淋巴保护转移的黑色素瘤细胞免于铁死亡

来源：BioArt
黑色素瘤和上皮癌形成远端转移之前，通常在引流淋巴结（draining lymph nodes）形成转移，区域性淋巴结转移可进一步促进远端转移【1】。淋巴结中的癌细胞可以迁移到血管，然后通过血液转移。但也有些远端转移的起源克隆完全不同于淋巴结中的克隆，这就导致一个问题：这些远端转移的癌细胞是直接从原发肿瘤进入血液，还是先通过淋巴系统然后进入血液。
越来越多的证据显示淋巴系统促进癌症细胞的迁移和生存。一些癌症细胞经淋巴内注射能比静脉注射形成更多的肿瘤【2】。VEGF-C和趋化因子促进癌症细胞迁移进入淋巴管，代谢脂肪酸的能力有助于癌症细胞在淋巴系统的生存和形成远端转移。此外，通过血液转移是一个效率非常低下的过程，癌症细胞存活率较低，其中重要的限制因素是氧化应激，虽然氧化应激如何杀伤转移的细胞还有待研究。脂质氧化可诱导铁死亡，其是磷脂中不饱和脂肪酸被铁离子氧化后诱导的一种细胞死亡形式【3】。虽然一些癌症细胞迁移到淋巴管，然后进入血液，形成远端转移，但暴露于淋巴会对其随后在血液中的生存有何影响，目前仍不清楚。
近日，来自德州大学西南医学中心的Sean J. Morrison在Nature杂志发表文章 Lymph protects metastasizing melanoma cells from ferroptosis，发现病人来源黑色素瘤异种移植模型和鼠源黑色素瘤同种移植模型中，肿瘤引流淋巴中的黑色素瘤细胞数量比肿瘤引流血液的多。经血液转移细胞的生存依赖于铁死亡抑制因子GPX4，用铁死亡抑制剂预处理导致静脉注射的细胞形成更多的转移，而经淋巴转移的细胞不依赖于铁死亡抑制因子，预处理也不能促进更多的转移形成。淋巴液和血浆存在多种差异，或与淋巴的低氧化应激和铁死亡有关，其中包括淋巴中谷胱甘肽、油酸含量更高和游离铁水平较低。油酸依赖于Acsl3保护黑色素瘤细胞免于铁死亡，增加其形成转移性肿瘤的能力。相比于皮下肿瘤来源的黑色素瘤细胞，淋巴结来源的黑色素瘤细胞经静脉注射后，对铁死亡更加具有抗性，能形成更多的转移。

研究人员首先获得病人来源的转移效率高和低两类黑色素瘤细胞，分别经皮下、静脉和淋巴内注射到免疫功能低下的小鼠中，发现经淋巴注射形成肿瘤及远端转移需要更少的黑色素瘤细胞；在患有小鼠黑色素瘤的免疫功能正常小鼠中得到类似的结论。皮下注射黑色素瘤，当皮下肿瘤达到直径2.0cm时，发现肿瘤引流淋巴结中黑色素瘤细胞数量远多于肿瘤引流血液。检测细胞活性氧（ROS）水平，发现相比于皮下肿瘤和淋巴，血液中黑色素瘤细胞持续具有较高水平的ROS；血液中黑色素瘤细胞具有显著较低的谷胱甘肽/氧化谷胱甘肽（GSH/GSSG），而淋巴液比血浆具有更高的GSH浓度、GSH/GSSG比以及更低的8-OHdG氧化产物。即相比于淋巴，血液是一个氧化较高的环境，导致经血液转移的肿瘤细胞具有更高的氧化应激。
相比于皮下和淋巴，血液中肿瘤细胞具有更高的脂质ROS水平。脂质氧化可诱导铁死亡，所以研究人员发现erastin（促进铁死亡）显著降低细胞数量，而liproxstatin-1（抑制铁死亡）可阻断细胞数量降低。铁离子能促进脂质ROS的产生，对铁死亡非常重要，发现血浆比淋巴液具有更多游离铁离子。那么铁死亡是否能限制血液中黑色素瘤细胞的生存？将黑色素瘤细胞进行liproxstatin-1预处理，然后静脉移植给小鼠，发现liproxstatin-1预处理显著增加黑色素瘤细胞形成转移肿瘤的能力，而liproxstatin-1预处理对淋巴注射没有影响，淋巴内黑色素瘤细胞的生存不受铁死亡的影响。使用抗氧化物质N-acetyl-L-cysteine或Trolox具有类似的效果。GPX4可通过减少脂质ROS积累抑制铁死亡，敲除Gpx4对黑色素瘤细胞的生存或增殖没有影响，略微减少原位皮下肿瘤生长，显著减少血液中黑色素瘤细胞的比例和自发形成远端转移性肿瘤的百分比；Gpx4敲除的黑色素瘤细胞经静脉注射能够远端转移性肿瘤的百分比显著降低，而经淋巴注射则不受影响。进一步证明血液中，铁死亡限制黑色素瘤细胞的生存。
为了进一步理解为什么血液中黑色素细胞经历铁死亡，而淋巴中不经历，研究人员皮下移植黑色素瘤，等其自发形成转移，然后分离血液和淋巴中黑色素瘤细胞进行代谢组分析。提取淋巴和血液中黑色素瘤细胞的差异性代谢物进行通路分析，发现前五的通路中3项与脂质代谢有关。57种脂质代谢物中，油酸是差异最大的。油酸是一种单不饱和脂肪酸，通过减少膜中可用于氧化的多不饱和脂肪酸的数量或密度来抑制铁死亡。erastin显著降低细胞数量，油酸可抑制erastin诱导的细胞数目降低，亚油酸不能，而油酸和亚油酸（多不饱和脂肪酸）单独暴露对黑色素瘤细胞数目没有影响。油酸预处理的黑色素瘤细胞经静脉注射显著增加黑色素瘤细胞形成转移肿瘤的能力。虽然血浆和淋巴中游离的油酸含量非常低，但淋巴中三酰甘油和磷脂中油酸的总水平显著高于血液，且淋巴液中油酸主要存在于三酰甘油中，而血浆中油酸通常存在于磷脂中。大多数人类和小鼠黑色素瘤细胞都表达ACSL3，ACSL3可将脂肪酸转化为脂肪酰辅酶A酯，并与膜磷脂结合，保护细胞免于铁死亡。油酸能抑制erastin诱导的铁死亡，而敲除Acsl3则消除油酸的保护作用，重新表达野生型的Acsl3能恢复油酸的保护作用。即油酸依赖于ACSL3，抑制erastin诱导的铁死亡。
总的来说，研究证明了暴露于淋巴环境能保护黑色素瘤细胞免于铁死亡，增加其在随后血液转移过程中的生存能力，增加远端转移肿瘤的形成，为研究肿瘤转移提供新的视角。

参考文献

1. Willis, R. A. The Spread of Tumours in the Human Body 3rd edn (Butterworths, 1973).2. Wallace, A. C. & Hollenberg, N. K. The transplantability of tumours by intravenous and intralymphatic routes. Br. J. Cancer 19, 338–342 (1965).3. Dixon, S. J. & Stockwell, B. R. The hallmarks of ferroptosis. Annu. Rev. Cancer Biol. 3, 35–54 (2019).