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前言
“鐵死亡”概念在 2012 年由 Dr. Brent R Stockwell 提出，它是一種鐵離子依賴的細胞程序性死亡，生化特征區別于細胞凋亡、壞死、自噬。從機制上簡單來說，在二價鐵或酯氧合酶的作用下，催化細胞膜上高表達的不飽和脂肪酸，發生脂質過氧化，從而誘導細胞死亡，此外還表現為抗氧化體系（谷胱甘肽系統）的調控核心酶GPX4的降低。近年來，鐵死亡引起了癌癥研究界極大的興趣，各種鐵死亡相關的藥物或療法如雨后春筍，但是鐵死亡究竟是如何作用于免疫系統，使用鐵死亡療法后對免疫微環境有何影響，這并不清楚。
近期VIB-UGent 炎癥研究中心，Peter Vandenabeele研究團隊于2022年7月在Nature Communications雜志上發表題目為“Cancer cells dying from ferroptosis impede dendritic cell-mediated anti-tumor immunity”的文章。該研究揭示了誘導鐵死亡后，產生鐵死亡的腫瘤細胞會對周圍抗原遞呈細胞產生抑制作用。
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背景介紹
鐵死亡，指的是一種依賴鐵的細胞程序性死亡，其特征是出現細胞內氧化還原平衡被破壞和過度脂質過氧化。最近，鐵死亡療法已經成為一種新興的抗腫瘤治療方式，可以避免出現傳統的耐藥，達到清除已轉移腫瘤的目的，目前，鐵死亡療法已經和納米材料和脂質體等不同技術相融合，在腫瘤治療領域大放異彩。
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目前，對于鐵死亡研究領域仍有空白，其中最關鍵的缺失之一便是，尚且不清楚腫瘤細胞鐵死亡之后，對免疫系統有何影響，兩者是如何“互動”，基于當下現狀，有必要發掘鐵死亡療法與免疫治療之間是否有協作可能。
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在過去十年里，腫瘤細胞的免疫原性細胞死亡（Immunogenic Cell Death，ICD）已經化身為經典案例，成為了細胞程序性死亡研究的熱點，免疫原性細胞死亡能夠激起針對于特定腫瘤細胞的細胞毒性T細胞反應，達到根除腫瘤細胞的效果。但是，作者通過研究發現，鐵死亡明顯區別于其他程序性死亡方式，在誘導鐵死亡后，可能會產生免疫耐受的現象。
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亮點要素
1.鐵死亡雖然能夠使細胞因子和損傷相關的分子模式釋放（Damage-associated Molecular Patterns，DAMP ），但是卻無法激活抗腫瘤免疫應答。
2.通過條件性敲低的方式，構建了可以控制鐵死亡進展分期的iGPX4KD細胞株，并通過實驗發現，鐵死亡早期亦或是鐵死亡晚期的腫瘤細胞，均無法激活抗腫瘤免疫應答。
3.鐵死亡早期的腫瘤細胞，能夠影響DC細胞成熟，抑制DC細胞對于腫瘤細胞的吞噬。
4.DC細胞吞噬鐵死亡細胞后，適應性免疫應答分子表達發現顯著變化。
5.鐵死亡腫瘤細胞能夠抑制DC細胞的可溶性抗原的交叉遞呈。
6.鐵死亡不僅對腫瘤生長的抑制效應更弱，并且能夠降低細胞凋亡引起的抗腫瘤免疫應答。
研究內容
01
作者首先選用了3種鐵死亡誘導藥物，分別對應早期、中期、晚期的三期鐵死亡進展，并通過體內實驗證明，當采用ML162藥物誘導的鐵死亡細胞作為腫瘤疫苗，并不能顯著表現出抗腫瘤活性。而后，通過對于ML162、RSL-3、Erastin三種鐵死亡誘導劑處理后的細胞上清進行分析，發現其中具有DAMP和CXCL1、TNF和IFN-β等細胞因子的釋放。而對于鈣網蛋白的調節，鐵死亡誘導后雖然能夠上調鈣網蛋白的表達，但是與凋亡相比，鐵死亡誘導的鈣網蛋白高表達主要出現在一些死細胞的胞膜表面。
Fig. 1 Ferroptosis does not induce immunological protection against cancer cells despite the release of DAMP.
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02
Fig. 2 Ferroptotic cells are not immunogenic regardless of the stage of cell death.
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03
作者使用ML162、RSL-3、Erastin誘導腫瘤細胞鐵死亡后，與DC細胞進行共孵育，發現均可以提高DC細胞的成熟度。為了細化實驗步驟，他又用iGPX4的細胞模型進行雙重驗證，發現在腫瘤細胞發生鐵死亡早期，不僅不能促進DC細胞成熟，反而會抑制DC細胞的活力。另外暴露了一個很有意思的現象，ML162誘導的早期鐵死亡，能夠抑制DC細胞對于細胞因子的釋放，這是鐵死亡細胞明顯區別于UV誘導細胞細胞凋亡的區別。除此以外，鐵死亡區別于凋亡，當細胞存活時，磷脂酰絲氨酸并不會外翻，影響DC細胞對于腫瘤細胞的識別。而DC細胞與早期鐵死亡細胞共培養后，也會導致DC細胞脂滴堆積，影響DC細胞功能。
Fig. 3 Initial ferroptosis impairs the maturation of dendritic cells.
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04
作者將帶有熒光的Jurkat細胞進行鐵死亡誘導，后跟BMDC細胞進行共培養，通過流式分選的方式,篩選吞噬鐵死亡細胞后的DC細胞，進行轉錄組測序，結果表示，吞噬鐵死亡細胞后，DC細胞中與適應性免疫反應相關的基因受到了明顯影響，如NFKB家族基因，趨化因子和細胞因子等。綜合整體變化，發生鐵死亡的腫瘤細胞對DC細胞的抗原遞呈能力有顯著影響。
Fig. 4 Engulfment of ferroptotic cells by DC suppresses expression of genes associated with adaptive immune response.
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05
抗原交叉遞呈，指的是MHC 分子對抗原的提呈存在交叉提呈現象，即MHC I 類分子也能提呈外源性抗原，而內源性抗原也能通過MHC II 類途徑加以提呈。作者通過DC細胞吞噬鐵死亡細胞，并將DC細胞與OT1小鼠（該CD8+T細胞能夠特異性識別OVA抗原）的CD8+T細胞進行共孵育，發現會抑制T細胞的增殖，即鐵死亡細胞的外源性抗原影響DC細胞MHC I對于CD8+T細胞的激活。
Fig. 5 Ferroptotic cells impair dendritic cells ability to perform antigen cross-presentation.
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06
首先，作者使用過表達OVA抗原的小鼠胚胎成纖維細胞作為疫苗，先進行免疫反應后再進行皮下成瘤，發現鐵死亡與凋亡和壞死相比，幾乎完全沒有起到預防腫瘤增殖及延長荷瘤小鼠生存期的作用。他換了一種方式，使用了負載OVA抗原的cDC1細胞進行皮下注射，證明仍然無法對腫瘤生長起到有效影響。最后，作者使用米托蒽醌誘導細胞凋亡，發現當加入鐵死亡細胞與凋亡細胞進行共同免疫時，能夠顯著抑制由凋亡細胞疫苗帶來的抗腫瘤效果，至此，本項研究全部結束。
Fig. 6 Ferroptosis is less potent in controlling the tumor growth compared to apoptosis and necroptosis and diminishes the immunogenicity of apoptosis.
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結尾
文章證明，鐵死亡并不像我們假想的那樣，是一種免疫原性細胞死亡，恰相反，腫瘤細胞出現鐵死亡現象之后，能夠從DC細胞成熟、細胞因子及趨化因子分泌、抗原遞呈功能等多方面抑制抗腫瘤免疫反應。該項研究探索了鐵死亡與腫瘤免疫之間的混沌區，尤其在體外研究DC抗原遞呈及免疫殺傷的技術手段，值得我們深入學習探討。
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