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铁死亡
各种形式的程序性细胞死亡（PCD）根据其特定的分子机制表现出不同的特征，且不同形式间存在相互作用。铁死亡与自噬和细胞凋亡相关，但尚不清楚其与焦亡之间的潜在相互作用。

2024年1月4日，中南大学陶永光、肖德胜及刘双共同通讯（王海燕为第一作者）在Advanced Science在线发表题为“BRCC36 Deubiquitinates HMGCR to Regulate the Interplay Between Ferroptosis and Pyroptosis”的研究论文，该研究揭示了铁死亡和焦亡之间的相互拮抗关系，其中3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶（HMGCR）在两者的相互作用中起关键作用。因此，靶向BRCC36是HCC治疗的一种有效策略。综上所述，该发现为进一步表征肿瘤异质性提供了新的理论证据，并为HCC的诊断和治疗提供了新的分子靶点。
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研究背景
本研究探究了不同程序性细胞死亡（PCD）形式之间的潜在相互作用，尤其是铁死亡和丝状蛋白死亡之间的潜在连接。铁死亡是一种与自噬和凋亡相关，以氧化磷脂酰化膜脂积累为特征的铁依赖性细胞死亡方式。丝状蛋白死亡是由gasdermin家族蛋白驱动的细胞溶解性细胞死亡形式，以细胞肿胀和炎症介质释放为特征。先前研究表明HMGCR（3-羟-3-甲基戊二酸辅酶A还原酶）通过影响GPX4和辅酶Q10的合成来抑制铁死亡，但其调控铁死亡和丝状蛋白死亡相互作用的机制尚不明确。
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研究发现
HMGCR在铁死亡期间主要位于线粒体，但在丝状蛋白死亡诱导剂处理后转移到内质网。BRCC36（BRCA1/BRCA2含复合物亚单位36）去泛素化酶，能够去泛素化HMGCR，依赖其DUB活性，从而抑制铁死亡并促进丝状蛋白死亡。BRCC36在肝细胞癌中发挥致癌基因作用，促进癌细胞增殖、迁移、侵袭和肿瘤生长。Thiolutin作为BRCC36的抑制剂，能有效地抑制其与HMGCR的相互作用，导致肝癌生长受到抑制。
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临床意义
该研究揭示了BRCC36作为肝细胞癌的新靶标，提供了针对肝癌治疗的新策略，有望通过靶向BRCC36来遏制HCC的发展。
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实验策略
利用不同浓度的微塑料（MPs）对肝细胞进行处理，研究铁死亡和丝状蛋白死亡之间的相关性。通过Western blot分析，检测铁死亡标记物（GPX4, HMGCR）和丝状蛋白死亡调控因子。探讨HMGCR的作用，观察其在过表达和敲低条件下对肝癌细胞形态的影响。研究BRCC36与HMGCR之间的相互作用，评估其对HMGCR稳态水平的影响。使用肝癌细胞系和裸鼠模型评估BRCC36的致癌作用。评估Thiolutin作为BRCC36抑制剂的作用，探究其治疗效果。
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数据解读
图1：HMGCR调节铁死亡与丝状蛋白死亡的关联性
图1A-C显示了铁死亡和丝状蛋白死亡间的潜在相互影响。通过流式细胞分析法测定L02细胞内脂质ROS水平，以及LDH释放量，以及在不同浓度的微塑料处理下观察到的丝状蛋白死亡形态。图1D的蛋白表达分析揭示出在不同铁死亡和丝状蛋白死亡诱导剂处理下，HMGCR等关键蛋白的表达模式。HepG2和SMMC7721细胞在丝状蛋白死亡诱导剂处理后显示降低的细胞活力和增加的LDH释放量（图1E，F）。
图2：HMGCR在内质网促进丝状蛋白死亡，在线粒体抑制铁死亡
此图解说明了HMGCR在内质网中促进丝状蛋白死亡，并在线粒体中抑制铁死亡的作用机制。通过对HMGCR过表达或敲除的肝癌细胞进行丝状蛋白死亡诱导剂处理，通过观察细胞形态（A）和检测LDH释放（B）来评估细胞死亡。此外，利用西方免疫印迹法检测相关蛋白表达水平（C-D），以及CCK8试剂评估细胞活性（E），研究结果突出了HMGCR的调控作用。通过免疫荧光实验（IF）揭示了HMGCR在不同细胞死亡模式中的亚细胞定位（F），而西方免疫印迹法进一步确认了HMGCR的亚细胞分布情况（G）。
图3：BRCC36与HMGCR的相互作用
此图探讨了BRCC36与HMGCR的相互作用。实验证明，BRCC36通过与HMGCR相互作用在细胞内稳定后者的蛋白水平，这一结果通过qPCR、西方免疫印迹法和细胞共沉淀实验（Co-IP）得到证实（A-I）。图中还展示了通过免疫荧光实验（IF）在Hep3B细胞中检测到的两种蛋白的共定位现象（J）。
图4：BRCC36通过去泛素化作用稳定HMGCR蛋白的机制
所展示的数据来自于用MG132或CHX处理后方蛋白表达水平的检测，以及通过Co-IP实验确定HMGCR的泛素化状态，显现出BRCC36在蛋白稳态管控中的重要角色。
图5：揭示了BRCC36在铁死亡和丝状蛋白死亡两种途径中的调节作用。
细胞生存能力的测定、电镜成像、流式细胞术和基因集富集分析（GSEA）被用以验证BRCC36抑制铁死亡的同时会促进丝状蛋白死亡的假设。

图6：确定了BRCC36在肝细胞癌发展中担当致癌基因的功能。
通过免疫组化检测（IHC）、细胞活性和细胞克隆形成能力的评估，以及裸鼠移植实验观察到BRCC36的表达与肝癌细胞的增殖、侵袭能力和肿瘤生长的加剧显著相关。
图7：探究了Thiolutin作为BRCC36抑制剂的抗肝癌潜力。
实验结果显示，Thiolutin能降低HMGCR的水平并削弱其与BRCC36的相互作用，抑制了HCC肿瘤生长并增强了铁死亡。
图8：提供了关于BRCC36如何调控铁死亡与丝状蛋白死亡交互作用的概述。
尤其是BRCC36如何通过去除HMGCR上的K63多泛素链来稳定HMGCR蛋白。
综上所述，本系列实验结果强调了HMGCR和BRCC36之间的相互调节作用以及此机制在控制肝癌进展中所扮演的重要角色。这为发展新的治疗策略，如直接靶向BRCC36，提供了明确的方向。
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主要结论
铁死亡和丝状蛋白死亡之间存在相互拮抗的关系，HMGCR在这一交互过程中起关键作用。BRCC36通过去泛素化方式稳定HMGCR并调节铁死亡与丝状蛋白死亡。靶向BRCC36可以作为肝细胞癌治疗的新策略。
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讨论总结
本研究重点探讨了细胞死亡形式间的相互作用和转换，HMGCR作为关键因素在铁死亡和丝状蛋白死亡之间的调节作用。发现BRCC36对HMGCR有稳定与去泛素化作用，表明BRCC36能够通过调控HMGCR影响肿瘤细胞对铁死亡和丝状蛋白死亡的敏感性，推动肝癌的进展。此外，提出了Thiolutin作为BRCC36的潜在抑制剂，它通过靶向BRCC36，促进铁死亡并抑制丝状蛋白死亡，表现出潜在的抗肝癌活性。这些发现为更深入地研究肿瘤异质性提供了新的理论依据，并为临床上肝癌的诊断和治疗提供了新的分子靶点。
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撰文丨解螺旋
排版丨吱吱
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