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铁死亡是由氧化应激反应和胱氨酸代谢密切相关的脂基活性氧(ROS)的积累驱动一种非凋亡细胞死亡的调节形式。是一种新发现的细胞死亡类型，不同于传统的细胞凋亡和坏死，是铁依赖性脂质过氧化物积累的结果。铁死亡的特征在于细胞学变化，包括细胞体积收缩和线粒体膜密度增加。铁死亡可由两类小分子物质诱导：一类是系统xc-抑制剂，另一类是谷胱甘肽过氧化物酶4(GPx4)抑制剂。除了这些小分子物质外，还有许多药物（如索拉非尼，青蒿素及其衍生物）可诱导铁死亡。铁死亡过程的一个关键特征是脂质过氧化物的积累，脂质过氧化物通常由抗氧化酶谷胱甘肽过氧化物酶4 (GPX4) 催化去除，此过程需要谷胱甘肽(GSH)作为辅因子。最近的研究表明，抑制或GPX4缺失直接导致由于脂质过氧化物积累激活铁死亡。此外，内源性抗氧化酶的主要辅助因子GSH缺失也抑制GPX4功能。xc-系统是不依赖钠离子的胱氨酸和谷氨酸反向转运蛋白，对于细胞外的胱氨酸转运至细胞内并维持了细胞内正常的谷胱甘肽水平是至关重要的。该转运系统以1：1的比例以细胞内谷氨酸换取细胞外胱氨酸。它由两个亚基组成，轻链亚基SLC7A11（也称为xCT）和重链亚基SLC3A2（也称为CD98）。在人类中，SLC7A11基因位于4号染色体长臂2区8带至3区2带上，属于溶质转运第7家族的第11个成员。SLC7A11是一个12次跨膜蛋白，其N-和C-末端均位于细胞质内，而SLC3A2是单个跨膜蛋白，具有细胞内N-末端和高度糖基化的细胞外结构域作为C-末端。这两个亚基通过共价二硫键连接。轻链亚基SLC7A11负责主要的转运活性，对胱氨酸和谷氨酸具有高度特异性，而重链亚基SLC3A2主要作为伴侣蛋白发挥作用，维持SLC7A11蛋白稳定并调节SLC7A11向质膜的运输。xc-系统的主要功能是从胞外摄取胱氨酸，胱氨酸是谷胱甘肽合成所必需的。细胞摄取胱氨酸是GSH合成的限速步骤，因此胱氨酸代谢功能障碍也可以促使脂质过氧化物积累。SLC7A11 的下调最终导致细胞内胱氨酸水平的丧失和随后谷胱甘肽生物合成的耗竭，间接引起GPX4活性的抑制和随后的铁死亡激活，因此SLC7A11是铁死亡调节的关键蛋白。越来越多的证据表明铁死亡可作为肿瘤抑制新靶点。SLC7A11在多种类型的的人类癌症中高表达，并与患者生存率差相关，高表达的SLC7A11通过促进胱氨酸的摄取，合成还原性GSH保护癌细胞免受氧化应激和铁中毒。最近研究表明p53介导的SLC7A11的下调可抑制肿瘤增殖。此外，越来越多的证据表明SLC7A11是一种潜在的肿瘤生物标志物，因此，SLC7A11在肿瘤中调控的确切机制需要进一步阐明。此项研究试图从肿瘤细胞中分离SLC7A11相关蛋白复合物，通过分析确定了与卵巢肿瘤 (OTU) 家族去泛素化酶OTUB1在体内和体外都与SLC7A11直接结合。进一步验证SLC7A11-OTUB1这种相互作用的功能，发现OTUB1通过直接结合SLC7A11降低其泛素化水平，从而抑制SLC7A11以蛋白酶体依赖的方式降解来稳定SLC7A11。不同处理条件（TBH、半胱氨酸饥饿和 erastin）下，OTUB1敲除细胞中的铁死亡均被铁螯合剂挽救。表明OTUB1参与调节铁死亡，OTUB1 失活主要通过下调 SLC7A11 水平促进癌细胞的铁死亡。ONCOMINE 数据库检查显示，OTUB1 在人膀胱癌中的表达显著升高，通过体内体外实验进一步明确OTUB1的缺失主要通过稳定SLC7A11来抑制膀胱癌细胞生长。虽然OTUB1属于去泛素酶的OTU家族，但多项研究表明其调节靶蛋白的泛素化水平可能与其去泛素化酶活性无关。OTUB1可以通过非常规机制促进蛋白稳定，如OTUB1酶结构域的点突变体仍具有稳定靶蛋白的能力。OTUB1还可以通过和E3连接酶招募E2结合酶直接相互作用，阻断E2所需要的多泛素化的共轭酶活性来稳定其蛋白底物，抑制蛋白靶标的泛素化。例如，在DNA损伤反应中，OTUB1通过结合抑制E2泛素结合酶Ubc13/UBE2N，从而抑制RNF168依赖的组蛋白多泛素化。为了明确OTUB1维持SLC7A11 的稳定的机制，研究中设计OTUB1两个不同活性的功能突变体(C91A：破坏去泛素化酶活性)和OTUB1 (D88A：破坏和E2结合酶之间的相互作用)。两个突变体均可以与 SLC7A11 相互作用，但OTUB1 (D88A) 和SLC7A11之间的结合亲和力明显低于OTUB1 (C91A)。过表达OTUB1 (C91A)有效地促进SLC7A11的稳定性，而OTUB1 (D88A)则无效，这表明尽管OTUB1诱导 SLC7A11 稳定的确切机制需要进一步阐明，但OTUB1和SLC7A11之间的结合不依赖与其去泛素化酶活性，而是与其同E2 结合酶之间的相互作用有关。CD44是体内分布极为广泛的细胞表面跨膜糖蛋白，作为细胞粘附分子和透明质酸的受体发挥作用。由于翻译后修饰，它具有不同的亚型：标准型 (CD44s) 和变异型(CD44v) 。CD44通常在造血细胞中表达，然而许多研究表明CD44s和它的剪接变体CD44v在许多类型的肿瘤中都高表达，因此CD44作为肿瘤干细胞的关键细胞表面标志物参与肿瘤的发展。最近的一项研究表明，人胃肠道肿瘤细胞中CD44v高表达，SLC7A11与CD44v相互作用促进了细胞对ROS的细胞防御。在本研究中检测所有使用的癌细胞系得到高水平的CD44s，但几乎没有检测到CD44v，因此本研究首次证明SLC7A11稳定性受CD44s的调控，从而降低肿瘤细胞对氧化应激的敏感性抑制铁死亡，且这种调节作用依赖于OTUB1。为了阐明CD44介导的SLC7A11的稳定的分子机制，本研究通过免疫共沉淀分析检测表明CD44、SLC7A11、OTUB1三者之间存在两两相互作用，证实SLC7A11的N端结构域是OTUB1相互作用所必需的，而SLC7A11的C端结构域对于结合CD44至关重要。因此，OTUB1和CD44与SLC7A11的不同区域相互作用。由于CD44可以通过增强SLC7A11和OTUB1之间的结合来稳定SLC7A11，因此很可能CD44、OTUB1 和 SLC7A11形成了一个稳定的三蛋白复合物。这些数据表明，在肿瘤中细胞粘附分子CD44通过增加OTUB1的募集来稳定SLC7A11，促进SLC7A11与OTUB1的相互作用，从而抑制铁死亡。(i) OTUB1在体内外都与SLC7A11直接结合；(ii) OTUB1是肿瘤细胞中SLC7A11活性的主要调控因子；(iii) OTUB1失活主要通过下调SLC7A11水平促进肿瘤细胞的铁死亡；(iv) OTUB1在肿瘤中高表达，OTUB1-SLC7A111相互作用对肿瘤生长至关重要；(v)肿瘤细胞中OTUB1-SLC7A11相互作用受CD44的严格调控。此研究阐明OTUB1介导的SLC7A11稳定抑制铁死亡反应，由于体内由OTUB1缺失引起的肿瘤生长抑制很容易被SLC7A11过表达逆转。因此，通过破坏SLC7A11水平或抑制OTUB1功能来调节OTUB1/SLC7A11通路可能是一种可行的肿瘤治疗策略。参考文章：
1. The deubiquitylase OTUB1 mediates ferroptosis via stabilization of SLC7A11. Cancer Res. 2019 Feb 1. PMID: 30709928 DOI: 10.1158/0008-5472.CAN-18-3037
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