导读

细胞铁死亡是新型的细胞死亡方式，通常表现出线粒体功能障碍。在氧化磷酸化（OXPHOS）过程中，线粒体是大多数哺乳动物细胞中活性氧（ROS）的重要来源。已有研究表明，线粒体在铁死亡中的作用不仅限于 ROS 的产生，还包括铁离子的代谢、ATP 产生以及 NAD+/NADH 变化等方面。最新研究发现在骨肉瘤（OS）细胞中，抑制 RORγ 会抑制 OXPHOS 激活，从而诱导细胞凋亡和铁死亡。

2024 年 4 月 30 日，中山大学王军舰、刘培庆及袁燕秋课题组共同在 Cell Reports Medicine 上在线发表题为「Tumor mitochondrial oxidative phosphorylation stimulated by the nuclear receptor RORγ represents an effective therapeutic opportunity in osteosarcoma」的论文。研究团队发现 RORγ 在 OS 肿瘤中过表达，并与过度激活的 OXPHOS 有关。RORγ 诱导 PGC-1β 的表达，并与之发生物理相互作用，通过上调呼吸链组分基因的表达来激活 OXPHOS 程序。抑制 RORγ 会强烈抑制 OXPHOS 激活、下调线粒体功能并增加 ROS 生成，从而导致 OS 细胞凋亡和铁死亡。RORγ 反向激动剂能强烈抑制 OS 肿瘤的生长和进展，并使 OS 肿瘤对化疗敏感。

图 1：相关研究（图源：Cell Reports Medcine）

主要研究内容

1. RORγ 抑制通过抑制 OXPHOS 抑制 OS 细胞的存活

为了探索 RORγ 抑制影响 OS 细胞存活的潜在机制，研究人员通过 RNA 测序分析了 XY018 处理过的 143B 骨肉瘤细胞的转录组。结果显示，与线粒体代谢相关的基因表达显著下调，特别是 OXPHOS 途径中的关键基因。功能实验显示，RORγ 在 OS 细胞线粒体代谢重编程中发挥着关键作用。此外，RORγ 反向激动剂还导致 ATP 产生减少和 NAD+/NADH 比率下降，激活了 AMPK 并抑制了磷酸化 mTOR，进一步证明 RORγ 抑制强烈抑制 OXPHOS 并损害线粒体功能。这些数据共同表明，RORγ 抑制 OS 细胞存活的一个主要机制是抑制 OXPHOS。

图 2：RORγ 抑制通过抑制 OXPHOS 抑制 OS 细胞的存活（图源：Cell Reports Medcine）

2. RORγ 抑制通过促进 OS 细胞的氧化应激诱导细胞凋亡和铁死亡

为了研究抑制 RORγ 是否能通过氧化应激诱导的脂质过氧化促进 OS 细胞的铁死亡。研究人员用 C11-BODIPY 染色后，发现 RORγ 反向激动剂通过氧化应激诱导的脂质过氧化促进铁死亡，表现为 MDA 水平增加和铁死亡标志物 Fe2+的积累。形态学分析也显示，RORγ 的反向激动剂诱导细胞质区域收缩和线粒体膜密度增加。综上所述，这些数据表明 RORγ 的抑制通过促进 OS 细胞的氧化应激来诱导细胞凋亡和铁死亡。

图 3：RORγ 抑制通过促进 OS 细胞的氧化应激诱导细胞凋亡和铁凋亡（图源：Cell Reports Medcine）

3. RORγ 与 PGC-1β 的物理相互作用，控制 OXPHOS 和线粒体功能

OXPHOS 对 RORγ 抑制的显著影响促使研究人员研究 RORγ 作为转录因子是否直接控制 OXPHOS 中涉及的关键基因的转录。通过 ChIP-seq 分析显示，RORγ 不仅直接控制着 OXPHOS 中关键基因的表达，还通过与 PGC-1β 的物理相互作用影响线粒体功能。PGC-1β 作为线粒体功能的主调节器，其表达受 RORγ 的调控，并且 PGC-1β 的表达水平与 RORγ 的表达水平呈正相关。PGC-1β 敲低抑制了 RORγ 介导的 ETC 基因的表达，包括氧化磷酸化的减少、ATP 的下降、ROS 产生增加以及 NAD+/NADH 比率下降。同时通过免疫共沉淀和 ChIP-qPCR 表明 RORγ 可以与 OS 细胞中的 PGC-1β 发生物理相互作用，且 PGC-1β 过表达有效阻止 RORγ 反向激动剂诱导的 OS 细胞生长抑制和 ROS 产生。这说明 RORγ 与 PGC-1β 存在物理相互作用，以控制 OXPHOS 和线粒体功能。

图 4：PGC-1β 与 RORγ 协调控制 OXPHOS、OS 存活和线粒体功能（图源：Cell Reports Medcine）

4. RORγ 反向激动剂有效抑制 OS 肿瘤在体内的生长和转移

为了评估了 RORγ 反向激动剂对 OS 肿瘤体内生长的影响，研究人员向异种移植（PDX）的小鼠中注射 RORγ 反向激动剂。结果显示，与对照组相比，RORγ 反向激动剂显著抑制了肿瘤生长，同时未引起小鼠体重显著变化或对主要器官（如肝脏和肾脏）造成组织学损伤，表明小鼠对治疗有良好的耐受性。此外，研究人员还考察了 RORγ 反向激动剂对耐药 OS 患者（耐甲氨蝶呤和顺铂）的患者来源 PDX 模型的影响，并发现这些反向激动剂显著抑制了肿瘤对这些化疗药物的耐药性。免疫印迹分析显示，RORγ 反向激动剂显著增加了铁死亡标志物以及凋亡标志物的水平。研究人员进一步构建 OS 转移模型，发现 RORγ 反向激动剂能有效抑制肿瘤的转移，并显著减少肺部转移肿瘤结节的数量。综上所述，这些结果表明 RORγ 反向激动剂有效抑制 OS 肿瘤在体内的生长和转移。

图 5：RORγ 反向激动剂能有效抑制 OS 肿瘤的生长（图源：Cell Reports Medcine）

总结

在这项研究中，研究人员发现 NR RORγ 是 OS 中 OXPHOS 程序的关键驱动因素。在多种体外和体内模型中，RORγ 反向激动剂能强烈抑制 OXPHOS 激活、下调线粒体功能、诱导细胞凋亡和铁死亡，并阻止 OS 肿瘤的生长和进展。这些发现将 RORγ 确定为晚期 OS 的有效治疗靶点。

通讯作者资料

王军舰

博士，中山大学药学院教授、博士生导师，广东省成药性评估及评价工程实验室副主任，广东省粤港澳研究团队带头人，广东省杰出青年基金获得者，中山大学 「百人计划二期」 青年杰出人才。主要从事肿瘤药理学和抗肿瘤创新药物研究工作。

刘培庆

医学博士，教授，博士生导师，中山大学药学院药理与毒理学实验室主任，新药研发技术中心主任。享受国务院政府特殊津贴专家、广东省特支计划杰出人才（南粤百杰）、广东省首批「珠江人才计划」本土创新团队带头人，中山大学卓越人才计划高层次人才，药理学国家重点学科带头人之一。主要从事心血管药理学及分子生物学研究，研究方向为高血压心肌肥大及心衰的病理机制及相关新药研究。

袁燕秋

博士，中山大学药学院副教授/博士生导师，中山大学「百人计划」二期引进人才。回国前长期在世界三大药企之一的诺华制药的肿瘤分部担任研究员，带领生化团队参与研发多个新型小分子抗癌药物。聚焦于蛋白质翻译后修饰相关的药物靶标发现、药物筛选，以及相关化学生物学、药理学研究。

参考文献

[1] Zheng, Jianwei et al.Tumor mitochondrial oxidative phosphorylation stimulated by the nuclear receptor RORγ represents an effective therapeutic opportunity in osteosarcoma.Cell reports. Medicine, 101519. 24 Apr. 2024.

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