《Nature | 7-脱氢胆固醇是铁死亡的内源性抑制因子》

  • 来源专题:战略生物资源
  • 编译者: 李康音
  • 发布时间:2024-02-03
  • 2024年1月31日,维尔茨堡大学等机构的研究人员在Nature期刊上发表了一篇题为7-Dehydrocholesterol is an endogenous suppressor of ferroptosis的文章。

    铁死亡是细胞死亡的一种形式,不仅作为根除特定肿瘤实体的一种手段而受到广泛关注,还因为它为肿瘤利用代谢适应来抵消磷脂氧化提供了不可预见的见解。

    该研究确定了 7-脱氢胆固醇还原酶 (DHCR7) 的铁蛋白活性及其底物 7-脱氢胆固醇 (7-DHC) 的意外存活功能。尽管先前的研究表明,高浓度的 7-DHC 通过促进脂质过氧化对发育中的神经元具有细胞毒性,但研究人员现在表明,7-DHC 积累在癌细胞中具有强大的促存功能。由于其对过氧自由基的反应性要好得多,7-DHC可有效保护(磷酸化)脂质免受自氧化和随后的碎裂。

    研究人员在神经母细胞瘤和伯基特淋巴瘤异种移植物中进行了验证,证明 7-DHC 的积累能够诱导这些肿瘤向铁死亡抵抗状态的转变,最终导致更具侵袭性的表型。总而言之,该研究结果提供了令人信服的证据,证明7-DHC的抗铁蛋白活性尚未被识别为一种细胞内在机制,可以被癌细胞利用来逃避铁死亡。

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    • 2024年1月31日,同济大学王平团队在Nature在线发表题为7-Dehydrocholesterol dictates ferroptosis sensitivity的研究论文。 铁死亡是一种独特的受调控的细胞死亡方式,由于其在各种病理生理条件(包括癌症、神经退行性疾病和器官IRI)中的关键作用而受到广泛关注。铁死亡的一个重要标志是铁依赖性磷脂过氧化,这有助于膜损伤。细胞具有内在的防御系统来保护自己免受磷脂过氧化。半胱氨酸/半胱氨酸-谷胱甘肽-谷胱甘肽过氧化物酶4 (GPX4)轴是抑制铁死亡的主要途径,其作用是将过氧化氢磷脂解毒为磷脂醇。可选的保护机制包括自由基捕获抗氧化活性介导的机制,如铁死亡抑制蛋白1 (FSP1) -辅酶Q10 (CoQ10,也称为泛素-10),二氢羟酸脱氢酶(DHODH) -辅酶Q10和GTP环水解酶1 (GCH1) -四氢生物蝶呤(BH4)轴;(2) MBOAT1/2介导的细胞磷脂重塑。 7-DHC是远端胆固醇生物合成途径的代谢中间体,通过DHCR7转化为胆固醇。作为一种不饱和甾醇,7-DHC在其B环上含有5,7-二烯,可以作为脂肪酸过氧自由基的有效H原子供体。然而,除了7-DHC衍生的氧甾醇对神经元和视网膜细胞造成的细胞毒性外,7-DHC的生物学作用尚不清楚,尽管DHCR7突变是Smith-Lemli-Opitz综合征的标志,并在Burkitt淋巴瘤患者中被发现。 该研究利用全基因组CRISPR-Cas9筛选,发现参与远端胆固醇生物合成的酶通过决定7-脱氢胆固醇(7-DHC)的水平在调节铁死亡中具有关键但相反的作用。7-脱氢胆固醇是远端胆固醇生物合成的中间代谢物,由甾醇C5 -去饱和酶(SC5D)合成,并由7-DHC还原酶(DHCR7)代谢,用于胆固醇合成。研究人员发现,MSMO1、CYP51A1、EBP和SC5D等通路组分是铁死亡的潜在抑制因子,而DHCR7则是一个促铁死亡基因。 在机制上,7-DHC通过使用共轭二烯发挥其抗磷脂自氧化功能,并保护血浆和线粒体膜免受磷脂自氧化,从而指示铁死亡监测。重要的是,通过药物靶向EBP阻断内源性7-DHC的生物合成可诱导铁死亡并抑制肿瘤生长,而通过抑制DHCR7增加7-DHC水平可有效促进癌症转移并减轻肾脏IRI的进展,支持该轴在体内的关键功能。综上所述,该研究揭示了7-DHC作为一种天然的抗铁毒性代谢物的作用,并表明药理学操纵7-DHC水平是一种很有前景的治疗癌症和IRI的策略。
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    • 来源专题:战略生物资源
    • 编译者:李康音
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    • 2024年3月18日,清华大学生命科学学院王一国团队与南方医科大学南方医院张惠杰团队在Cell杂志在线发表了题为 A gut-derived hormone regulates cholesterol metabolism的研究论文。 为了确定参与介导肠道胆固醇吸收和肝脏胆固醇合成的调节因子,研究者对禁食过夜后喂食普通饮食(Regular Diet,RD)或含有高胆固醇西方饮食(Western Diet,WD)1小时的小鼠血浆蛋白进行富集和银染分析,发现喂食WD后在23kDa左右有明显增强条带。借助质谱技术确定该蛋白为未表征基因3110082I17Rik编码的蛋白,是人源C7orf50的同源蛋白。基于其对肝脏胆固醇合成的抑制作用,研究者将其命名为Cholesin(肠抑脂素)。通过分析Cholesin的组织分布,发现Cholesin在肠道中高表达,结合肠道是胆固醇吸收的主要器官,研究者推测Cholesin可能由肠道分泌,因此构建了肠道特异性敲除Cholesin的小鼠作为进一步研究的工具。后续结果表明肠道特异性敲除Cholesin的小鼠相比于野生型小鼠基本不再响应进食或胆固醇刺激下的Cholesin分泌,说明 Cholesin是一种响应胆固醇刺激的肠道激素。此外,研究者发现Cholesin主要在吸收性肠细胞表达,其分泌依赖于NPC1L1介导的胆固醇吸收。 为了探究Cholesin的功能,研究者通过分析GWAS数据找到了Cholesin中与人体血浆总胆固醇水平显著相关的SNP rs1007765。进一步对收集所得的600例人类临床样本进行检测,研究者发现血浆Cholesin水平与血浆总胆固醇水平和LDL-C水平呈较强负相关性,而携带rs1007765次要等位基因的人群血浆Cholesin水平显著上升,但血浆总胆固醇水平和LDL-C水平降低,验证了此前的GWAS分析结果。机制上,rs1007765定位于增强子区域,促进Cholesin的表达。 同时研究者利用肠道特异敲除Cholesin的小鼠探究了肠道分泌Cholesin在胆固醇稳态中的作用机制。肠道特异敲除Cholesin的小鼠在喂食普通饮食或西方饮食的雄性和雌性小鼠中,血浆总胆固醇水平都高于对照组小鼠,血浆脂蛋白各组分的胆固醇含量均有升高,该表型产生的原因是肝脏胆固醇合成和VLDL的分泌增加,说明Cholesin本身的作用是抑制肝脏胆固醇合成。研究者利用全基因组CRISPR/Cas9筛选鉴定了Cholesin的受体是GPR146。GPR146是A类GPCR孤儿受体。武汉大学王琰教授实验室与哈弗医学院Chad A. Cowan教授实验室前期研究发现肝脏GPR146是调节胆固醇代谢的关键受体,人群中GPR146的基因突变导致高胆固醇血症。本研究中作者进一步发现Cholesin能够通过与GPR146结合抑制PKA信号,从而抑制肝脏中由SREBP2介导的胆固醇合成。 研究者发现外源注射Cholesin能抑制小鼠肝脏胆固醇的合成,对Ldlr基因敲除构建的高胆固醇血症与动脉粥样硬化的小鼠模型,外源注射Cholesin能降低小鼠血浆中的总胆固醇水平,并且对于动脉粥样硬化也有较好的治疗作用,而联合瑞舒伐他汀效果更佳。 综上,该研究首次发现了肠道激素Cholesin(肠抑脂素),证明了Cholesin-GPR146 轴介导肠道胆固醇吸收对肝脏胆固醇合成的抑制作用,阐明了Cholesin在调控胆固醇稳态中的重要作用,为动脉粥样硬化等胆固醇代谢异常疾病提供了潜在靶点。