文章標(biāo)題：Ferroptosis heterogeneity in triple-negative breast cancer reveals an innovative immunotherapy combination strategy
發(fā)表期刊：Cell Metabolism
影響因子：31.373
作者單位：復(fù)旦大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院
發(fā)表時(shí)間：2022年10月
百趣生物提供服務(wù)：非靶代謝組+脂質(zhì)組檢測(cè)分析

項(xiàng)目背景介紹
三陰性乳腺癌(Triple-negative breast cancer ,TNBC)是臨床上一種異質(zhì)性疾病，約占確診乳腺癌的15%。因異質(zhì)性高、預(yù)后差、復(fù)發(fā)轉(zhuǎn)移風(fēng)險(xiǎn)高等特點(diǎn)，成為乳腺癌研究中亟需攻克的頑固“堡壘”。2019年邵志敏/江一舟團(tuán)隊(duì)根據(jù)分子特征、代謝重編程和腫瘤微環(huán)境方面的異質(zhì)性提出三陰乳腺癌的“復(fù)旦分型”，隨后又針對(duì)不同亞型進(jìn)行了系列精準(zhǔn)治療臨床試驗(yàn)。與傳統(tǒng)化療相比，新的療法治療效果水平呈上升趨勢(shì)，但是低于預(yù)期。

鐵死亡（Ferroptosis）是一種非凋亡性和鐵依賴性細(xì)胞死亡方式，近年來在腫瘤研究領(lǐng)域表現(xiàn)活躍。在Fe2+或酯氧合酶的作用下，含多不飽和脂肪酸鏈的磷脂(PE-PUFAs)發(fā)生脂質(zhì)過氧化，誘導(dǎo)細(xì)胞鐵死亡，這一過程受多種代謝途徑的調(diào)控，然而TNBC鐵死亡的特性仍未揭示。因此TNBC“復(fù)旦分型”仍需進(jìn)一步的研究，探尋新的治療靶點(diǎn)，以發(fā)現(xiàn)TNBC新的治療突破口。

技術(shù)路線

研究結(jié)果
1.TNBC“復(fù)旦分型”各亞型鐵死亡具有異質(zhì)性
本研究通過對(duì)TNBC轉(zhuǎn)錄組、非靶代謝組及脂質(zhì)組數(shù)據(jù)集分析和驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)證實(shí)“復(fù)旦分型”中各亞型鐵死亡存在異質(zhì)性。代謝組學(xué)分享，間質(zhì)樣亞型（Mesenchymal-like, MES）呈現(xiàn)HAMP（鐵穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)因子，圖1C）低表達(dá)和鐵代謝的失調(diào)(圖1E)；腔面雄激素受體亞型（luminal androgen receptor, LAR）與鐵死亡相關(guān)的代謝途徑被激活（圖1A），鐵死亡相關(guān)基因、蛋白及代謝物出現(xiàn)高度活躍(圖1B-F)；與LAR亞型相比，免疫調(diào)節(jié)亞型（immunomodulatory, IM)和基底樣免疫抑制亞型(basal-like and immune-suppressed, BLIS)鐵死亡相關(guān)通路變化水平較低，未出現(xiàn)顯著鐵死亡相關(guān)特性（圖1A）。這一結(jié)果表明LAR亞型是TNBC中鐵死亡敏感性最高的亞型。
 

圖1. TNBC各亞型中鐵死亡相關(guān)特征的異質(zhì)性

2.谷胱甘肽（GSH）代謝中的GPX4是調(diào)控LAR亞型腫瘤鐵死亡的關(guān)鍵靶點(diǎn)

代謝組通路富集分析顯示，LAR亞型腫瘤GSH代謝顯著上調(diào)，GPX4在LAR亞型腫瘤中表達(dá)量高且對(duì)鐵死亡高度敏感（圖1F、圖2）。代謝組學(xué)分享，基于以上發(fā)現(xiàn)進(jìn)行細(xì)胞和類器官的藥敏實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步探索了針對(duì)LAR亞型腫瘤鐵死亡的最佳治療策略，結(jié)果表明GPX4抑制劑RSL3對(duì)LAR亞型抑制效果更加明顯（圖3）。
 

圖2. GSH代謝是抑制LAR亞型腫瘤鐵死亡的關(guān)鍵
 

圖3. 不同敏感性的鐵死亡誘導(dǎo)劑突顯了GPX4在LAR亞型腫瘤中的重要性

3. 雄激素受體（AR）與GPX4啟動(dòng)子結(jié)合，雙向調(diào)控LAR亞型腫瘤鐵死亡
為了探索LAR亞型腫瘤中GPX4表達(dá)增加的機(jī)制，作者首先對(duì)多組學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)果顯示AR信號(hào)通路密切相關(guān)的FA代謝、雄激素反應(yīng)等通路與GPX4的表達(dá)呈現(xiàn)正相關(guān)（圖4A）。免疫印跡和qPCR的結(jié)果表明，AR對(duì)LAR亞型腫瘤中的GPX4起到調(diào)控作用（圖4B）。代謝組學(xué)分享，進(jìn)一步的熒光素酶報(bào)告基因及ChIP-qPCR發(fā)現(xiàn)AR與GPX4-2500～-2000bp啟動(dòng)子區(qū)的AR結(jié)合位點(diǎn)（AR binding sites, ABSs）結(jié)合并驅(qū)動(dòng)GPX4的表達(dá)，從而調(diào)控LAR亞型中的GPX4高表達(dá)（圖4C）。
 

圖4. AR是LAR亞型腫瘤中GPX4表達(dá)的關(guān)鍵調(diào)控因子

基于AR對(duì)GPX4的調(diào)控作用，作者對(duì)AR抑制劑是否與GPX4抑制劑一樣，可以作為促進(jìn)LAR亞型腫瘤鐵死亡的潛在抑制因子這一問題進(jìn)行探究。代謝組學(xué)分享，通過免疫印跡、脂質(zhì)過氧化檢測(cè)和BODIPY581/591C11染色對(duì)AR抑制劑和GPX4抑制劑誘導(dǎo)的LAR亞型腫瘤細(xì)胞系鐵死亡進(jìn)行對(duì)比，AR抑制劑并未明顯提高腫瘤細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)過氧化水平（圖5A-C），究其原因是AR在細(xì)胞中的調(diào)控作用是雙向的，AR既可以促進(jìn)鐵死亡相關(guān)多不飽和脂肪酸的生物合成，又可以上調(diào)GPX4的表達(dá)，減少引起鐵死亡的脂質(zhì)過氧化（圖5D-E）。相較于抑制AR，GPX4抑制劑誘導(dǎo)LAR腫瘤鐵死亡的效果更佳。
 

圖5. AR具有雙重作用來調(diào)節(jié)鐵死亡

4.GPX4抑制劑抑制腫瘤生長(zhǎng)、對(duì)腫瘤微環(huán)境進(jìn)行重編
基于以上的體外研究，確定了LAR亞型的鐵死亡敏感性和GPX4抑制劑具有誘導(dǎo)鐵死亡作用。代謝組學(xué)分享，作者通過建立LAR亞型乳腺癌小鼠模型進(jìn)行體內(nèi)實(shí)驗(yàn)（圖6A-B），發(fā)現(xiàn)無論是沉默Gpx4基因還是使用GPX4抑制劑都可以顯著誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞的鐵死亡，抑制腫瘤生長(zhǎng)，增加CD8+、CD4+等不同亞群T細(xì)胞數(shù)量，觸發(fā)腫瘤微環(huán)境獲得炎癥表型，使LAR亞型腫瘤微環(huán)境由“冷”轉(zhuǎn)“熱”（圖6 C-F）。
 

圖6. GPX4抑制劑在體內(nèi)抑制腫瘤生長(zhǎng)并重新編程腫瘤微環(huán)境

5. GPX4抑制劑聯(lián)合ICB療法為L(zhǎng)AR亞型腫瘤治療帶來新方向
為了測(cè)試GPX4抑制劑和免疫檢查點(diǎn)阻斷（immune checkpoint blockade，ICB）治療是否起到協(xié)同作用，通過TS/A小鼠乳腺癌細(xì)胞系來建立TS/A異種移植瘤進(jìn)行體內(nèi)實(shí)驗(yàn)（圖7A），結(jié)果顯示與單一治療相比，GPX4抑制劑和PD-1抗體聯(lián)合治療顯著抑制腫瘤生長(zhǎng)，雖然未引起免疫細(xì)胞浸潤(rùn)，但PRF1+CD8+T細(xì)胞和GZMB+CD8+T細(xì)胞的比例顯著增加，出現(xiàn)明顯免疫反應(yīng)（圖7）。代謝組學(xué)分享，以上結(jié)果表明GPX4抑制劑與ICB聯(lián)合療法治療LAR亞型腫瘤是一種理想的治療策略，臨床免疫治療及小鼠細(xì)胞系免疫治療隊(duì)列研究也證實(shí)這一結(jié)果。
 

圖7. GPX4抑制劑與ICB聯(lián)用療法對(duì)LAR亞型腫瘤有顯著治療效果

結(jié)論
本研究通過多組學(xué)數(shù)據(jù)集分析和體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證系統(tǒng)地揭示了TNBC“復(fù)旦分型”各亞型具有鐵死亡異質(zhì)性，其中LAR亞型腫瘤細(xì)胞ROS積累，F(xiàn)A代謝富集，脂氧合酶過度表達(dá)，并操縱GSH代謝防止鐵死亡的發(fā)生。代謝組學(xué)分享，且LAR亞型腫瘤對(duì)鐵死亡抑制劑、尤其是GPX4抑制劑敏感，是鐵死亡治療最為敏感的亞型�；�于這些特征，靶向鐵死亡抑制劑與免疫檢查點(diǎn)阻斷相結(jié)合的療法，為L(zhǎng)AR亞型腫瘤提供了精準(zhǔn)治療新方向，為三陰性乳腺癌患者帶來新希望。