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【中国好声音】徐瑞华团队发现奥沙利铂耐药新机制：磷酸化NFS1抑制细胞广泛死亡（PANoptosis）

2022年03月05日

编译：肿瘤资讯

来源：肿瘤资讯

根据国家癌症中心数据，第三代铂类抗肿瘤药物在中国上市前的十年，中国结直肠癌(CRC)患者五年生存率提升了约10%。然而，作为国际公认的窄治疗指数药物（NTIDs），三代铂类药物奥沙利铂（oxaliplatin）在安全性和耐药方面一直备受瞩目。

2022年2月28日，中山大学肿瘤防治中心徐瑞华教授团队于国际顶尖期刊Signal Transduction and Targeted Therapy发表了在结直肠癌患者中奥沙利铂耐药机制最新进展——铁硫簇合成酶半胱氨酸脱硫酶（NFS1）通过磷酸化抑制细胞广泛死亡从而产生耐药。这一研究为铂类药物耐药机制铺就一条崭新道路，【肿瘤资讯】带您深入浅出，一同欣赏！

背景

化疗仍然是不可切除结直肠癌(CRC)患者的主要非手术肿瘤控制方法之一。然而，相关的副作用和化疗敏感性是治疗失败的主要因素。因此，迫切需要开发增强化疗敏感性的有效策略，以改善CRC患者的生存期和预后。

Fe—S簇生物合成缺陷可引起代谢性疾病，甚至影响人类肿瘤的肿瘤发生和发展。在癌细胞快速生长期间，Fe–S簇更新增加了Fe–S簇生物合成以补充Fe–S簇储存，特别是在外界刺激下，如氧化还原应激。然而，铁硫（Iron-sulfur, Fe-S）簇合成酶半胱氨酸脱硫酶（Cysteine desulfurase, NFS1）在结直肠癌(CRC)中的影响和调节仍不明确。体外和体内结果表明，与奥沙利铂协同作用的NFS1缺陷通过增加细胞内活性氧(ROS)水平触发PANoptosi，而PANoptosis可以引起细胞广泛死亡（PANoptosis），包括细胞凋亡、细胞坏死性凋亡、细胞焦亡和铁死亡。

同时，代谢重编程（也称代谢重塑）是恶性肿瘤细胞的一个至关重要的标志。肿瘤发展出对代谢活动重编程的固定依赖性，可用于肿瘤的诊断、监测和治疗。代谢酶在代谢重编程中具有不可或缺的作用，其异常表达或活性一直与化疗敏感性相关。因此，靶向代谢酶疗法仍然是炙手可热的肿瘤治疗方案之一。为了确定在CRC中协同化疗的细胞内在代谢酶，研究者在小鼠模型的对照组及奥沙利铂化疗组可移植性肿瘤中进行基于代谢酶基因的CRISPR-Cas9筛选（n=6）（图1. 基于代谢酶基因的CRISPR-Cas9筛选流程）。

图1. 基于代谢酶基因的CRISPR-Cas9筛选流程

1. 研究假设：NFS1缺陷与奥沙利铂具有协同抗肿瘤作用

经过LDH分析、MTS分析等，结果显示NFS1缺陷可增强CRC细胞对奥沙利铂的敏感性（图2.对照组及奥沙利铂-治疗组CRISPR-Cas9筛选结果对比）。基于此结果，研究者提出假设：NFS1缺陷与奥沙利铂化疗协同诱导PANoptosis。

图2. 对照组及奥沙利铂-治疗组CRISPR-Cas9筛选结果对比

2. PANoptosis“现身说法”——NFS1缺陷如何增强奥沙利铂抗肿瘤作用，与化疗协同抗肿瘤？

研究者进一步发现，在奥沙利铂化疗基础上敲除NFS1可显著增加死亡细胞的数量，死亡细胞包括细胞凋亡/细胞坏死的YP1阳性细胞、细胞坏死/细胞焦亡/细胞凋亡的PI阳性细胞，从而证实了NFS1缺陷联合奥沙利铂有助于PANoptosis的激活。

在分子水平，研究者发现在NFS1敲除后，用奥沙利铂处理的执行体caspase-3和caspase-7 CRC细胞的裂解形式显著增加，同时注意到磷酸化RIPK1和裂解RIPK1的水平增加，作为上游分子，RIPK1可诱导MLKL磷酸化，并参与细胞凋亡和细胞坏死过程。除此之外，奥沙利铂-治疗组亦可观察到细胞焦亡和铁死亡。

结果显示，NFS1缺陷协同奥沙利铂诱导CRC细胞发生PANoptosis，包括细胞凋亡、坏死性凋亡、细胞焦亡和铁死亡；不仅如此，研究者还发现具体机制为NFS1缺陷与铂类药物化疗联合使用可协同诱导ROS，从而引起PANoptosis。

图3. 对照组及奥沙利铂-治疗组CRC细胞PANoptosis对比

3. S293位点至关重要——NFS1通过磷酸化阻止PANoptosis激活

研究者推测NFS1可能是含铂化疗敏感性相关的广泛靶点，随后探索了奥沙利铂对NFS1的调节作用，发现NFS1的mRNA和蛋白水平不受奥沙利铂治疗的影响。

先前研究表明，人类T195、S334和T336位点的磷酸化水平会影响NFS1的半胱氨酸脱硫酶活性。为探究在奥沙利铂处理下，人体NFS1中S293位点的磷酸化水平是否起关键作用，研究者将丝氨酸磷酸化残基突变为丙氨酸(S293A)或天冬氨酸(S293D)生成重组NFS1（rNFS1）。结果显示，NFS1 S293A的过表达阻断了奥沙利铂增强的NFS1磷酸化水平，表明NFS1在S293位点的磷酸化水平可能在半胱氨酸脱硫酶活性中起着至关重要的作用。为了验证这一观点，研究者处理经奥沙利铂处理的NFS1敲除细胞使其重新表达。

数据显示，NFS1依赖改变S293位点磷酸化水平阻止奥沙利铂协同的PANoptosis的激活。

4. 转录调控迷雾渐开——NFS1受MYC调控作用

NFS1在CRC中的转录调控机制尚不清楚。通过试验结果及分析可知，NFS1的表达与MYC通路呈正相关，MYC直接调节NFS1的转录，并且NFS1启动子上的特异性结合区域可能位于Mut1（-485至-454）。

5. NFS1临床意义——CRC患者可靠预后指标

来自TCGA数据库的数据表明，NFS1在包括结肠腺癌(COAD)在内的多种人类肿瘤中过表达，本试验的队列研究表明，NFS1 mRNA在CRC和食管鳞状细胞癌(ESCC)肿瘤组织中的表达高于匹配的正常组织。33个TCGA数据库显示NFS1表达与GSS、GCLC、GCLM、GPX2、TXNRD3、CAT表达呈正相关（图4.NFS1针对CRC患者的临床意义分析）。这些结果表明，NFS1表达可能是预测CRC患者对含奥沙利铂化疗敏感性的可靠指标，即NFS1在CRC中高表达，可能提示预后不良。

图4.NFS1针对CRC患者的临床意义分析

总结

本研究利用CRISPR-Cas9代谢酶基因敲除文库体内筛选影响结直肠癌细胞奥沙利铂化疗敏感性的代谢酶基因，结果证明奥沙利铂耐药存在NFS1潜在机制，由此可以认为NFS1抑制是改善含铂化疗CRC患者结局的颇有前景的治疗策略之一。

参考文献

Lin, JF., Hu, PS., Wang, YY. et al. Phosphorylated NFS1 weakens oxaliplatin-based chemosensitivity of colorectal cancer by preventing PANoptosis. Sig Transduct Target Ther 7, 54 (2022). https://doi.org/10.1038/s41392-022-00889-0

责任编辑：肿瘤资讯-Bree
排版编辑：肿瘤资讯-Bree