铁死亡（Ferroptosis）是一种铁依赖的磷脂过氧化驱动的新型细胞死亡形式。越来越多的证据表明，铁死亡在包括癌症、缺血性器官损伤和退行性疾病等多种病理条件中发挥着重要作用。铁死亡诱导作为一种潜在的癌症治疗方法，无论是作为单一药物疗法还是与其他靶向药物（包括PI3K/mTOR通路抑制剂和免疫检查点阻断剂）联合应用，都显示出非常有前景的应用价值。因此，探讨铁死亡的分子机制对于基础生物学和疾病治疗都具有重要意义。
磷脂过氧化会在细胞正常代谢和应激反应中自发产生，因此生理条件下，细胞需要监测机制（surveillance mechanisms）来抵抗由磷脂过氧化引发的非预期性铁死亡。目前铁死亡监测主要有两种已知的调控机制：1）通过谷胱甘肽过氧化物酶4（GPX4）介导磷脂过氧化物（PL-OOH）还原为相应磷脂醇（PL-OH）；2）通过FSP1、DHODH、NOS2和GCH1等酶产生具有俘获自由基能力的抗氧化细胞代谢产物（radica-trapping antioxidant，RTA，比如CoQ10, NO, BH4），从而终止磷脂过氧化以阻断铁死亡。研究发现，这些监控机制在多种肿瘤细胞中呈现活跃状态，癌细胞可能利用这些机制来逃避铁死亡。如何通过抑制这些监测机制来实现诱导铁死亡，是目前肿瘤治疗领域的研究热点。发现独立于GPX4和RTA意外的铁死亡监测机制，对于开发针对诱导肿瘤铁死亡的联合治疗策略具有重要的指导意义。
2023年6月1日，来自纪念斯隆-凯特琳癌症中心的姜学军团队在Cell发表题为Ferroptosis surveillance independent of GPX4 and differentially regulated by sex hormones的文章，揭示了一种受性激素调控但不依赖于GPX4的铁死亡新监测机制。
为了鉴定新的铁死亡抑制基因，作者使用GPX4抑制剂RSL3和Cystine starvation作为铁死亡诱导剂，对人成纤维肉瘤细胞HT1080中进行了全基因组CRISPR的激活筛选，结果显示多个基因的sgRNA在铁死亡诱导条件下的存活细胞中显著性富集。在富集最高的7个基因中，有5个已知的铁死亡抑制基因：SLC7A11，NFE2L2/NRF2，FSP1，GCH1和NOS2；另外两个是未被报道有铁死亡调控功能的脂质修饰酶MBOAT2和PLA2G2F（图1）。
接下来，作者在体外实验中验证了MBOAT2和PLA2G2F的过表达均能显著性抑制RSL3或者GSH耗竭引发的铁死亡。进一步，作者发现MBOAT2而非PLA2G2F能显著抑制HT1080-GPX4KO细胞的自发性铁死亡。不仅如此，MBOAT2还有效抑制了GPX4/FSP1DKO细胞的自发性铁死亡，并保持了长期的细胞存活。这一结果表明MBOAT2是一种不依赖于GPX4和FSP1的强效铁死亡抑制基因。
作为膜结合O-酰基转移酶（membrane bound O-acyltransferse, MBOAT）家族的成员，MBOAT2具有溶血磷脂酰基转移酶（lyso-PL acyltransferase，LPLAT）活性。已有对于MBOAT2的功能研究很少，文献提示MBOAT2偏好将单不饱和脂肪酸（MUFA）转移至Lyso-PL并生成PL-MUFA。作者通过实验证实MBOAT2可以利用从头合成途径生成的MUFA或者摄取的外源性MUFA来介导抑制铁死亡的功能。敲减MBOAT2可以显著降低MUFA对于铁死亡的抑制功能。通过脂质组学分析，作者发现MBOAT2过表达选择性增加含有单不饱和脂肪酸的磷脂酰乙醇胺（PE-MUFA）的生成，并同时选择性降低含有多不饱和脂肪酸的磷脂酰乙醇胺（PE-PUFA）的生成。这些结果提示，MBOAT2具有MUFA和Lyso-PE（溶血磷酯酰乙醇胺）双重偏好性。于是，作者提出了一个竞争性的PE重塑模型，在该模型中MBOAT2作为偏好MUFA的溶血磷酯酰乙醇胺酰基转移酶（Lyso-PE acyltransferase, LPEAT）与偏好PUFA的LPEAT（比如LPCAT3）竞争Lyso-PE,在MBOAT2具有主导优势的特定细胞中，PE重塑将使细胞处于高PE-MUFA水平但低PE- PUFA水平的状态，从而导致铁死亡的抗性，反之亦然。
进一步，作者发现MBOAT2在前列腺癌（PCa）中呈现特异性上调（TCGA PanCancer Atlas），且人类PCa样本中MBOAT2与AR的mRNA表达呈正相关，通过一系列实验作者证实了MBOAT2是前列腺癌细胞中AR的真正靶点。接着，作者进一步检测了MBOAT2对AR阳性PCa细胞的铁死亡敏感性的影响，发现AR阳性比AR阴性的PCa细胞系更耐受铁死亡，这一调控是通过上调MBOAT2表达来重塑细胞磷脂组分来实现的。进一步，作者发现恩扎鲁胺（ENZ，第二代FDA批准的针对AR的治疗药物）与ARV-110（一种临床阶段的AR降解剂）均能显著性抑制内源MBOAT2表达，并显著增加AR+PCa细胞对RSL3诱导的铁死亡敏感性。尤为重要的是，在LnAR-iCas9-gGPX4（LnAR-igGPX4）的移植瘤动物模型中，多西环素（Dox）饲料（Dox诱导Cas9表达后，可以敲除细胞中的GPX4基因）与ENZ的联合使用完全抑制了肿瘤生长，这表明ENZ与铁死亡诱导的联合治疗是治疗AR+PCa一种潜在方案。
有趣的是，作者发现与MBOAT2类似，这一家族的另一成员MBOAT1亦可通过调控PE- MUFA偏好的PE重塑机制抑制铁死亡。但又与MBOAT2不同的是，MBOAT1更多是在女性癌症中呈现高度表达，如卵巢癌、乳腺癌和子宫内膜癌（TCGA PanCancer Atlas），提示MBOAT1极有可能受雌激素受体（ER）信号的调控。接着，作者证实了MBOAT1在ER阳性乳腺癌中被ER特异性上调，且对ER阳性乳腺癌的铁死亡抵抗有重要贡献。此外，作者惊喜地发现：Fulvestrant（Ful,一种ER抑制剂）耐药的MCF7细胞系（MCF7-FulR+）保留了Ful对ER的降解和对MBOAT1下调的作用，这一现象促使作者思考：ER抑制剂与铁死亡诱导联合治疗是否是一种潜在的治疗ER+乳腺癌耐药的疗法？接下来的MCF7-FulR+异种移植动物模型结果显示，Ful和IKE（一种可用于动物实验的铁死亡诱导剂）的联合应用显著抑制了肿瘤生长，提示ER靶向治疗与铁死亡诱导的联合治疗可能让ER抑制剂耐受的ER阳性乳腺癌患者受益。
综上所述，这一系统性的研究揭示了一种调控铁死亡监测的新分子机制，即性激素信号可以通过MBOAT1/2介导的磷脂重塑抑制癌细胞铁死亡（图2），这是一种不依赖于GPX4和FSP1的预防铁死亡的新监测机制，这一发现对整个铁死亡领域有着重要意义，并且在癌症研究方面具有重要意义，可能为开发新的联合治疗提供重要线索。
纪念斯隆-凯特琳癌症中心的梁德光博士是本文的第一作者，姜学军教授是该研究的通讯作者。此外，该项研究工作得到了哥伦比亚大学Brent R. Stockwell教授和Wei Gu教授等合作者的大力支持。
