综述:泛素调控代码:揭示肿瘤细胞的铁死亡机制

时间:2026年2月6日
来源:Critical Reviews in Oncology/Hematology

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铁依赖性细胞死亡(ferroptosis)通过泛素化系统调控抗氧化酶及铁代谢关键蛋白,为克服癌症治疗耐药提供新策略。摘要:铁依赖性细胞死亡由脂质过氧化驱动,特征为GPX4失活和谷胱甘肽耗竭。泛素化系统通过E3连接酶和去泛素化酶(DUBs)调控SLC7A11转运体稳定性及GPX4抗氧化功能,形成铁代谢与脂质过氧化级联调控网络。研究揭示其双重机制:直接清除耐药肿瘤细胞并激活免疫应答。目前开发靶向泛素化/泛素样修饰的小分子抑制剂,为精准抗肿瘤治疗提供新路径。

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刘新静|刘健|陈文清|张洁梅|魏一驹|孙莉莉
中国山东省济南市,山东第一医科大学生命科学学院、山东癌症医院及山东医学科学院,邮编250117

摘要

铁死亡是一种依赖铁的、由脂质过氧化驱动的程序性细胞死亡形式,其特征是谷胱甘肽过氧化物酶4(GPX4)的抑制、谷胱甘肽(GSH)的耗竭以及多不饱和脂肪酸(PUFAs)的过氧化。由于代谢重编程和抗氧化防御能力的受损,肿瘤细胞对铁死亡具有更高的敏感性,这使其成为癌症治疗的一个有前景的目标。在细胞蛋白质调控网络中,翻译后修饰(PTMs)——特别是泛素化及其类似修饰(Ubls,包括SUMO化、NEDD化、UFMy化和ATG8化)——通过调节关键蛋白质(如GPX4和SLC7A11)的稳定性来充当分子开关。本综述系统地探讨了E3泛素连接酶和去泛素化酶(DUBs)如何通过特异性泛素化关键蛋白质来协调氧化还原稳态和铁代谢。此外,我们重点介绍了针对这些修饰的小分子抑制剂的发展,强调了它们破坏铁死亡抗性途径的潜力。通过将机制见解与治疗应用相结合,本研究不仅阐明了泛素介导的调控网络的动态复杂性,还提出了利用Ub/Ubl修饰进行靶向癌症治疗的创新策略。这些发现为推进肿瘤学领域的精准医学提供了基础理论框架和可行的研究方向。

引言

尽管近年来从传统的外科手术和化疗/放疗转向了精准医疗,但以免疫疗法和靶向疗法为代表的肿瘤精准治疗仍面临重大临床挑战。一些肿瘤对免疫疗法反应不佳,而靶向疗法的应用范围有限且容易产生耐药性(Ho等人,2020;Kim等人,2020;Li等人,2025)。大量研究表明,铁死亡是癌症治疗中的一个重要突破(Hsu等人,2021)。铁死亡诱导剂通过触发氧化性细胞死亡并释放损伤相关分子模式(DAMPs)来激活免疫系统,从而将“冷”肿瘤转化为“热”肿瘤(Gao等人,2022)。这种方法不仅增强了免疫疗法的远隔效应,还为克服治疗耐药性提供了新的途径。
铁死亡是一种依赖铁的、由脂质过氧化驱动的程序性细胞死亡形式,受三个相互关联的调控层次的控制。其启动过程涉及通过GPX4失活和System Xc⁻功能障碍导致的抗氧化防御系统崩溃,进而影响谷胱甘肽的合成(Jiang等人,2021)。随后,铁代谢紊乱通过Fenton反应加剧脂质过氧化,在执行阶段导致不可逆的膜损伤(Jiang等人,2021)(图1)。值得注意的是,铁死亡在癌症治疗中具有双重治疗优势:(1)选择性地消除对抗氧化防御途径依赖性强的耐药肿瘤细胞;(2)通过释放DAMPs激活免疫系统,促进治疗与免疫的协同增强(Murao等人,2021;Zhang等人,2022;Zhao等人,2022)。这种双重机制为对抗恶性肿瘤,尤其是耐药性癌症提供了新的战略途径。
铁死亡的精确执行本质上依赖于细胞调控网络。从细胞死亡模式转向更广泛的细胞命运决策,翻译后修饰(PTMs)——尤其是泛素化系统——成为一个关键的调控枢纽(Yan等人,2025)。该系统作为分子开关,控制蛋白质的稳定性、活性和细胞命运途径。泛素化系统表现出三维动态性:(1)通过泛素链连接(K48:降解;K63:信号传导)和泛素类似修饰(SUMO化、NEDD化、ISG化)实现功能多样化,从而扩展调控范围(Huang等人,2024;Millrine等人,2023;Reyes-Turcu等人,2009;Scheffner等人,1995);(2)通过E1-E2-E3酶级联反应和DUBs形成双向网络实现时空精确性(Stratton等人,2025;Yang等人,2021);(3)整合控制核心过程,包括细胞周期和DNA修复(Sadowski和Sarcevic,2010)。
至关重要的是,泛素化和泛素类似修饰(UBLs)通过多层次网络调控铁死亡:上游控制转运蛋白的稳定性(例如SLC7A11);中间阶段调节抗氧化酶(例如GPX4);下游调节铁/代谢蛋白的定位(Bersuker等人,2019;Hu等人,2022;Mao等人,2021)。本综述将通过Ub/Ubl调控轴系统地阐明铁死亡的分子开关网络。

部分摘录

泛素化修饰系统成分

泛素化作为细胞中最复杂的蛋白质修饰系统,由泛素分子(Ub)、E1激活酶、E2结合酶、E3连接酶和DUBs组成(Stratton等人,2025)。这一级联反应始于E1通过ATP水解激活泛素分子,形成高能硫酯中间体。随后,泛素被转移到E2家族(包含35-40个成员)并最终

铁死亡调控中的泛素化:一个多方面的信号网络

泛素化系统作为一个复杂的分子开关,E3连接酶和去泛素化酶形成一个双向调控网络。这种动态相互作用使得蛋白质降解途径和细胞代谢稳态能够被精确调节。至关重要的是,这一调控结构与铁依赖的脂质过氧化级联反应的核心机制直接相关。虽然泛素介导的铁死亡抑制剂降解过程活跃

泛素类似修饰与铁死亡信号传导

泛素化通过E3连接酶介导的标记来调控蛋白质命运,而新的证据表明泛素类似修饰(Ubls)是铁死亡敏感性的关键调节因子。这些修饰在结构和机制上与泛素化相似,但使用不同的修饰分子(例如SUMO、NEDD8、UFMy1),并具有独特的生物学作用(Huang等人,2024;Millrine等人,2023;Scheffner等人,1995;Souphron等人,2008;Zhao等人,2004)。Ubls形式

针对铁死亡中泛素/泛素类似修饰的治疗策略

尽管铁死亡中泛素化的调控机制正在逐步阐明,但将这些基础发现转化为临床可行的治疗干预措施仍面临关键挑战。如表2所示,对35种关键E3连接酶和DUBs的分析强调了泛素化介导的铁死亡调控的肿瘤类型特异性。这种特异性不仅体现在目标蛋白质的不同修饰模式上

结论

在肿瘤细胞中,泛素化和Ubls通过动态调控铁死亡相关关键蛋白质而表现出紧密的分子相互作用,对肿瘤发生和进展产生重要影响。这一复杂过程涉及多层次的调控网络:泛素化通过不同的泛素链类型(K48用于降解,K63用于信号传导)精确调节蛋白质稳定性,而修饰(SUMO化、NEDD化)则间接调节铁死亡的敏感性

未引用的参考文献

(Chen等人,2024;Chen等人,2024;Gao等人,2022;Gao等人,2022;Huang等人,2023;Huang等人,2023;Li等人,2023a;Li等人,2025;Liu等人,2025;Liu等人,2023;Liu等人,2025;Tang等人,2021;Wang等人,2023;Wang等人,2023;Wang等人,2023;Wang等人,2024;Wang等人,2020;Wang等人,2020;Wang等人,2023;Wang等人,2025;Yang等人,2021;Zhang等人,2025;Zhou等人,2025;Zhou等人,2025)

资助

本工作得到了国家自然科学基金(项目编号82504137)、山东省自然科学基金(ZR2024QC208、ZR2025MS374)、山东省医学与健康科技项目(202402050941)以及泰安市科技创新发展项目(2024NS216)的支持。

CRediT作者贡献声明

X.L.、J.L.和L.S.负责设计综述方案、进行文献搜索、撰写和修订报告、更新参考文献列表以及制作图表。W.C、J.Z和Y.W.负责设计综述方案并提供报告反馈。作者们阅读并批准了最终稿件。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。
刘新静,细胞生物学硕士,具有实验室项目经验的研究人员。主要研究方向是肿瘤细胞的铁死亡和泛素类似修饰。

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