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铁死亡是一种细胞程序性死亡形式，在肿瘤的发生及发展中起到重要作用[1]。
然而，靶向铁死亡的治疗措施虽可在免疫缺陷模型中有效抑制肿瘤生长，但在免疫健全的体内模型中却无良好疗效[2]。因此，靶向铁死亡的治疗措施对免疫细胞可能也有很大的影响。
病理激活的中性粒细胞（PMN），又称为骨髓来源的抑制性细胞（PMN-MDSC），在肿瘤微环境中，这种细胞对于铁死亡有着更高的敏感性[3]。作为抗肿瘤免疫反应的主要抑制性因素，PMN-MDSC在肿瘤免疫治疗耐药中发挥了重要作用[4]。然而，PMN-MDSC的铁死亡在肿瘤免疫中的具体作用仍不清楚。
近日，由阿斯利康的Dmitry I. Gabrilovich领衔的研究团队，在《自然》发表了一项重要研究成果。
他们发现虽然肿瘤微环境中的PMN-MDSC会因铁死亡诱导自发死亡，并促进含氧脂质的释放，从而抑制T细胞的活性。通过基因编辑或药理学抑制剂抑制铁死亡，可消除MDSC的抑制活性，抑制肿瘤进展，并可协同免疫检查点抑制剂起到强效抗肿瘤的作用[5]。
总之，这项研究发现PMN-MDSC中铁死亡的作用及调控机理，并为抗肿瘤免疫反应提供了一种独特且可靶向的治疗策略。
图1. 文章封面截图
为明确肿瘤PMN-MDSC对铁死亡的敏感性，Gabrilovich团队分析了Zilionis等人发表的非小细胞肺癌单细胞转录组数据集[6]，并发现肿瘤PMN的铁死亡特征显著高于外周血PMN、其他骨髓细胞和肿瘤T淋巴细胞（图2）。
此外，他们还通过质谱技术检测了肿瘤PMN-MDSC、骨髓和脾脏分离细胞中铁死亡特征性物质（AA-PEox：花生四烯酸）的含量，发现肿瘤PMN-MDSC中具有较高的AA-PEox的积累，表明肿瘤PMN-MDSC具有更高的铁死亡敏感性。
图2. 单细胞测序检测不同细胞中铁死亡相关基因的表达
为进一步明确铁死亡对PMN-MDSC的影响，Gabrilovich团队使用细胞凋亡（z-VAD-FMK）、铁死亡（ferrostatin-1）和坏死性凋亡（necrostatin-1）抑制剂，分别处理脾脏PMN-MDSC和肿瘤PMN-MDSC，发现相比于脾脏PMN-MDSC，铁死亡抑制剂可显著提高PMN-MDSC的活力（图3）。
图3. 铁死亡抑制剂可显著提高肿瘤PMN-MDSC的活力
考虑到PMN-MDSC的主要功能是免疫抑制，因此，Gabrilovich团队进一步探讨了铁死亡对肿瘤PMN-MDSC免疫抑制活性的影响。
他们发现，铁死亡药理学抑制剂liproxstatin-1可显著抑制PMN-MDSC的免疫抑制活性，且使用liproxstatin-1干预肿瘤PMN-MDSC后，其对CD3/CD28活化T细胞的抑制活性显著降低（图4）。
由此可见，铁死亡在肿瘤PMN-MDSCs的免疫抑制活性中起重要作用。
图4. 铁死亡抑制剂liproxstatin-1对PMN-MDSC免疫抑制能力的影响
随后，Gabrilovich团队进一步探讨了肿瘤PMN-MDSC中铁死亡发生的机制。
他们首先评估了铁死亡诱导关键蛋白Alox12/15对肿瘤PMN-MDSC基因表达谱的影响，发现Alox12/15的缺失可导致补体活化、中性粒细胞介导的免疫反应、单核细胞趋化性，以及抗原加工和呈递相关的基因上调（图5），表明PMN-MDSC中铁死亡缺陷会导致PMN激活相关的基因上调。
图5. Alox12/15缺失对PMN-MDSC基因表达谱的影响
代谢组分析表明，Alox12/15缺陷的PMN-MDSC中嘌呤核苷酸降解途径上调，表明PMN-MDSC中铁死亡缺陷与蛋白质合成相关途径的上调有关。
由于AA-PEox的积累是铁死亡的标志，且已有研究表明PMN-MDSC中脂肪酸转运蛋白FATP2的选择性上调与AA-PEox的积累有关[7]。因此，他们进一步探讨了FATP2对于PMN-MDSC铁死亡途径的影响，发现在FATP2缺陷的PMN-MDSC中，铁死亡相关基因以及氧化AA-PEox水平显著下调（图6）。
图6. FATP2对PMN-MDSC铁死亡的影响
那PMN-MDSC的铁死亡是如何促进其免疫抑制作用的呢？由于氧化磷脂是铁死亡途径的主要产物，Gabrilovich团队猜测：PMN-MDSC的铁死亡很有可能通过氧化磷脂直接抑制T细胞的功能。
基于以上假设，他们使用合成的氧化磷脂PE和PC处理T细胞，发现氧化PE和PC在5μM浓度下可显著抑制小鼠T细胞增殖（图7），而当浓度升高到10μM时，可显著抑制人T细胞的增殖。
图7. 氧化磷脂对PMN-MDSC免疫抑制作用的影响
正所谓“白猫黑猫，能抓住老鼠就算好猫”，所以靶向铁死亡的治疗策略是否可以有效调控抗肿瘤免疫反应，抑制肿瘤生长就成了问题的核心。
因此，Gabrilovich团队通过构建异种移植小鼠荷瘤模型，用铁死亡药理学抑制剂liproxstatin-1进行治疗，发现liproxstatin-1可显著抑制肿瘤生长，且可以增强免疫检查点抑制剂的治疗效果。
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此外，他们还构建了对免疫治疗耐药的小鼠模型-胰腺癌自发成瘤鼠（KPC鼠），使用liproxstatin-1联合免疫检查点抑制剂的方案对其进行治疗，发现这种联合治疗可诱导50%的小鼠肿瘤缩小（图8），这表明即使在对免疫治疗耐药的肿瘤中，liproxstatin-1也可以增强免疫检查点抑制剂的作用。
图8. liproxstatin-1连个免疫检查点抑制剂对KPC鼠的治疗效果
综上所述，这项研究表明PMN-MDSC中铁死亡可通过诱导T细胞功能衰退促进肿瘤生长，且这种对T细胞的免疫抑制作用很有可能大于其发挥的抑癌作用，因此，靶向铁死亡可显著增强免疫检查点抑制剂的治疗效果，这为肿瘤治疗提供了一种新策略。
