《Cellular Signalling》：Copper potentiates PUFA-mediated antitumor activity by activating Lipophagy
編輯推薦：
多不飽和脂肪酸（PUFAs）通過誘導細胞凋亡和抑制轉(zhuǎn)移發(fā)揮抗癌作用，而脂滴（LDs）可能通過緩沖PUFAs的脂毒性保護細胞。本研究發(fā)現(xiàn)銅離子可協(xié)同PUFAs增強癌細胞凋亡，機制涉及銅激活ATGL依賴的脂噬途徑促進脂滴降解。這些結(jié)果揭示了銅調(diào)控脂代謝增強PUFA抗癌效應的新機制。
何向陽|楊倩倩|林曉文|陳子遠|任凱軒|楊嬌|安曉琴|(zhì)楊尚珠|楊莉|薛倩|陳曦|袁旺|于貴芳|閆丁|陳欣
廣東省高等學校生物靶向診斷、治療與康復重點實驗室，廣州醫(yī)科大學第五附屬醫(yī)院，中國廣東省廣州市511436
摘要
多不飽和脂肪酸（PUFAs）通過誘導癌細胞死亡和抑制癌癥轉(zhuǎn)移顯示出良好的抗癌特性。作為動態(tài)的細胞器，脂滴（LDs）可以通過隔離多余的脂肪酸來保護細胞免受PUFA引起的脂毒性。然而，調(diào)控PUFA介導的腫瘤細胞毒性中LDs動態(tài)變化的機制仍不甚明了。在本研究中，我們發(fā)現(xiàn)抑制LDs的合成可以增強PUFA誘導的癌細胞死亡，這表明LDs的形成可以抵御PUFA的細胞毒性。進一步研究表明，銅離子主要通過促進凋亡而不是銅死亡（cuproptosis）或鐵死亡（ferroptosis）來增強PUFAs在多種癌細胞系中的抗腫瘤作用。從機制上講，銅離子通過激活ATGL依賴的脂質(zhì)吞噬作用顯著減少細胞內(nèi)LDs的積累。總體而言，這些發(fā)現(xiàn)揭示了一種新的機制，即銅離子通過促進脂質(zhì)吞噬作用來增強PUFA誘導的腫瘤細胞死亡，為通過靶向脂質(zhì)代謝和銅穩(wěn)態(tài)優(yōu)化基于PUFA的癌癥療法提供了有價值的見解。
引言
脂肪酸是一類由碳、氫和氧原子組成的化合物，根據(jù)碳鏈中的雙鍵數(shù)量可分為飽和脂肪酸（SFA）、單不飽和脂肪酸（MUFA）和多不飽和脂肪酸（PUFA）。除了這種基本分類外，不飽和脂肪酸還可以根據(jù)雙鍵的位置進一步分為ω-3（例如二十二碳六烯酸，DHA）、ω-6、ω-7和ω-9亞型。越來越多的證據(jù)表明，攝入ω-3 PUFAs對健康有多種益處，尤其是在降低包括胰腺癌和乳腺癌在內(nèi)的多種惡性腫瘤的風險和進展方面[1]、[2]、[3]。這些抗癌作用被認為是通過多種機制實現(xiàn)的，如抑制血管生成和腫瘤細胞遷移、誘導活性氧（ROS）的產(chǎn)生以及促進腫瘤細胞凋亡和細胞周期停滯[1]、[4]、[5]、[6]、[7]、[8]。此外，PUFAs還可以作為核受體的配體，從而影響轉(zhuǎn)錄調(diào)控和信號轉(zhuǎn)導途徑[9]、[10]。值得注意的是，最近的研究表明，PUFAs還可以通過促進脂質(zhì)過氧化來觸發(fā)鐵死亡（一種依賴鐵的調(diào)節(jié)性細胞死亡），為它們的抗癌潛力提供了新的見解[11]、[12]。脂滴（LDs）是普遍存在于多種細胞類型中的球形細胞器[13]。這些細胞器具有獨特的超微結(jié)構(gòu)，其特征是由中性脂質(zhì)核心（主要由甘油三酯和甾醇酯組成）包裹在磷脂單層中，并裝飾有多種蛋白質(zhì)[14]。作為高度動態(tài)的細胞器，LDs根據(jù)細胞的需求協(xié)調(diào)脂肪酸的攝取、儲存和利用。鑒于LDs可以作為暫時緩沖劑來減輕PUFA引起的脂毒性[15]，抑制LDs的合成或促進LDs的降解可能會增強PUFAs的抗腫瘤作用。LDs的生物發(fā)生由二酰甘油酰基轉(zhuǎn)移酶異構(gòu)體DGAT1和DGAT2催化，它們介導甘油三酯的合成[16]。相反，LDs的降解主要通過兩條途徑發(fā)生：脂解和脂質(zhì)吞噬。脂解涉及細胞質(zhì)脂酶（如脂肪甘油三酯脂酶（ATGL）、含DDHD結(jié)構(gòu)域的蛋白2（DDHD2）和激素敏感脂酶（HSL）[17]、[18]對儲存的甘油三酯的水解。脂質(zhì)吞噬是一種選擇性自噬途徑，需要自噬受體蛋白（如p62/SQSTM1、Spartin/SPG20、ORP8和ATG14）的識別[19]、[20]、[21]、[22]。值得注意的是，最近的研究表明ATGL是脂質(zhì)吞噬的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，其過表達可以增強LDs的自噬降解[23]。然而，精確調(diào)節(jié)脂質(zhì)吞噬的有效策略仍然有限，這突顯了進一步開展機制研究的必要性。
銅是一種必需的微量元素，在許多生理過程中發(fā)揮著不可或缺的作用，包括線粒體呼吸鏈中的電子傳遞、抗氧化酶（如超氧化物歧化酶（SOD）的催化激活以及鐵代謝的調(diào)節(jié)[24]、[25]。有趣的是，適度升高的銅水平被認為與腫瘤發(fā)生有關(guān)，因為癌癥患者血清和腫瘤組織中的銅濃度高于健康個體[26]。此外，銅和自噬之間存在復雜的雙向相互作用：銅離子可以通過激活關(guān)鍵的自噬相關(guān)信號分子（如ULK1）[27]、[28]來調(diào)節(jié)自噬的啟動和進展，而自噬則通過降解銅伴侶蛋白（如CCS）和回收銅轉(zhuǎn)運蛋白（如ATP7A/B）[29]來維持細胞內(nèi)銅的穩(wěn)態(tài)。這些相互作用突顯了銅調(diào)節(jié)癌癥中細胞存活和死亡途徑的潛力。
盡管PUFAs的抗癌作用已經(jīng)得到充分證實，并且人們逐漸認識到銅在腫瘤生物學中的作用，但銅、LDs動態(tài)變化以及PUFA誘導的細胞毒性之間的相互作用仍不甚明了。在本研究中，我們發(fā)現(xiàn)銅離子通過促進LDs的降解來增強PUFA誘導的腫瘤細胞死亡。從機制上講，這種協(xié)同效應是通過銅誘導的ATGL依賴的脂質(zhì)吞噬作用實現(xiàn)的。總體而言，這些發(fā)現(xiàn)提供了關(guān)于銅和PUFAs如何共同調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝途徑以誘導腫瘤細胞死亡的新機制見解，為在臨床環(huán)境中優(yōu)化基于PUFA的抗癌策略提供了有希望的依據(jù)。
部分摘要
抑制LDs的合成可以增強PUFA的抗腫瘤作用
為了研究LDs在PUFA抗腫瘤作用中的作用，將人類胰腺癌SW1990細胞用LDs合成抑制劑A922500和PF-06424439處理，這兩種抑制劑分別針對DGAT1和DGAT2酶。Oil Red O染色顯示，DHA處理顯著增加了細胞內(nèi)LD的積累，而這種效應可以通過同時使用A922500或PF-06424439得到有效消除（圖1A）。隨后使用PI/Hoechst 33342染色分析細胞死亡情況
討論
PUFAs以其抗癌活性而聞名，主要通過誘導氧化應激、細胞死亡和抑制轉(zhuǎn)移來實現(xiàn)。然而，先前的研究表明，細胞內(nèi)的LDs可以通過作為保護性儲存庫來緩沖多余的脂肪酸并減輕脂毒性應激，從而抵消這種細胞毒性效應[39]。在本研究中，我們發(fā)現(xiàn)銅離子通過激活選擇性自噬顯著增強了PUFAs的抗腫瘤效果
細胞培養(yǎng)
以下細胞系購自美國類型培養(yǎng)收集中心：AsPC-1、SW1990、Hs 578T、HeLa和Anglne。小鼠胚胎成纖維細胞（MEF）野生型和MEF ATG7敲除細胞由廣州醫(yī)科大學的陳敬洪博士提供。所有細胞在含有5% CO?的濕潤環(huán)境中于37°C下培養(yǎng)，使用添加了10%胎牛血清的Dulbecco改良Eagle培養(yǎng)基（DMEM）進行培養(yǎng)。
試劑和抗體
DMEM由Thermo Fisher Scientific提供。
作者貢獻
陳欣參與了文章的構(gòu)思。何向陽、楊倩倩、陳子遠、林曉文、任凱軒、楊嬌、安曉琴、楊尚珠、薛倩、閆丁和袁旺進行了實驗。閆丁和何向陽參與了手稿的起草。陳欣、閆丁、楊莉和于貴芳修訂了手稿。所有作者均已閱讀并批準了手稿。CRediT作者貢獻聲明
何向陽：研究。楊倩倩：研究。林曉文：研究。陳子遠：研究。任凱軒：研究。楊嬌：研究。安曉琴：研究。楊尚珠：研究。楊莉：寫作-審稿與編輯。薛倩：研究。袁旺：研究。于貴芳：寫作-審稿與編輯。閆丁：寫作-初稿，研究。陳欣：概念化。利益沖突聲明
作者聲明他們沒有已知的財務(wù)利益或個人關(guān)系可能影響本文報告的工作。
致謝
本工作得到了國家自然科學基金（82272660和32570869資助給X.C.；32500661資助給D.Y.；82303499資助給Q.Y.）、廣州醫(yī)科大學學生創(chuàng)新能力提升計劃（02-408-240603131138資助給X.C.）、廣州市教育局高等教育科學研究項目（2024312094資助給X.C.）、2025年基礎(chǔ)與應用基礎(chǔ)研究卓越計劃“可持續(xù)性”項目（SL2024A04J01453資助給X.C.）的支持。
