SLC7A11在干扰素-γ调控肿瘤细胞铁死亡中的功能和机制

Interferon-γ (IFNγ) is a cytokine that plays critical roles in regulating anti-tumor immune response, and itself also has cytotoxic effects by inhibiting tumor cell proliferation or inducing tumor cell death. Ferroptosis is a form of cell death caused by accumulation of lethal lipid hydroperoxides, and has been implicated in multiple physiological and pathological conditions in vivo. However, its involvement in anti-tumor immune response is still unknown. Our previous studies shown that immunotherapy-activated CD8+ T cells could increase the tumoral lipid peroxidation and sensitize tumor cell to ferroptosis, which is dependent on the activation of IFNγ signaling in tumor cells. Thus, we propose here to better define the regulation of IFNγ on ferroptosis and its underlying molecular mechanism. The specific aims we focus on are: investigating the regulation of IFNγ on tumoral ferroptosis in vivo; clarifying the function of SLC7A11 in IFNγ-regulated ferroptosis; and exploring the mechanism how IFNγ regulates SLC7A11 expression. The experiments will be performed using tumor-bearing animal model and other regular techniques involved in tissue culture and molecular biology. Our project will connect ferroptosis and tumor immunity for the first time, and facilitate a better understanding of ferroptosis regulation by immune response. Moreover, our study uncovers a novel function of IFNγ in anti-tumor response: induction of ferroptosis.

干扰素-γ（IFNγ）是抗肿瘤免疫反应中的关键调控因子，并且其本身也能直接抑制肿瘤细胞增殖或诱导细胞死亡。铁死亡是一种由脂质过氧化损伤所引起的细胞死亡，并参与了体内的多种生理及病理过程，但其在抗肿瘤免疫反应中的作用仍然未知。我们的前期研究发现免疫治疗中活化的CD8+T细胞能够显著升高肿瘤细胞的脂质过氧化水平并增强细胞对铁死亡的敏感性，而且该作用依赖于肿瘤细胞内IFNγ通路的激活。本项目拟在此基础上深入研究IFNγ对铁死亡的调控及背后的分子机制。具体内容包括：探究IFNγ在体内对肿瘤细胞铁死亡的调控；明确SLC7A11 在IFNγ调控的铁死亡中的作用；探究IFNγ对SLC7A11表达调控的分子机制。实验手段包括动物移植瘤模型、细胞培养和分子生物学等常规技术。本项目将首次建立铁死亡和肿瘤免疫之间的联系，并拓展人们对于铁死亡调控机制的认识，同时揭示铁死亡作为IFNγ抗肿瘤反应的一个全新机制。

IFNγ在抗肿瘤免疫反应中发挥着至关重要的作用，其信号通路的缺失会导致肿瘤免疫治疗的失效。IFNγ本身也具有直接的抗肿瘤作用，能够抑制细胞增殖或诱导细胞死亡。铁死亡是一种由铁离子依赖的脂质过氧化损伤所导致的细胞死亡，其受到胞内多条代谢通路的调控，包括SLC7A11介导的胱氨酸转运和后续的GSH合成。已知铁死亡参与了缺血性损伤和神经退行性疾病等多种生理和病理过程，但其在肿瘤免疫及免疫治疗中的作用还不完全清楚。我们的前期研究发现经免疫治疗活化的CD8+T细胞通过释放IFNγ来增敏肿瘤细胞的铁死亡，同时IFNγ能够下调肿瘤细胞SLC7A11的表达。在此基础上，本项目计划深入探索IFNγ及其调控的SLC7A11对肿瘤细胞铁死亡的体内效应及分子机制。具体地，我们研究了重组IFNγ处理及IFNγ信号缺失在体内对肿瘤生长的影响，以及SLC7A11对肿瘤铁死亡和体内生长的影响，最后还探究了IFNγ下游的JAK-STAT1分子对SLC7A11表达和功能的调控。.我们的研究结果显示IFNγ能够增敏体外培养肿瘤细胞的铁死亡，同时重组IFNγ在体内也能直接诱导肿瘤细胞发生铁死亡。在免疫健全小鼠中，IFNγ受体缺失会抑制小鼠肿瘤的生长，说明除了对铁死亡的影响，IFNγ对于肿瘤早期的发生发展也具有促进作用。机制研究发现，IFNγ通过下调SLC7A11的表达来抑制细胞对胱氨酸的摄取及下游GSH的合成，从而增强肿瘤细胞对铁死亡的敏感性。但SLC7A11的敲降或缺失对小鼠和人肿瘤细胞在体内的生长没有显著影响，说明体内具有代偿机制使细胞不依赖于SLC7A11介导的胱氨酸转运。IFNγ能够在转录水平抑制SLC7A11的表达且其依赖于JAK-STAT1的活化。总之，我们的研究揭示了铁死亡作为IFNγ抗肿瘤的全新作用机制，拓展了人们对于铁死亡与免疫系统相互作用的认知，研究也将有助于未来铁死亡诱导剂的开发及其体内应用。