CELL DEATH DIS（IF 9.685）｜北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院趙曉航/孫玉琳團(tuán)隊揭示BACH1誘導(dǎo)的鐵死亡在淋巴轉(zhuǎn)移中的關(guān)鍵作用
食管鱗狀細(xì)胞癌(ESCC)是世界范圍內(nèi)致命的惡性腫瘤之一，在早期易通過淋巴途徑轉(zhuǎn)移。淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移(LNM)患者的預(yù)后往往比沒有轉(zhuǎn)移的患者差，轉(zhuǎn)移淋巴結(jié)的數(shù)量和范圍已被證明是重要的預(yù)后因素。然而，目前對癌細(xì)胞特定轉(zhuǎn)移途徑的偏好機(jī)制知之甚少。
2023年，中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院分子腫瘤學(xué)國家重點實驗室趙曉航和孫玉琳團(tuán)隊在Cell Death and Disease（IF 9.685）上發(fā)表了題為“BACH1-induced ferroptosis drives lymphatic metastasis by repressing the biosynthesis of monounsaturated fatty acids”的文章，研究發(fā)現(xiàn)在單不飽和脂肪酸油酸（OA）介導(dǎo)的腫瘤細(xì)胞趨化中，BACH1誘導(dǎo)的鐵死亡通過BACH1-SCD1-OA軸促進(jìn)淋巴轉(zhuǎn)移，闡明了鐵死亡在腫瘤發(fā)生和腫瘤進(jìn)展中是一把雙刃劍，為鐵死亡相關(guān)藥物的臨床應(yīng)用提供了參考。
維真助力：BACH1過表達(dá)以及干擾慢病毒載體
研究思路
本研究基于癌癥基因組圖譜(TCGA )的轉(zhuǎn)錄譜數(shù)據(jù)對已知的鐵死亡相關(guān)基因進(jìn)行了泛癌癥分析。考慮到進(jìn)入淋巴結(jié)的轉(zhuǎn)移細(xì)胞易釋放腫瘤抗原誘導(dǎo)體液免疫反應(yīng)，淋巴轉(zhuǎn)移腫瘤更易在早期產(chǎn)生腫瘤自身抗體，進(jìn)一步篩選了與ESCC早期淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移相關(guān)的鐵死亡相關(guān)基因的血清自身抗體。對比分析發(fā)現(xiàn)，BACH1在有淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的腫瘤中高表達(dá)，其血清自身抗體水平與ESCC淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移呈正相關(guān)。隨后進(jìn)行功能和機(jī)制研究，研究結(jié)果揭示了BACH1誘導(dǎo)的鐵死亡在淋巴轉(zhuǎn)移中的獨特作用。
研究結(jié)果分享
1、ESCC組織中BACH1蛋白水平升高與淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移相關(guān)
泛癌分析表明鐵死亡相關(guān)基因在不同類型腫瘤中的表達(dá)模式不同，進(jìn)一步篩查早期ESCC淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移患者的血清自身抗體，有130和284個IgG自身抗體被鑒定為與ESCC和淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移潛在相關(guān)。對比分析發(fā)現(xiàn)，只有BACH1在優(yōu)先淋巴轉(zhuǎn)移的腫瘤中表現(xiàn)出顯著的過表達(dá)，在大多數(shù)優(yōu)先發(fā)生非淋巴轉(zhuǎn)移的腫瘤中下調(diào)，并且抗BACH1的血清自身抗體水平在淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移患者中顯著升高，以上數(shù)據(jù)表明BACH1是淋巴轉(zhuǎn)移的特異性中介因子。接下來進(jìn)行的BACH1免疫組化染色試驗，證實了ESCC組織中BACH1蛋白水平升高與淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移相關(guān)。
圖1.鐵死亡相關(guān)基因在優(yōu)先發(fā)生淋巴轉(zhuǎn)移或非淋巴/血行轉(zhuǎn)移的腫瘤中的表達(dá)模式
2、BACH1可誘導(dǎo)ESCC細(xì)胞鐵死亡
首先在6個ESCC細(xì)胞系中檢測了BACH1、SLC7A11、GPX4和ACSL4蛋白的表達(dá)以及對鐵死亡誘導(dǎo)劑RSL3的敏感性。結(jié)果顯示，BACH1的表達(dá)與RSL3對ESCC細(xì)胞的IC50值呈顯著負(fù)相關(guān)，而其他蛋白無顯著相關(guān)性。接下來，研究人員利用LV-shBACH1和 LV-BACH1構(gòu)建了穩(wěn)定敲低BACH1的KYSE170和KYSE150細(xì)胞系以及過表達(dá)BACH1的KYSE150細(xì)胞系。與野生型細(xì)胞相比，過表達(dá)BACH1細(xì)胞的IC50值降低，而穩(wěn)定敲低BACH1細(xì)胞的IC50值升高。進(jìn)一步觀察發(fā)現(xiàn)，過表達(dá)BACH1細(xì)胞中脂質(zhì)ROS百分比升高，而敲低BACH1細(xì)胞中脂質(zhì)ROS百分比降低。此外，RSL3的存在使BACH1-OE細(xì)胞變圓呈懸浮狀態(tài)、線粒體減少、膜密度增大、嵴減少，與鐵死亡的形態(tài)變化一致。綜上，這些發(fā)現(xiàn)表明BACH1增加了ESCC細(xì)胞對鐵死亡的敏感性。
圖2. BACH1影響ESCC細(xì)胞對鐵死亡的敏感性
3、BACH1促進(jìn)ESCC的體內(nèi)淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移但抑制其血行轉(zhuǎn)移
研究人員建立了足底植入裸鼠模型，以評估BACH1在無胸腺裸鼠淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移中的體內(nèi)作用。結(jié)果表明，過表達(dá)BACH1增加了轉(zhuǎn)移淋巴結(jié)的大小、重量和陽性百分比，而穩(wěn)定敲低BACH1表達(dá)則產(chǎn)生相反的效果。隨后，通過尾靜脈注射對照組和KYSE150-BACH1-OE細(xì)胞，探討B(tài)ACH1對血行轉(zhuǎn)移的影響，發(fā)現(xiàn)BACH1-OE細(xì)胞的肺轉(zhuǎn)移效率顯著降低。進(jìn)一步研究表明BACH1促進(jìn)淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移但以鐵死亡依賴的方式抑制ESCC的血行轉(zhuǎn)移，而鐵死亡本身在促進(jìn)淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的同時抑制皮下腫瘤的生長。
圖3.在體內(nèi)BACH1促進(jìn)ESCC的淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移但抑制其血行轉(zhuǎn)移
4、BACH1通過抑制單不飽和脂肪酸( MUFA )的生物合成來誘導(dǎo)鐵死亡
為了評估BACH1誘導(dǎo)鐵死亡和淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的機(jī)制，研究人員對對照組和KYSE150-BACH1-OE細(xì)胞進(jìn)行了RNA測序分析?；蚋患治霭l(fā)現(xiàn)除了鐵死亡外，差異表達(dá)基因在脂肪酸代謝相關(guān)途徑中富集。脂質(zhì)學(xué)分析發(fā)現(xiàn)過表達(dá)BACH1細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)組成發(fā)生明顯變化。在BACH1- OE細(xì)胞中OA顯著減少，OA是一種MUFA，通過減少膜中PUFAs的數(shù)量或密度來抑制鐵死亡。因此，BACH1抑制MUFAs的合成，特別是OA，使ESCC細(xì)胞更容易發(fā)生鐵死亡。機(jī)制研究發(fā)現(xiàn)，BACH1通過與SCD1內(nèi)含子區(qū)結(jié)合抑制SCD1轉(zhuǎn)錄水平，進(jìn)而抑制OA合成，誘導(dǎo)鐵死亡。
圖4. BACH1抑制細(xì)胞內(nèi)MUFA合成
小結(jié)
本研究發(fā)現(xiàn)實體腫瘤對鐵死亡敏感性存在天然差異，超敏腫瘤細(xì)胞傾向于優(yōu)先選擇淋巴轉(zhuǎn)移途徑，血清抗BACH1自身抗體是檢測早期淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的有前景的生物標(biāo)志物。在OA介導(dǎo)的腫瘤細(xì)胞趨化運動中，BACH1誘導(dǎo)的鐵死亡通過BACH1-SCD1軸促進(jìn)淋巴轉(zhuǎn)移但抑制血行轉(zhuǎn)移。這些發(fā)現(xiàn)突出了BACH1在轉(zhuǎn)移途徑選擇中的作用，闡明了鐵死亡促進(jìn)腫瘤轉(zhuǎn)移的不利影響，為鐵死亡相關(guān)藥物的臨床應(yīng)用提供了參考。
