腫瘤惡性進(jìn)展依賴于高度活躍的代謝活動(dòng)，其中涉及氧氣的代謝過(guò)程不可避免地伴隨活性氧（Reactive oxygen species，ROS）的大量產(chǎn)生。活性氧積累可導(dǎo)致細(xì)胞穩(wěn)態(tài)失衡并引發(fā)脂質(zhì)過(guò)氧化物在細(xì)胞膜中的積聚與擴(kuò)展，從而誘導(dǎo)一種非凋亡性細(xì)胞死亡，即鐵死亡（Ferroptosis）【1】。近年來(lái)，鐵死亡的誘導(dǎo)逐漸顯現(xiàn)出其作為腫瘤治療策略的潛力，其與放療和腫瘤轉(zhuǎn)移密切相關(guān)【2】。為了逃避鐵死亡，癌細(xì)胞常通過(guò)上調(diào)多條抗氧化通路，清除過(guò)氧化脂質(zhì)，或主動(dòng)積累抗脂質(zhì)過(guò)氧化物，如維生素K【3】、7-脫氫膽固醇【4】以及課題組前期研究發(fā)現(xiàn)的角鯊烯【5】、四氫喋呤【6】等。然而除了內(nèi)源合成途徑，腫瘤是否能夠利用外源物質(zhì)抵抗細(xì)胞鐵死亡尚不清楚。系統(tǒng)解析鐵死亡的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)及關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，尤其是腫瘤細(xì)胞如何從外部獲取抗氧化資源，對(duì)于發(fā)展新的腫瘤診療策略具有重要意義。

脂蛋白是由單層磷脂包裹的親水性顆粒，表面結(jié)合特定的載脂蛋白，是體內(nèi)脂質(zhì)運(yùn)輸與分配的主要載體。脂蛋白傳統(tǒng)上被認(rèn)為是膽固醇、甘油三酯在體內(nèi)的運(yùn)輸載體，而已有研究表明其還富含多種親脂性營(yíng)養(yǎng)成分，可參與細(xì)胞膜的構(gòu)建、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)及抗氧化應(yīng)答等生物過(guò)程【7,8】。此外，研究發(fā)現(xiàn)多種腫瘤類型具有異常增強(qiáng)的脂蛋白攝取能力并促進(jìn)腫瘤進(jìn)展【9】。然而，腫瘤細(xì)胞如何實(shí)現(xiàn)脂蛋白攝取能力的增強(qiáng)，以及脂蛋白在腫瘤細(xì)胞內(nèi)是否還具有未被揭示的生物學(xué)功能目前尚不明確，值得進(jìn)一步系統(tǒng)探究。

近日，得克薩斯大學(xué)西南醫(yī)學(xué)中心（UT Southwestern Medical Center）Javier Garcia-Bermudez課題組在Nature雜志在線發(fā)表題為Glycosaminoglycan-Driven Lipoprotein Uptake Protects Tumoursfrom Ferroptosis的研究論文。該研究揭示了腫瘤細(xì)胞通過(guò)上調(diào)氨基糖胺聚糖（glycosaminoglycan, GAG）生物合成通路，展現(xiàn)出較經(jīng)典脂蛋白受體（如LDLR，SCARB1）更高效的脂蛋白攝取能力，并由此獲得額外抗脂質(zhì)過(guò)氧化物，尤其是維生素E（α-tocopherol，又稱生育酚），幫助腫瘤抵抗鐵死亡并促進(jìn)腫瘤進(jìn)展。

為了系統(tǒng)鑒定脂蛋白在腫瘤細(xì)胞中的功能，作者使用了代謝靶向的sgRNA文庫(kù)，在脂蛋白剝奪（LPDS培養(yǎng)基）及回補(bǔ)的條件下，平行進(jìn)行了基于細(xì)胞增殖的CRISPR篩選實(shí)驗(yàn)。作者發(fā)現(xiàn)補(bǔ)充脂蛋白極大緩解了腫瘤細(xì)胞對(duì)GPX4的生存依賴。GPX4是脂質(zhì)過(guò)氧化物的關(guān)鍵清除蛋白，是細(xì)胞抵抗鐵死亡的關(guān)鍵分子【1】。驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)顯示，生理濃度的脂蛋白可以顯著緩解多種腫瘤細(xì)胞鐵死亡，并且高密度脂蛋白（HDL）的效應(yīng)顯著強(qiáng)于低密度脂蛋白（LDL），與經(jīng)典鐵死亡拮抗劑Ferrostatin-1（Fer-1）效應(yīng)相當(dāng)。該結(jié)果顯示脂蛋白可以幫助腫瘤細(xì)胞增強(qiáng)鐵死亡抗性。為研究脂蛋白是如何增強(qiáng)腫瘤抗鐵死亡能力，作者對(duì)脂蛋白進(jìn)行了FENIX實(shí)驗(yàn)檢測(cè)（fluorescence-enabled inhibited autoxidation，F(xiàn)ENIX assay）【10】，證實(shí)了脂蛋白自身具有自由基捕獲型抗氧化劑（radical-trapping antioxidant，RTA）特性，而僅由甘油三酯重組的HDL卻幾乎沒(méi)有該功能。這暗示脂蛋白可能通過(guò)向細(xì)胞遞送RTA類脂質(zhì)從而幫助細(xì)胞拮抗鐵死亡。為解析脂蛋白中哪類脂質(zhì)介導(dǎo)該作用，作者使用HDL、LDL分別處理腫瘤細(xì)胞，并進(jìn)行了高通量非靶向細(xì)胞脂質(zhì)代謝組學(xué)檢測(cè)。分析顯示，脂蛋白處理后，細(xì)胞內(nèi)維生素E的水平顯著上升，并且HDL處理相較于LDL顯示出更強(qiáng)的效應(yīng)，暗示維生素E可能是脂蛋白遞送給細(xì)胞的關(guān)鍵抗鐵死亡脂質(zhì)。作者進(jìn)一步證實(shí)，生理水平的維生素E可以模擬脂蛋白及Fer-1的效應(yīng)，顯著抵抗脂質(zhì)過(guò)氧化及細(xì)胞鐵死亡。維生素E是一種脂溶性的抗氧化分子，其無(wú)法由人體細(xì)胞自身合成或再生，主要通過(guò)外源飲食獲取。基于此，作者采用缺乏維生素E飲食的小鼠血漿純化HDL，并處理細(xì)胞。結(jié)果顯示維生素E特異性匱乏的HDL不再具有幫助細(xì)胞抵抗鐵死亡的能力，證實(shí)維生素E是脂蛋白遞送并幫助腫瘤抵抗脂質(zhì)過(guò)氧化的核心組分，是腫瘤抵抗鐵死亡的重要外部資源。

為了進(jìn)一步探究腫瘤細(xì)胞如何增強(qiáng)脂蛋白攝取能力從而獲取額外抗氧化資源的機(jī)制，作者平行開展了兩個(gè)代謝相關(guān)基因靶向的CRISPR篩選實(shí)驗(yàn)：一是通過(guò)DiI熒光標(biāo)記的LDL（DiI-LDL）進(jìn)行脂蛋白攝取實(shí)驗(yàn)，細(xì)胞流式分選出脂蛋白攝取能力最強(qiáng)與最弱的細(xì)胞群體，分別進(jìn)行sgRNA富集分析，鑒定能夠促進(jìn)腫瘤細(xì)胞攝取脂蛋白的關(guān)鍵途徑；二是通過(guò)GPX4抑制劑ML210處理，給予細(xì)胞亞致死的脂質(zhì)過(guò)氧化壓力，篩選出在鐵死亡壓力下能夠促進(jìn)細(xì)胞存活的關(guān)鍵基因。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，氨基糖胺聚糖（glycosaminoglycan,GAG）生物合成通路中的多個(gè)基因，如UGDH、PAPSS1、UXS1、XYLT2等，在兩組篩選中均顯著富集，提示其同時(shí)調(diào)控腫瘤細(xì)胞脂蛋白攝取與對(duì)鐵死亡的敏感性。進(jìn)一步的基因敲除及回補(bǔ)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)證實(shí)了GAG合成相關(guān)基因缺失顯著降低細(xì)胞DiI-LDL與DiI-HDL的攝取（下降40%-70%），并且在鐵死亡誘導(dǎo)劑ML210或Erastin處理下表現(xiàn)出更高的鐵死亡敏感性。GAG 是一類由重復(fù)二糖單元構(gòu)成的線性多糖，具有硫酸化修飾及高度負(fù)電荷。常見的GAG類型包括硫酸軟骨素（Chondroitin sulfate, CS）、硫酸肝素（Heparan sulfate, HS）、透明質(zhì)酸（Hyaluronic acid, HA）等。多個(gè) GAG 鏈通過(guò)共價(jià)鍵連接到核心蛋白上，形成蛋白聚糖（proteoglycan），其主要分布于細(xì)胞膜、胞外基質(zhì)等區(qū)域。為了清晰界定不同類型GAG 的功能作用，作者使用了GAG類型特異性的體外酶解實(shí)驗(yàn)分別消化細(xì)胞表面的GAG，并進(jìn)行了功能鑒定。結(jié)果顯示HS、CS主要介導(dǎo)了腫瘤細(xì)胞的脂蛋白攝取及鐵死亡抗性。此外，通過(guò)DiI-LDL/HDL攝取實(shí)驗(yàn)熒光定量及13C-Cholesterol標(biāo)記的LDL示蹤實(shí)驗(yàn)，作者發(fā)現(xiàn)與經(jīng)典的脂蛋白受體LDLR與SCARB1相比，GAG在維持腫瘤細(xì)胞攝取脂蛋白和抵抗鐵死亡中展現(xiàn)出更為關(guān)鍵的促進(jìn)作用，是腫瘤細(xì)胞異常攝取脂蛋白的主要途徑。

為了探索GAG-脂蛋白-鐵死亡調(diào)控軸在臨床患者腫瘤進(jìn)展中的作用，作者收集分析了ccRCC腫瘤隊(duì)列。結(jié)果顯示，相較于癌旁組織，ccRCC腫瘤組織具有顯著上調(diào)的HS、CS水平及維生素E積累。腫瘤中具有較低水平蛋白聚糖的患者擁有更好的預(yù)后情況。作者進(jìn)一步使用ccRCC患者腫瘤組織來(lái)源的PDX模型，證實(shí)對(duì)GAG合成限速基因UGDH的敲除可以顯著抑制腫瘤增殖。這些結(jié)果進(jìn)一步證明GAG是支持腫瘤異常脂蛋白攝取及鐵死亡抵抗的關(guān)鍵途徑，為基于氧化應(yīng)激的腫瘤靶向干預(yù)策略提供了新視角。

綜上，本研究通過(guò)CRISPR篩選、代謝組學(xué)等生化實(shí)驗(yàn)手段，并結(jié)合動(dòng)物模型及臨床樣本資源，系統(tǒng)揭示脂蛋白攝取在腫瘤獲取外源抗氧化物、抵抗鐵死亡中的關(guān)鍵作用，并明確GAG在腫瘤異常脂質(zhì)攝取中的核心功能。相關(guān)發(fā)現(xiàn)拓展了對(duì)脂蛋白生物學(xué)功能的理解，并為鐵死亡調(diào)控網(wǎng)絡(luò)提供了新的機(jī)制與潛在干預(yù)靶點(diǎn)。

得克薩斯大學(xué)西南醫(yī)學(xué)中心助理教授Javier Garcia-Bermudez為論文的通訊作者。課題組博士研究生Dylan Calhoon與博士后桑凌杰為本論文的共同第一作者。

https://www.nature.com/articles/s41586-025-09162-0

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