PITPNC1調(diào)控腫瘤細(xì)胞脂質(zhì)代謝與鐵死亡的研究進(jìn)展

張皓翔，張賽

（1.中南大學(xué) 湘雅醫(yī)學(xué)院，湖南 長沙 410013；2.中南大學(xué)湘雅醫(yī)院 醫(yī)學(xué)科學(xué)研究中心，湖南 長沙 410008）

鐵死亡（ferroptosis）是一種以鐵離子依賴性、線粒體退化、脂質(zhì)過氧化物集聚、膜密度增高為特征的新發(fā)現(xiàn)的程序性細(xì)胞死亡[1-2]。研究[3-4]表明，鐵死亡與脂質(zhì)代謝密切相關(guān)，在腫瘤發(fā)生發(fā)展中起重要的調(diào)控作用。脂質(zhì)代謝重編程也是腫瘤細(xì)胞應(yīng)對代謝應(yīng)激的重要方式[5]。脂質(zhì)代謝與鐵死亡作為腫瘤細(xì)胞的重要特征，通過調(diào)節(jié)脂肪代謝來促進(jìn)或抑制鐵死亡來治療腫瘤，有望成為新的治療方法和策略[6]。為開發(fā)新型的腫瘤靶向治療藥物提供了新思路[7]。目前調(diào)控脂質(zhì)代謝和鐵死亡的關(guān)鍵調(diào)節(jié)分子仍然不十分清楚，脂質(zhì)代謝與鐵死亡成為當(dāng)前腫瘤研究領(lǐng)域熱點和難點。

磷脂酰肌醇轉(zhuǎn)移蛋白（phosphatidylinositol/phosphatidylcholine transfer proteins，PITP）家族的成員磷脂酰肌醇轉(zhuǎn)運蛋白細(xì)胞質(zhì)1（phosphatidylinositol transfer protein cytoplasmic 1，PITPNC1）是一種重要的細(xì)胞膜脂肪醇轉(zhuǎn)運蛋白，其通過調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)脂類代謝和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)等多種功能參與細(xì)胞生理病理過程[8]。新近研究表明，PITPNC1是一種脂質(zhì)代謝相關(guān)促癌基因，PITPNC1在多種腫瘤中具有異常表達(dá)，且與腫瘤的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。包括乳腺癌[9]、胃癌[10]、直腸癌[11]、肝癌[12]、肺癌和胰腺癌[13]。本文綜述PITPNC1可能調(diào)控腫瘤細(xì)胞鐵死亡的相關(guān)因素，為深入開展腫瘤領(lǐng)域PITPNC1的基礎(chǔ)研究提供新線索。

1 PITP蛋白家族成員概況及功能

PITP家族成員普遍存在真核細(xì)胞中，首次因其具有結(jié)合和轉(zhuǎn)移磷酸肌酸醇的能力，在細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)間轉(zhuǎn)運磷脂酰肌醇（phosphatidylinositol，PI）或磷脂酰膽堿而被鑒定發(fā)現(xiàn)[14]。人類PITP蛋白家族的成員包含5個成員，分別是PITPα、PITPβ、PITPNC1、PITPNM1和PITPNM2。PITP家族所有成員結(jié)構(gòu)域位于N端，所共有的特征是保持肌醇頭基團的結(jié)合位點，4個氨基酸殘基不是相鄰的，是獨立的位于2個B鏈，被認(rèn)為是鑒別PITP蛋白的標(biāo)志[15]；而且所有的PITP蛋白表達(dá)都是保守的[16]。PITP蛋白的特點是通過脂質(zhì)激酶將底物增強PI磷酸化，將信號傳遞到特定的膜室或通過增強脂質(zhì)激酶的活性來調(diào)節(jié)磷酸肌醇（phosphoinositides，PPIs）的合成，調(diào)節(jié)基本的生物過程，包括細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、細(xì)胞分裂、膜運輸和細(xì)胞骨架動力學(xué)[17]。

2 PITP蛋白家族成員的結(jié)構(gòu)域差異及功能

PPIs的水平和轉(zhuǎn)化受到大量脂質(zhì)激酶和磷酸酶以及磷脂酶C的嚴(yán)格控制[18]。目前發(fā)現(xiàn)磷脂酶C主要裂解PI（4，5）P2，并補充其在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)合成PI，并且可以通過囊泡和非囊泡兩種機制向不同細(xì)胞器完成PPIs轉(zhuǎn)運。而PI（4，5）P2的再合成使其磷酸化過程得以持續(xù)進(jìn)行，增強下游信號通路如：PI3Ks、PLC途徑等，間接調(diào)控血小板的活化、巨噬細(xì)胞的增殖，血糖、血脂的代謝水平等過程。由于PITP蛋白家族成員的結(jié)構(gòu)域存在差異，5個PITP家族成員具有不同的生物學(xué)功能。PITPα介導(dǎo)脊髓小腦神經(jīng)退行性變、腸上皮細(xì)胞內(nèi)脂肪堆積、肝臟脂肪變性以及低血糖；PITPα與PITPβ有77%的同源相似性，是高爾基體到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的逆向運輸由包膜蛋白復(fù)合物I必需的物質(zhì)基礎(chǔ)[19]。

研究發(fā)現(xiàn)PITPNM3是細(xì)胞因子CCL18的功能性受體，參與缺氧微環(huán)境條件下的腫瘤細(xì)胞侵襲轉(zhuǎn)移，包括肝癌[20]、腦膠質(zhì)瘤[21]、乳腺癌[22]。其主要作用機制通過增強細(xì)胞質(zhì)Ca2+濃度，促進(jìn)乳腺癌細(xì)胞的黏附、遷移侵襲能力；基于納米顆粒的選擇性小分子抑制劑遞送系統(tǒng)靶向PITPNM3，能明顯抑制乳腺癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)移[23]。Garner等[24]研究表明，PITP蛋白家族具有復(fù)雜基因結(jié)構(gòu)的基因，其編碼的蛋白質(zhì)含有特定的結(jié)構(gòu)域，而且蛋白的結(jié)構(gòu)域具有豐富的功能，在腫瘤侵襲轉(zhuǎn)移中起重要作用。

3 PITPNC1功能分子結(jié)構(gòu)及生物學(xué)功能

PITPNC1基因位于人類基因組的13號染色體上（20q13.2），是由多個外顯子及其相應(yīng)的內(nèi)含子組成，包含著多個短的串聯(lián)重復(fù)序列，其長度在9～10個堿基對之間變化，其全長為2 402個堿基對，編碼包含467個氨基酸的蛋白質(zhì)，分子量約為25.5 kDa。PITPNC1蛋白可分為兩個結(jié)構(gòu)域：N-末端結(jié)構(gòu)域和C-末端結(jié)構(gòu)域。N-末端結(jié)構(gòu)域是PITPNC1的活性中心，包含了FOS拉鏈結(jié)構(gòu)和磷脂結(jié)合結(jié)構(gòu)。親水頭部由多個疏水氨基酸殘基組成，而親脂尾部則富含親脂性氨基酸，如亮氨酸、異亮氨酸和纈氨酸。這種特定的結(jié)構(gòu)域具有使PITPNC1與磷脂相互作用的功能，從而調(diào)節(jié)磷脂的轉(zhuǎn)運和代謝。C-末端結(jié)構(gòu)域是PITPNC1的功能區(qū)域之一，包含了獨特的結(jié)構(gòu)域（官能區(qū)），由幾個重要的氨基酸殘基組成，這些結(jié)構(gòu)參與了PITPNC1多個信號通路的調(diào)控，如細(xì)胞凋亡、細(xì)胞增殖和細(xì)胞遷移等[25]。PITPNC1蛋白質(zhì)還具有其他一些重要的結(jié)構(gòu)特征，如α螺旋、β折疊和隨機卷曲等。這些結(jié)構(gòu)特征賦予了PITPNC1蛋白質(zhì)具有穩(wěn)定性和柔性，使其可以適應(yīng)不同的細(xì)胞環(huán)境和信號輸入。

研究[26]表明，PITPNC1基因的啟動子區(qū)域包含著多個轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點，對PITPNC1基因的轉(zhuǎn)錄起著重要的調(diào)控作用，如SP1、AP-1和NF-κB等，這些轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合能夠促進(jìn)PITPNC1基因的轉(zhuǎn)錄活性，進(jìn)而增加PITPNC1蛋白的表達(dá)水平。PITPNC1基因啟動子區(qū)域還存在著多個甲基化位點和組蛋白修飾位點，這些位點可能對PITPNC1的表達(dá)進(jìn)行調(diào)控，并對PITPNC1發(fā)揮功能影響重大。PITPNC1主要定位于細(xì)胞內(nèi)胞質(zhì)中，但PITPNC1可以通過與細(xì)胞膜上的PI和其他脂類相互作用，一方面調(diào)節(jié)脂質(zhì)的代謝和運輸，進(jìn)而維持細(xì)胞膜的完整性和功能；另一方面調(diào)控其在細(xì)胞內(nèi)的轉(zhuǎn)運和分布，參與信號通路傳導(dǎo)的調(diào)節(jié)，進(jìn)而影響細(xì)胞的生長、分化和死亡等生命活動。

4 PITPNC1與腫瘤侵襲轉(zhuǎn)移

腫瘤侵襲轉(zhuǎn)移是影響臨床不良預(yù)后獨立危險因素。發(fā)生侵襲轉(zhuǎn)移的癌細(xì)胞的一個主要特征是它們能夠通過分泌因子的釋放影響腫瘤微環(huán)境中的各種細(xì)胞類型，然而目前其控制機制還不完全了解。Halberg等[8]研究發(fā)現(xiàn)，PITPNC1在侵襲高轉(zhuǎn)移潛能的黑色素瘤細(xì)胞、乳腺癌、結(jié)腸癌，PITPNC1定位細(xì)胞內(nèi)高爾基體，與14-3-3異形蛋白復(fù)合體以及RA1B相互作用，不但促進(jìn)了癌細(xì)胞分泌促轉(zhuǎn)移因子，而且介導(dǎo)下游分子MMP1、HTR1、FAM33、ADAM10和PdgFA促進(jìn)血管生成?，F(xiàn)已證實，許多研究細(xì)胞因子和生長因子有助于細(xì)胞間的細(xì)胞信號傳導(dǎo)；其中癌細(xì)胞和各種腫瘤相關(guān)基質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生的大量活性氧（ROS）起重要作用[27]。因此，PITPNC1是抗腫瘤的潛在靶點。

4.1 PITPNC1與結(jié)腸癌

Ren等[28]利用牛血清白蛋白（BSA）合成發(fā)射熒光的多功能的熒光銀納米團簇（AgNCs），檢測不同類型的ROS，可以檢測腫瘤細(xì)胞遷移能力、細(xì)胞黏附和上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化（epithelial-mesenchymal transition，EMT）。Tan等[11]研究發(fā)現(xiàn)，敲減結(jié)腸癌PITPNC1后，細(xì)胞ROS明顯增多，增強了腫瘤細(xì)胞對放療的敏感性，以上研究提示PITPNC1可能影響腫瘤微環(huán)境中的腫瘤免疫、細(xì)胞自噬和凋亡[29]。但目前為止PITPNC1介導(dǎo)ROS在腫瘤侵襲轉(zhuǎn)移中的作用機制還沒有研究報道。

4.2 PITPNC1與胰腺癌

Entrialgo-Cadierno等[13]利用KRASG12C突變靶向研究手段發(fā)現(xiàn)PITPNC1通過偶聯(lián)KRAS和MYC，阻止肺癌細(xì)胞和胰腺癌細(xì)胞形成自噬，并激活MEK1/2和JNK1/2信號通路促進(jìn)腫瘤生長轉(zhuǎn)移，PITPNC1被鑒定為新的KRAS相關(guān)癌基因。目前盡管腫瘤細(xì)胞自噬的促瘤作用或抑瘤作用受到爭議，自噬在腫瘤研究領(lǐng)域中仍然備受關(guān)注[30]，如代謝重編程[31]、炎癥[32]、脂質(zhì)代謝[33]、自噬依賴性鐵死亡[34]、壞死性凋亡和免疫治療[35]等方面。

4.3 PITPNC1與胃癌

Tan等[10]研究發(fā)現(xiàn)，PITPNC1在胃癌組織中表達(dá)明顯高于非癌組織，大網(wǎng)膜脂肪細(xì)胞PITPNC1表達(dá)介導(dǎo)了脂肪酸代謝重編程，脂肪細(xì)胞誘導(dǎo)的PIPNC1表達(dá)是通過AKT激活的，導(dǎo)致缺氧微環(huán)境胃癌細(xì)胞侵襲轉(zhuǎn)移以及產(chǎn)生腫瘤細(xì)胞耐藥性。既往研究[36]發(fā)現(xiàn)AKT是癌細(xì)胞中脂肪細(xì)胞激活的主要信號分子之一。Seki等[37]研究發(fā)現(xiàn)，PITPNC1敲除鼠（PITPNC1-/-）在急性冷環(huán)境暴露下，線粒體中表現(xiàn)出有缺陷的氧化和產(chǎn)熱有關(guān)的異常代謝途徑，促進(jìn)棕色脂肪組織的產(chǎn)熱生成，發(fā)現(xiàn)在寒冷條件下的各種類型小鼠實體腫瘤模型的腫瘤生長明顯被抑制，其機制與棕色脂肪組織的產(chǎn)熱生成有關(guān)。這些研究發(fā)現(xiàn)提示，寒冷環(huán)境及靶向PITPNC1可能是治療腫瘤的新途徑新策略。

4.4 PITPNC1與肝癌

PITPNC1是一種磷脂轉(zhuǎn)運蛋白，其在肝癌組織中的表達(dá)情況也備受關(guān)注。張賽等[12]研究發(fā)現(xiàn)，PITPNC1蛋白高表達(dá)與肝癌的腫瘤大小、血管浸潤程度等指標(biāo)呈正相關(guān)。進(jìn)一步的過表達(dá)或敲低PITPNC1基因的功能研究結(jié)果表明，PITPNC1表達(dá)較高的腫瘤脂質(zhì)積累增加。KEGG通路分析和GO富集分析發(fā)現(xiàn)，PITPNC1過表達(dá)涉及蛋白質(zhì)翻譯后修飾、PPAR信號通路、組氨酸代謝、膽固醇代謝、脂肪的消化吸收等。這些研究結(jié)果提示了PITPNC1在肝癌細(xì)胞脂質(zhì)代謝中起的重要作用。PITPNC1基因串聯(lián)重復(fù)序列的存在使得PITPNC1基因在不同個體之間存在著多態(tài)性，可能與該基因的功能調(diào)控以及個體對肝細(xì)胞癌易感性的差異相關(guān)。目前為止PITPNC1介導(dǎo)脂質(zhì)代謝的分子機制尚不是很清楚，PITPNC1在其他實體腫瘤脂質(zhì)代謝中的作用還有待開展研究予以證實。

5 PITPNC1的分子調(diào)控機制

Kuo等[38]用還原表征亞硫酸氫鹽測序和全基因組DNA甲基化綜合分析方法，比較肥胖患者皮下脂肪組織發(fā)現(xiàn)，PITPNC1和SLITRK4是基因座轉(zhuǎn)錄反義RNA（HOTAIR）甲基化相關(guān)調(diào)控基因，并且PITPNC1和HOTAIR參與了脂質(zhì)代謝。HOTAIR是一種促癌長鏈非編碼RNA，在腫瘤發(fā)生發(fā)展已有廣泛研究，如胃癌[39]、乳腺癌[40]、肺癌[41]、結(jié)腸癌[42]、肝癌[43]。HOTAIR可以作為競爭性內(nèi)源RNA（competing endogenous RNAs，ceRNA），通過微小RNA（microRNAs，miRNA）相互作用及競爭性結(jié)合[44]，參與調(diào)控代謝重編程促進(jìn)腫瘤生長轉(zhuǎn)移[45]。Xu等[46]發(fā)現(xiàn)HOTAIR調(diào)控miR-330/618/126的表達(dá)，介導(dǎo)胃癌細(xì)胞中PI3K/AKT信號通路的活性；Yang等[47]發(fā)現(xiàn)調(diào)節(jié)CD63、SNAP23、RAB35、VAMP3、SNAP23促進(jìn)腫瘤外泌體。盡管目前還沒有研究報道PITPNC1和HOTAIR是否參與腫瘤脂質(zhì)代謝。越來越多的證據(jù)表明，HOTAIR作為關(guān)鍵ceRNA分子介導(dǎo)PITPNC1表達(dá)可能參與腫瘤脂質(zhì)代謝。如Potolitsyna等[48]發(fā)現(xiàn)，HOTAIR調(diào)節(jié)脂肪細(xì)胞骨架重組，從而影響成熟脂肪細(xì)胞脂質(zhì)存儲能力；Pang等[49]發(fā)現(xiàn)，HOTAIR通過調(diào)控小鼠單核巨噬細(xì)胞（Raw264.7）NF-κB信號通路，介導(dǎo)促炎因子（IL-4和IL-10）分泌；Erdos等[50]發(fā)現(xiàn)，HOTAIR表達(dá)特異性調(diào)控人脂源性干細(xì)胞（adipose stem cells，ASC）；Guo[51]等發(fā)現(xiàn)，HOTAIR介導(dǎo)miR-130b-3p/ROCK1信號軸，參與非酒精性脂肪性肝病脂質(zhì)沉積；Chu[52]等發(fā)現(xiàn)，miR-126抑制乳腺上皮細(xì)胞表達(dá)脂肪合成酶FSAN、ASLS1和INSI1的水平。PITPNC1是miR-126靶基因已經(jīng)得到證實[53]，體內(nèi)外實驗也表明，HOTAIR是miR-126靶基因，通過miR-126/CXCR4信號軸和下游通路促進(jìn)胃癌的增殖和轉(zhuǎn)移[54]，HOTAIR表達(dá)通過miR-126/EGFL7信號軸促進(jìn)腎癌腫瘤新生血管生成[55]。因此，靶向PITPNC1和HOTAIR介導(dǎo)的腫瘤細(xì)胞脂質(zhì)代謝，改變腫瘤細(xì)胞中miR-126異常表達(dá)可能是重要的環(huán)節(jié)。

6 PITPNC1表達(dá)與鐵死亡

鐵死亡是新發(fā)現(xiàn)的程序性細(xì)胞死亡，其超微結(jié)構(gòu)特征性表現(xiàn)為線粒體嵴消失、體積減小、膜密度增加。其主要過程如下：⑴ 脂氧合酶和ROS氧化細(xì)胞膜脂肪酸（PL-PUFA）；⑵ 鐵離子的催化作用下，羥基自由基與不飽和脂肪酸促進(jìn)脂質(zhì)過氧化物（PL-PUFA-OOH）轉(zhuǎn)化為有毒的脂質(zhì)；⑶ 細(xì)胞膜破裂而發(fā)生細(xì)胞死亡。在此過程中，脂質(zhì)氧化代謝失調(diào)導(dǎo)致過氧化脂質(zhì)積累，并消耗細(xì)胞內(nèi)大量谷胱甘肽（glutathione，GSH），產(chǎn)生更多的過氧化脂質(zhì)誘導(dǎo)鐵死亡[3]。而且可被谷胱甘肽過氧化物酶4（GPX4）、鐵死亡抑制蛋白1（FSP1）、二氫乳清酸脫氫酶（DHODH）和Fas相關(guān)因子1（FAF1）。目前已有研究[56]證實，鐵死亡除受脂質(zhì)代謝調(diào)節(jié)，還受到非編碼RNA[miRNA和長鏈非編碼核糖核酸（long non-coding RNAs，lncRNA）]的分子調(diào)節(jié)。Cao等[57]發(fā)現(xiàn)，HOTAIR參與調(diào)控鐵死亡，HOTAIR敲低通過調(diào)節(jié)miR-106b-5p/ACSL4逆轉(zhuǎn)H2O2誘導(dǎo)的HTR-8/SVneo細(xì)胞鐵死亡。HOTAIR還參與鐵死亡調(diào)節(jié)的氧化應(yīng)激和線粒體功能；進(jìn)一步影響抑制鐵死亡相關(guān)調(diào)節(jié)分子（ACSL4，GPX4，F(xiàn)TH1）表達(dá)。鑒于目前已知的PITPNC1和HOTAIR的研究背景，PITPNC1表達(dá)可能不但參與腫瘤脂質(zhì)代謝，而且可能參與腫瘤鐵死亡調(diào)控。

7 展望與小結(jié)

近年來，鐵死亡作為一種新的細(xì)胞死亡方式引起了廣泛關(guān)注，并且在腫瘤治療領(lǐng)域中顯示出潛在的應(yīng)用價值[58]。目前PITPNC1在腫瘤領(lǐng)域的研究方興未艾，研究還有廣闊的空間有待拓展。未來闡明PITPNC1和HOTAIR調(diào)節(jié)的脂質(zhì)代謝和鐵死亡分子機制，有望為抗腫瘤提供新靶點。

利益沖突：所有作者均聲明不存在利益沖突。

作者貢獻(xiàn)聲明：張皓翔文獻(xiàn)檢索復(fù)習(xí)，文稿撰寫；張賽選題設(shè)計，文稿修改，課題資助。