Nat Commun丨马莉/姚帆报道靶向铁死亡改善肝癌治疗效果

肝脏在消化、解毒、免疫、造血（主要在胚胎及新生儿时期）、合成、储存和代谢稳态等诸多生物学功能中扮演了重要的作用，同时也受到众多致病因素的影响。肝癌患者5年生存率普遍低于20%，不幸的是，肝癌对化疗和放疗不敏感。现阶段，临床中针对早期肝癌患者的治疗方式多为手术切除和移植，但对于大量肝功能不佳的晚期患者，只能进行系统性治疗。索拉非尼（sorafenib）是经FDA批准并广泛用于晚期肝癌治疗的一线药物，但仅能延长患者3个月左右生存期。目前为止，其他靶向药物3期临床试验结果并未获得优于索拉非尼的治疗效果。近两年来，免疫检查点抑制剂联合抗血管生成抑制剂的治疗方案在临床试验中展现了喜人的效果，但这一增益现象仅在小部分病人中起作用。因此，继续寻找并鉴定肝癌治疗的最佳策略，以及可预测疗效的标志物，是现阶段肝癌研究的主要挑战。   

铁死亡在抑制肿瘤进展中发挥了重要作用，然而靶向铁死亡的临床实践还面临着诸多局限。如何安全、高效地诱发肿瘤铁死亡是制约铁死亡诱导剂临床应用的关键。肝癌一线用药索拉非尼诱导肿瘤细胞凋亡的能力非常有限，却能促进癌细胞铁死亡。但是，最近有报导称多种癌细胞对铁死亡诱导剂不敏感。因此，寻找靶向铁死亡从而提高索拉非尼治疗效应的策略有可能成为提高肝癌治疗效果的突破口。

2021年12月17日，来自The University of Texas MD Anderson Cancer Center的马莉教授与其原博士后，现任华中农业大学湖北洪山实验室、生物医学与健康学院的姚帆教授在Nature Communications上作为共同通讯作者发表了题为A targetable LIFR—NF-κB—LCN2 axis controls liver tumorigenesis and vulnerability to ferroptosis的研究论文，首次发现了肝癌中白血病抑制因子受体（leukemia inhibitory factor receptor，LIFR）的缺失激活NF-κB信号，进而上调铁螯合细胞因子LCN2，促进了肿瘤的发生发展，并导致肿瘤对铁死亡诱导药物的耐药性。

根据TCGA数据分析，作者发现与正常组织相比，LIFR的表达水平在肝癌中普遍下调。在化学致癌物diethylnitrosamine (DEN)诱导的小鼠肝癌模型中， Lifr蛋白在肿瘤组织中也处于下调水平。为了确定LIFR在肝癌中的作用，作者首先构建了Lifr肝脏特异性敲除小鼠（Lifr^fl/fl;Alb-Cre），在老龄和DEN诱导模型中观察到更高的肝癌发生率以及更短的生存期。重要的是，在癌基因（AKT Ras或者YAP β-catenin）诱导的小鼠肝癌模型中，肝脏特异性敲除Lifr （Lifr^fl/fl;Alb-Cre）或成年后诱导性敲除Lifr （Lifr^fl/fl;Cre-ERT2加tamoxifen诱导）都很大程度上促进了肝癌的发生与进展。另一方面，LIFR在小鼠肝脏的过表达能显著减缓癌基因诱导的肝癌进程。这样，通过构建和分析多种类型的小鼠肝癌模型，作者揭示了LIFR对肝癌发生发展的重要抑制作用。

随后，通过分析Cancer Therapeutic Response Portal数据库，作者发现肝癌细胞中LIFR的表达水平与对erastin的敏感性存在显著相关性（erastin通过抑制胱氨酸转运蛋白SLC7A11诱导铁死亡）。为了确定LIFR与铁死亡的关系，作者利用铁死亡诱导剂处理肝癌细胞并评估LIFR的作用，发现在肝癌细胞中LIFR能显著促进铁死亡。有趣的是，LIFR的表达能有效增强索拉非尼诱导细胞死亡的作用，并且这一作用能被铁死亡抑制剂逆转。重要的是，在癌基因诱导的小鼠肝癌模型中，Lifr的缺失导致了肿瘤细胞对铁死亡的不敏感，进而产生了对索拉非尼的耐药性，而另一方面，LIFR的过表达增强了肿瘤细胞对铁死亡的敏感性和索拉非尼的疗效，并且其增益效果能被铁死亡抑制剂逆转。一系列遗传动物模型实验有力地证明了LIFR对铁死亡以及索拉非尼治疗肝癌效果的调控，为LIFR作为标志物指导索拉非尼临床用药提供了重要的实验依据。

进一步的分子机制研究表明，LIFR与SHP1相互作用降低了TRAF6（泛素连接酶）K63泛素化修饰水平，进而抑制NF-κB信号通路，最终导致NF-κB的靶基因LCN2表达被抑制。LCN2是一种分泌型铁离子螯合蛋白，已被证明能调控细胞内Fe² 水平。因此，LIFR通过抑制LCN2的表达，提高肝细胞内铁离子水平，最终使肝细胞对铁死亡信号产生响应。为了研究该机制对于靶向铁死亡治疗肿瘤的意义，作者利用肝癌PDX（patient-derived xenograft）模型证明，在LIFR低表达（LCN2高表达）的肝癌 （大多数情况）中，LCN2中和性抗体能有效提高索拉非尼的治疗效果，而对于LIFR高表达（LCN2低表达）的肿瘤（少数情况），索拉非尼单药即表现出良好的治疗作用。这一临床前动物模型的结果为通过靶向LCN2促进索拉非尼诱发肿瘤细胞铁死亡提供了重要的实验依据，为安全、有效地靶向铁死亡治疗肿瘤提供了新的策略。值得注意的是，Lcn2全身敲除小鼠生长发育正常并表现出良好的生理耐受状态，为后续开发针对LCN2的靶向治疗提供了有力的支持。

工作模式图

MD Anderson Cancer Center的马莉教授和现任华中农业大学生物医学与健康学院的姚帆教授分别为本研究的通讯作者和共同通讯作者，姚帆教授与邓雅岚博士 (Postdoctoral Fellow of the Ma Lab) 为该工作的第一作者和共同第一作者。肝脏领域专家Professors Hao Zhu, Xin Chen and Dong Xie，以及铁死亡领域专家Boyi Gan提供了大力支持。Houston Methodist Hospital提供了肝癌PDX模型。

姚帆博士从2014年加入Ma Lab起即开始了本研究，于2020年加入华中农业大学生物医学与健康学院组建独立研究团队，现主攻方向为利用小鼠肿瘤模型联合个性化CRISPR-Cas9筛选亚库研究肿瘤耐药性， 热忱欢迎有志于从事肿瘤治疗研究的博士后和科研人员加盟Yao Lab！

MD Anderson Cancer Center马莉教授（右二）为本论文通讯作者，姚帆博士（中; 原Postdoctoral Fellow of the Ma Lab，现华中农业大学教授）为第一作者及共同通讯作者。摄于2019年5月姚帆博士在MD Anderson Cancer Center主楼领取Marion D. Edwards Fellowship in Hepatic Oncology

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原文链接:

https://www.nature.com/articles/s41467-021-27452-9

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