NCB | 浙江大学许大千/吕志民/哈尔滨医科大学周钦发现新的铁死亡调节通路

受体蛋白激酶的激活在各种癌症中普遍存在，对铁死亡的影响尚不清楚。

2023年5月8日，浙江大学许大千、吕志民和哈尔滨医科大学周钦共同通讯在Nature Cell Biology（IF=28）在线发表了题为“Creatine kinase B suppresses ferroptosis by phosphorylating GPX4 through a moonlighting function”的研究论文，该研究证明了胰岛素样生长因子1受体信号激活的AKT使肌酸激酶B (CKB) T133磷酸化，降低CKB的代谢活性，增加CKB与谷胱甘肽过氧化物酶4 (GPX4)的结合。

重要的是，CKB作为蛋白激酶激活并磷酸化GPX4 S104。这种磷酸化阻止了HSC70与GPX4的结合，从而消除了由伴侣蛋白介导的自噬调节的GPX4降解，减轻了铁死亡，促进了小鼠肿瘤的生长。此外，GPX4水平与人肝细胞癌标本中CKB T133和GPX4 S104磷酸化水平呈正相关，并与肝细胞癌患者预后不良相关。总之，该研究揭示了肿瘤细胞通过CKB增强GPX4稳定性的非代谢功能来对抗铁死亡的关键机制，并强调了针对CKB蛋白激酶活性进行癌症治疗的潜力。

铁死亡是一种受调节的细胞死亡形式，由过度脂质过氧化产生铁依赖性活性氧(ROS)引起。铁死亡是由一系列酶促反应调控的，包括含多不饱和脂肪酸(PUFA)的磷脂(如磷脂酰胆碱、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰肌醇、心磷脂等)的生物合成以及脂加氧酶对这些脂质的选择性氧化。谷胱甘肽依赖的脂质氢过氧化物酶谷胱甘肽过氧化物酶4 (GPX4)利用谷胱甘肽(GSH)作为辅助因子，将有毒的脂质氢过氧化物(L-OOH)转化为无毒的脂质醇(L-OH)，在抵抗不可逆过氧化和抑制铁死亡中发挥重要作用。除了参与与退行性疾病、中风、脑出血等相关的病理性细胞死亡外，GPX4调控的铁凋亡是哺乳动物癌细胞死亡的重要模式。抑制GPX4诱导铁死亡已成为一种触发癌细胞死亡的治疗策略。然而，癌细胞中GPX4稳定性调控的机制以及这种调控对肿瘤生长的影响尚不清楚。

癌症代谢研究的最新进展表明，癌细胞调节代谢酶的典型功能，以产生增殖、侵袭和转移所需的基本成分、代谢物和能量。重要的是，癌细胞还赋予代谢酶在调节许多工具性细胞活动中的兼职功能。肌酸激酶(CK)、ATP合酶、磷酸甘油酸激酶和丙酮酸激酶作为代谢酶是直接负责ATP生成的关键酶。CK催化磷酸基从ATP到肌酸的可逆转移，在调节细胞能量稳态中起关键作用，由两个亚基组成，可以是B(脑型，CKB)或M(肌肉型，CKM)。CKB (CK-BB)由CKB基因编码，在脑、平滑肌等组织中表达，而CKM (CK-MM)和CK-MB主要在骨骼肌和心肌中表达。磷酸甘油酸激酶和丙酮酸激酶具有非规范功能，这有助于肿瘤的生长。虽然CKB在细胞能量稳态中的关键代谢功能已经被揭示，但CKB是否具有有助于肿瘤发展的兼职功能仍然未知。

CKB调节铁死亡机理示意图（图源自Nature Cell Biology ）

该研究发现IGF1R信号激活AKT, AKT结合CKB并在T133位点磷酸化CKB。磷酸化的CKB减少了其与肌酸的结合，降低了CKB的代谢活性，从而获得了与GPX4相互作用的能力。重要的是，GPX4相关的CKB作为蛋白激酶在S104位点磷酸化GPX4。CKB R292H ATP结合缺陷突变体失去了磷酸化GPX4的能力，而CKB C283S产生结合缺陷突变体则没有，这进一步表明CKB使用ATP作为磷酸供体来磷酸化GPX4。GPX4 S104位于GPX4中的CMA靶基序附近，其磷酸化阻止了HSC70与GPX4的结合，从而消除了CMA介导的GPX4降解。IGF1处理减轻了胱氨酸剥夺和erastin诱导的脂质ROS生成减少和细胞死亡；而CKB T133A或GPX4 S104A的表达则消除了这种影响。此外，CKB T133A或GPX4 S104A的表达降低了肿瘤生长，大大加剧了对铁死亡和肿瘤生长的抑制作用。

总之，该研究证明了胰岛素样生长因子1 (IGF1)受体(IGF1R)在肝细胞癌(HCC)细胞中的激活可增加GPX4的表达，而GPX4的表达依赖于CKB蛋白激酶的活性。CKB磷酸化GPX4，从而阻止其降解，抵消HCC细胞中的铁死亡，促进肿瘤生长。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41556-023-01133-9

转自：“iNature”微信公众号

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