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USP13通过激活KRAS信号通路依赖的NFE2L2/SQSTM1-KEAP1轴促进铁死亡向自噬的转换

一、主要作者及研究机构
本研究由来自中南大学湘雅医院、癌症研究所等机构的Ling Chen、Jieling Ning、Li Linghua等共同完成，通讯作者为Bin Zhang（coolzhangbin22@163.com）和Yongguang Tao（taoyong@csu.edu.cn）。研究发表于期刊《Autophagy》2025年第21卷第3期，接受日期为2024年9月25日。

二、学术背景
1. 研究领域：本研究聚焦于肿瘤细胞死亡调控机制，涉及自噬（autophagy）和铁死亡（ferroptosis）两种程序性细胞死亡（RCD）的交互作用。自噬是细胞通过溶酶体降解受损组分以维持稳态的过程，而铁死亡是由铁依赖的脂质过氧化驱动的非凋亡性死亡。近年研究发现两者存在关联，但分子机制尚不明确。
2. 研究动机：KRAS突变常见于肺癌（LUAD），但靶向治疗手段有限。NFE2L2（Nrf2）是氧化应激的关键转录因子，其稳定性受泛素-蛋白酶体系统（UPS）调控。USP13（泛素特异性肽酶13）是去泛素化酶（DUB）家族成员，但其在KRAS突变肺癌中的作用未被阐明。
3. 研究目标：揭示USP13如何通过调控NFE2L2/SQSTM1-KEAP1轴促进铁死亡向自噬的转换，为KRAS突变肺癌提供治疗靶点。

三、研究流程与方法
研究分为以下核心环节：

1. USP13与NFE2L2的互作验证

   • 实验设计：在293T和H1299细胞中过表达85种DUB，筛选出显著上调NFE2L2的USP13。通过免疫共沉淀（Co-IP）和体外去泛素化实验证实USP13直接结合并去泛素化NFE2L2，主要去除K63连接的多聚泛素链（图1j-l）。
     
   • 样本量：58对肺癌组织（39例KRAS突变LUAD、13例KRAS野生型LUAD、6例肺鳞癌），发现76%的USP13过表达与NFE2L2正相关（图1d）。
     

2. USP13调控NFE2L2/SQSTM1-KEAP1轴的机制

   • 方法：构建USP13敲低（sgRNA）或过表达（野生型及催化失活突变体C345A）的A549细胞（KRAS突变），通过环己酰亚胺追踪实验验证USP13延长NFE2L2蛋白半衰期（图2e-h）。
     
   • 关键发现：USP13通过增强SQSTM1（p62）与KEAP1的结合，促进KEAP1的自噬降解，从而释放NFE2L2入核激活下游靶基因（如SLC7A11、NQO1）（图2i-l）。
     

3. KRAS信号通路的依赖性验证

   • 实验：在KRAS突变（A549、H460）和野生型（H1299、HBE）细胞中比较USP13的作用。结果显示，USP13仅在KRAS突变细胞中促进NFE2L2核转位（图3a-k）。
     
   • 创新方法：使用CRISPR-Cas9构建KRAS敲除细胞，证实KRAS激活是USP13-NFE2L2轴的必要条件（图5i-n）。
     

4. 自噬与铁死亡的转换调控

   • 功能实验：USP13敲低导致自噬标志物LC3-II减少、铁死亡标志物4HNE增加（图4e-k）。透射电镜（TEM）显示USP13敲低细胞中自噬溶酶体（ALs）减少、线粒体萎缩（图4f-h）。
     
   • 体内模型：小鼠移植瘤实验证实USP13敲低抑制肿瘤生长，且该效应依赖NFE2L2（图6e-j）。
     

5. 靶向治疗潜力评估

   • 药物干预：使用USP13抑制剂Spautin-1处理小鼠，显著抑制肿瘤并诱导铁死亡（图7a-j）。
     

四、主要结果
1. USP13是NFE2L2的新型去泛素化酶：通过K63去泛素化稳定NFE2L2，促进其核转位（图1）。
2. KRAS突变依赖的调控机制：USP13-NFE2L2轴仅在KRAS突变细胞中激活，且KRASG12S过表达可 rescue 表型（图5m）。
3. 自噬-铁死亡转换：USP13通过NFE2L2上调SLC7A11（抑制铁死亡）和SQSTM1（促进自噬），形成“促生存”信号（图8）。
4. 治疗意义：Spautin-1通过抑制USP13诱导铁死亡，为KRAS突变肺癌提供联合治疗策略（图7）。

五、结论与价值
1. 科学价值：首次阐明USP13在KRAS突变肺癌中通过NFE2L2/SQSTM1-KEAP1轴协调自噬与铁死亡的动态平衡，揭示了肿瘤细胞抵抗氧化应激的新机制。
2. 应用价值：靶向USP13可诱导“自噬-铁死亡”转换，为KRAS突变肺癌的精准治疗提供潜在靶点。

六、研究亮点
1. 发现新靶点：USP13作为NFE2L2的去泛素化酶，填补了KRAS下游调控网络的空白。
2. 机制创新：提出“USP13-NFE2L2双轴模型”，即同时调控SQSTM1（自噬）和SLC7A11（铁死亡）。
3. 转化意义：Spautin-1的体内验证为临床开发奠定基础。

七、其他
研究局限性包括未解析USP13在KRAS野生型肿瘤中的作用，以及Spautin-1的长期毒性需进一步评估。