铁死亡中脂质过氧化物的组成及其导致细胞死亡机制的研究

Ferroptosis is a newly discovered non-apoptotic programmed cell death. Pathological or drug-induced redox homeostasis disruption would lead to iron dependent accumulation of reactive oxygen species (ROS) or lipid peroxides (LPO) and then cause ferroptosis. However, ferroptosis-specific LPO and related death signaling pathways are still unclear. Our preliminary study found that fatty acids could promote erastin-induced ferroptosis and was positively correlated with their degree of unsaturation. Polyunsaturated fatty acids helped erastin, but not other traditional ROS inducers, to generate high levels of ROS. RIPK1 was significantly phosphorylated and RIPK1 inhibitor necrostatin-1 could suppress ferroptosis. Our data suggest that a unique LPO pattern and RIPK1-dependent death signaling exist in ferroptosis. This study will perform metabolomics analysis to identify ferroptosis-specific LPO and focus on LPO-caused RIPK1 activation and downstream signaling in ferroptosis.

铁死亡是近年来新发现的一种非凋亡的程序性细胞死亡方式。病理性或小分子药物诱导的铁离子依赖性过氧化物（ROS）与过氧化脂质（LPO）积累是铁死亡发生的主要原因。 区别于其他死亡方式，铁死亡有怎样独特的LPO组成，这些LPO又通过何种信号通路导致铁死亡还很不清楚。本课题组前期发现，更高不饱和度的多不饱和脂肪酸（PUFA）能够更显著促进erastin诱导ROS的铁死亡，然而与其他传统的ROS诱导剂却没有此协同作用。在铁死亡过程中，RIPK1出现显著磷酸化，而RIPK1抑制剂Necrostatn-1能够显著抑制铁死亡。这些结果说明，在铁死亡中确实存在着独特的的LPO组成与生成模式，并且存在着依赖于RIPK1的死亡信号。本课题试图首先从代谢组学角度探讨铁死亡中独特的LPO模式，并尝试鉴定几个全新的代谢产物。之后以LPO活化RIPK1的机制为切入点，揭示铁死亡中存在的信号通路。

铁死亡是近来发现的一种依赖于铁离子介导的脂质过氧化的全新的细胞死亡方式。尽管目前对活性氧（ROS）与脂质过氧化物（LPO）的产生机制有了初步研究，但是对于何种ROS或LPO如何导致铁死亡这一特殊死亡方式及其下游信号转导，研究的还很不够。前期研究显示二十二碳六烯酸（DHA）和5-脂氧化酶（ALOX5）能够显著促进细胞发生铁死亡，其中RIPK1发生磷酸化。因此本项目主要研究DHA参与的铁死亡过程中LPO的来源与种类、鉴别关键LOX在铁死亡中的作用并初步鉴定介导铁死亡的相关信号通路。.本研究在小鼠移植瘤模型中确证了DHA通过促进脂质过氧化介导细胞死亡的表型。在体外初步探明了DHA促进的铁死亡过程中数个特异性脂质过氧化物，包括MDA及其修饰的蛋白质、4-HNE及其修饰的蛋白质和多种氧化磷脂。借助该模型，还发现了一种具有抗炎抗肿瘤作用的不饱和多取代五元环化合物。机制方面，研究发现在ALOX5阳性细胞中，胞内脂质过氧化存在LOX依赖性和非依赖性途径， 其中ALOX5介导脂质过氧化的活性依赖于ALOX5-FLAP-CLP复合物；而在ALOX5阴性细胞中，脂质过氧化主要依赖LOX非依赖途径。在DHA参与的铁死亡过程中，RIPK1- SQSTM1/p62-GSDMD是一重要致死信号通路。其中RIPK1 166位丝氨酸首先磷酸化，其与和SQSTM1/p62的物理结合促进后者269位苏氨酸和272位丝氨酸磷酸化。RIPK1- SQSTM1/p62复合体进一步活化Caspase 5介导的GSDMD切割最终导致细胞死亡。相反，RIPK1抑制剂和Caspase 5抑制剂可以显著抑制DHA介导的细胞铁死亡。.综上，本研究探讨了DHA及其氧化产物介导细胞死亡的机制，并提出了一个全新信号通路，为理解ω3 PUFA调控肿瘤及慢性炎症做了一定的理论补充，也对将来其关键代谢产物的临床应用有一定的指导意义。