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——生物学背景—— 铁死亡（Ferroptosis）是2012年发现的新型细胞死亡方式，它是由15-脂氧合酶（15LOXes）催化多不饱和脂肪酸（PUFA）发生脂质过氧化（LPO），且生成的过氧化磷脂（hydroperoxy-PLs）无法被谷胱甘肽过氧化物酶4（GPX4）消除造成积累，从而引发的细胞死亡程序。铁死亡与许多病理过程相关，例如脑、肾和肝损伤/疾病。虽然15LOXes在许多真核细胞中广泛表达，但也在少数原核生物中发现。原核生物铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）可以表达脂氧合酶（pLoxA），将宿主AA-PE氧化成15-氢过氧化物-AA-PE（15-HOO-AA-PE），并在人支气管上皮细胞中诱导铁死亡。这种劫持哺乳动物的PUFA-PE和死亡程序的特点对于其引发的呼吸系统疾病的发病机制很重要，pLoxA也应成为相关疾病的新的治疗靶点。本研究于2018年10月1日发表在J. Clin. Invest.杂志上。 ——实验结果—— 铜绿假单胞菌从浮游生长到生物膜生长的转变与其脂氧合酶（ploxA）基因的表达增加有关。像许多革兰氏阴性细菌一样，铜绿假单胞菌会产生并释放囊泡，其中含有许多细胞内蛋白质，包括pLoxA。本文作者选取了野生型WT，wspF基因的灭活突变ΔwspF，不含ploxA的突变体loxA::Tn（PW3111）三种菌株，其中ΔwspF菌株具有超生物膜性质。从图1中可以看出，诱导细胞死亡的能力ΔwspF菌株最强，且有且仅有铁死亡抑制剂Fer可以挽救回来。通过荧光抗体染色可以看到pLoxA含量也是ΔwspF菌株最多，而且电镜结果也表明缺乏pLoxA的菌株突变体loxA::Tn成膜能力正常。为了评估加氧酶的活性，他们还基于液相色谱-质谱联用的方法测定了WT，ΔwspF和loxA::Tn处理产生的产物，并发现比起缺乏pLoxA的菌株，ΔwspF菌株诱导生成的产物多了一个数量级，且后者引起非铁死亡效应。人源15 Lox抑制剂PD146176和ML351可以抑制RSL3引起的细胞死亡，而不能抑制pLoxA引起的细胞死亡。
图1 接下来，他们又用荧光探针观察过氧化脂质的变化，如图2中所示，RSL3处理和ΔwspF上清处理可以使细胞中的荧光信号时间依赖性增加。此外，外加AA可以提高WT和ΔwspF的诱导铁死亡能力。用si-ACSL4或si-LPCAT3处理，均可以显著减轻ΔwspF的诱导铁死亡能力。此外，做western看出ΔwspF上清和RSL3处理都会导致GPX4蛋白水平下调。
图2 ——小结—— 铁死亡过程已经在多种动植物模型中发现，但从原核生物铜绿假单胞菌中发现pLoxA却有明显的矛盾：该生物体并不生成PUFA。本文作者首次发现，该原核细菌通过分泌囊泡用pLoxA催化宿主PUFA反应从而制作毒力因子诱导铁死亡。这是其从浮游生长到生物膜生长的关键变化，可能原因是（i）铜绿假单胞菌诱导的宿主上皮细胞同步死亡的这种现象可能为生物膜形成产生必要的构建块，因此增强了病原体的定植；（ii）垂死的上皮细胞簇可能损害其屏障功能，从而导致宿主组织对其他有害因子（例如CF，败血症）的易感性增加。 虽然pLoxA保留了非血红素Fe，且它催化氧化机制和哺乳类动物中的15Lox催化脂质过氧化的主要原理相同，但是它也有很多独有特征。首先pLoxA缺乏β-桶，而是被类似PEBP1的α螺旋取代，形成盖子。螺旋盖子类似于人中PEBP1的调节功能，可以调节蛋白的开合状态从而适应AA-PE底物进入催化口袋。综上所述，开发新的pLoxA特异性小分子抑制剂，可以为持续性下呼吸道感染提供新疗法，因为前面实验已经证明了人源15LOX的抑制剂对于pLoxA的抑制效率十分低下。 参考文献： Dar,H. H., et al. "Pseudomonas aeruginosa utilizes hostpolyunsaturated phosphatidylethanolamines to trigger theft-ferroptosis inbronchial epithelium." J. Clin. Invest., 128 (10), 4639-4653(2018). DOI: 10.1172/JCI99490. |
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