药物,其“老药新用”策略可快速转化至临床,尤其适用于需抗血栓的癌症患者。
3. 理论创新:提出“线粒体铁死亡-免疫治疗”协同机制,拓展了铁死亡在肿瘤微环境中的作用认知。


六、研究亮点
1. 方法创新:整合多组学(RNA-seq、ChIP-seq)和BLI/CETSA技术,精准解析药物-靶点互作。
2. 模型系统:涵盖移植瘤、自发肿瘤和人源化小鼠,全面验证临床转化潜力。
3. 临床关联性:FOXO1/HMOX1特征可作为预测免疫治疗响应的生物标志物。


七、其他价值
研究还发现,FOXO1/HMOX1高表达患者中T细胞炎症基因特征(GEP)显著增强(p<0.01),提示该通路可能通过调控免疫微环境增强疗效。

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