铁死亡（ferroptosis）在癌症治疗中的突破：溶酶体铁激活触发癌细胞死亡机制研究

作者及发表信息
本研究由Tatiana Cañeque、Leeroy Baron、Sebastian Müller等来自法国Institut Curie、美国哈佛大学公共卫生学院、德国Helmholtz Zentrum München等21家机构的联合团队完成，于2025年6月12日发表在《Nature》期刊（Volume 642）。

学术背景
铁死亡是一种由铁依赖的脂质过氧化驱动的非凋亡性细胞死亡形式，与癌症、神经退行性疾病等密切相关。尽管已知铁死亡涉及多种细胞器（如线粒体、内质网），但溶酶体铁在其中的作用机制尚不明确。本研究旨在揭示溶酶体铁如何触发铁死亡，并开发靶向溶酶体铁的小分子药物，以选择性清除耐药性癌细胞（drug-tolerant persister cells, DTP cells）。研究背景基于以下关键发现：
1. 癌细胞通过CD44介导的内吞作用摄取过量铁，促进表观遗传重塑和耐药性，但也增加对铁死亡的敏感性。
2. 溶酶体酸性环境和铁富集特性可能成为氧化反应的催化中心。

研究流程与方法
1. 溶酶体铁与铁死亡的关联验证
- 研究对象：HT-1080纤维肉瘤细胞、原发性胰腺导管腺癌（PDAC）细胞、4T1小鼠乳腺癌细胞等。
- 方法：
- 使用可点击的炔烃标记化合物Clip-1（Liproxstatin-1类似物）通过荧光显微技术定位其在细胞内的分布，发现其特异性富集于溶酶体（共定位溶酶体标记物LAMP1）。
- 核磁共振（NMR）和循环伏安法证实Liproxstatin-1通过氮原子与铁（III）配位，在酸性条件下可逆性结合铁，抑制其氧化活性。
- 通过铁探针（RPE、HMRhonox-M）和脂质过氧化探针（Liperfluo、BODIPY-C11）动态监测溶酶体铁（II）活性和脂质氧化水平。

1. 溶酶体铁激活剂的开发与验证

   • 设计策略：合成双功能小分子Fentomycin-1（Fento-1），由膜定位的天然产物Marmycin和铁（II）激活配体Chen-White组成，通过内吞作用靶向溶酶体。
     
   • 实验验证：
     
     • 体外脂质体模型显示，Fento-1在酸性pH和过氧化氢条件下显著促进磷脂氧化。
       
     • 质谱脂质组学（LC-MS）证实Fento-1诱导多种氧化磷脂（如PCOX 36:2）积累，且优先作用于溶酶体膜。
       
     • 蛋白质组学分析发现，亚致死剂量Fento-1处理导致CD44和铁储存蛋白下调，同时上调铁死亡抑制因子（GPX4、FSP1）和溶酶体相关蛋白（LAMPs）。
       

2. 体内抗肿瘤效果评估

   • 模型：4T1乳腺癌淋巴结转移小鼠模型、人源PDAC类器官。
     
   • 结果：
     
     • ICP-MS显示CD44高表达（CD44high）癌细胞铁含量显著高于CD44low群体。
       
     • 淋巴结内注射Fento-1显著抑制肿瘤生长（p=1.7×10^-6），并减少CD44high细胞比例（p=8.7×10^-5）。
       
     • 联合标准化疗药物（如阿霉素）可协同清除耐药性DTP细胞。
       

主要结果与逻辑关联
1. 溶酶体是铁死亡的起始位点：RSL3（铁死亡诱导剂）处理1小时后，脂质过氧化首先出现于溶酶体，4小时后扩散至内质网，表明氧化反应从溶酶体向外传播。
2. Fento-1的机制特异性：其细胞毒性可被铁螯合剂（deferiprone）、自由基捕获剂（α-生育酚）拮抗，但不受凋亡/坏死性凋亡抑制剂影响，证实其通过铁死亡途径发挥作用。
3. 细胞状态转换：亚致死剂量Fento-1促使癌细胞从间充质表型（耐药性）向上皮表型（化疗敏感性）转变，伴随SOX4/SOX13转录因子上调。

结论与价值
1. 科学意义：首次明确溶酶体铁通过催化脂质过氧化触发铁死亡，为细胞死亡机制提供了新视角。
2. 应用价值：Fento-1通过靶向CD44high铁成瘾性癌细胞，为克服肿瘤耐药性提供了新策略，尤其在胰腺癌和肉瘤等难治性癌症中潜力显著。

研究亮点
1. 方法创新：开发了首例溶酶体铁激活剂Fento-1，结合化学探针（Clip-1）和多组学分析（脂质组、蛋白质组）解析铁死亡时空动态。
2. 临床转化性：在原发性肿瘤样本和小鼠模型中验证了靶向溶酶体铁的可行性，为后续药物开发奠定基础。

其他发现
- 溶酶体铁调控细胞状态转换的发现可拓展至发育、免疫等领域。
- 研究揭示了铁死亡与表观遗传重塑的交叉调控，为联合疗法设计提供新靶点。

（注：全文术语首次出现均标注英文，如“铁死亡（ferroptosis）”“溶酶体（lysosome）”）