長鏈酰基輔酶合成酶-4（ACSL4）是ACSL傢族的一員，參與脂肪酸的生物合成和分解代謝。ACSL4催化花生四烯酸（AA）合成花生四烯酸輔酶A，參與膜磷脂的合成。ACSL4在細胞膜中富集長鏈多不飽和ω6脂肪酸，並通過塑造細胞脂質組成來決定鐵死亡的敏感性。
鐵死亡與鐵依賴性脂質過氧化物的幹擾密切相關，這些積累的脂質活性氧（L-ROS）可導致細胞鐵死亡。既往研究發現，鐵死亡誘導劑可以抑制腫瘤生長，殺死癌細胞，激活鐵死亡成為一種新的、有效的癌癥幹預途徑。有研究表明ACSL4與多種癌癥的發生發展有關，包括乳腺癌、結直腸癌和肝細胞癌。然而ACSL4在不同腫瘤中作用不同。
肺腺癌是肺癌的主要類型，約占全球所有新診斷肺癌的30%。由於肺腺癌的早期轉移和復發，5年生存率低於30%。目前ACSL4在肺腺癌中的作用尚不清楚。
基於此背景，大連醫科大學第一附屬醫院胸外科一篇題為High-fat diet impairs ferroptosis and promotes cancer invasiveness via downregulating tumor suppressor ACSL4 in lung adenocarcinoma的研究，發表於Biology Direct雜志（影響因子7.173，Q1），報道瞭ACSL4通過促進鐵死亡抑制肺腺癌細胞的生存/侵襲性，並闡明瞭其潛在的分子機制。
作者首先使用GEPIA（GEPIA是一個交互式WEB服務器，用於估計癌癥基因組圖譜和基因型-組織表達的數據庫）分析ACSL4的表達。分析結果顯示，在肺腺癌和肺鱗狀細胞癌中ACSL4的表達均下降（圖1）。
圖1：肺癌中ACSL4的表達下降。紅色：腫瘤組；灰色：正常對照組。num (T)：腫瘤組樣本量；num(N)：正常對照組樣本量。LUAD：肺腺癌；LUSC：肺鱗狀細胞癌。（http://www.xakckj.com.cn/）
接下來，作者檢測瞭肺腺癌患者樣本中的ACSL4表達水平。Western blot檢測結果顯示，ACSL4在大部分腫瘤樣本中的表達顯著降低，免疫組化進一步證實瞭這一結果（圖2）。
圖2a-b：肺腺癌患者ACSL4表達水平降低。（www.xakckj.cn）
Kaplan-Meier生存分析顯示，ACSL4低表達的肺腺癌患者的無進展生存期（PFS）和總生存期（OS）都比ACSL4高表達的患者更差（圖2c，d），提示ACSL4表達在肺腺癌中具有潛在的預後價值。
圖2c-d：ACSL4低表達的肺腺癌患者的無進展生存期（PFS）和總生存期（OS）更差。
作者對TCGA數據庫中524例肺腺癌患者進行通路富集分析，值得註意的是，GSEA和GO富集分析顯示，在ACSL4表達增加的患者中，氧化應激相關基因高度富集（p=0.02），提示ACSL4可能參與瞭氧化應激通路的調控。此外，作者發現ACSL4高表達組，受影響的蛋白都與鐵死亡有關，提示ACSL4可能與肺腺癌中鐵死亡活性的升高有關，如鐵攝取增強、ROS生成增加、鐵螯合作用降低和抗氧化途徑受損（圖3c）。
圖3：ACSL4正向調控肺腺癌中的鐵死亡。
由於臨床和基因表達數據表明，ACSL4的高表達與肺腺癌患者預後改善和鐵死亡增強相關，作者接下來研究改變ACSL4的表達水平是否會影響肺腺癌腫瘤的生長和侵襲性。首先在4個肺腺癌細胞系中敲除（shACSL4）或過表達ACSL4（包括A549、H322、H1299和H460）（圖4a）。與對照組相比，ACSL4敲低組細胞活力更強，而過表達ACSL4組細胞表現出顯著的生長抑制（圖4b）。
圖4a-b：敲低或過表達ACSL4，4種不同的肺腺癌細胞系的細胞活力。
此外，Transwell試驗和傷口愈合試驗均表明，敲低ACSL4可以增強所有4種肺腺癌細胞系的細胞侵襲和遷移能力(圖4c、d)，提示ACSL4在肺腺癌中起到抑癌因子的作用。
圖4c-d：敲低ACSL4增強瞭4種不同的肺腺癌系的細胞侵襲和遷移能力。
作者進一步研究瞭ACSL4表達的改變對鐵死亡的影響。結果顯示，下調ACSL4可以降低Erastin誘導的鐵死亡，而過表達ACSL4則進一步加重瞭鐵死亡。與敲低ACSL4的作用類似，鐵死亡抑制劑Fer-1增強瞭肺腺癌細胞的遷移、侵襲和存活作用。
圖4e：敲低或過表達ACSL4分別降低或加重Erastin誘導的鐵死亡。
既往研究表明，脂質代謝可影響ACSLs的表達和細胞對鐵死亡的敏感性。因此，作者接下來通過體外實驗，檢測瞭高脂處理對肺腺癌的影響。細胞使用0.4 mmol/L棕櫚酸（PA，SYSJ-KJ003/KC003，Kunchuang biotechnology, Xi’an, China）培養48 h後，結果顯示，4種肺腺癌細胞系中ACSL4的表達均下降（圖5a）。與ACSL4敲低細胞的結果一致，棕櫚酸處理的細胞存活增加（圖5b）。此外，Transwell試驗和傷口愈合試驗顯示，棕櫚酸處理促進瞭細胞的遷移和侵襲性(圖5c、d）。引人註目的是，棕櫚酸處理可以部分逆轉Erastin誘導的脂質過氧化物升高，從而抑制肺腺癌細胞的鐵死亡（圖5e）。以上結果證明，高脂處理通過下調ACSL4促進肺腺癌細胞的存活、侵襲和遷移，並抑制鐵死亡。
圖5：棕櫚酸（PA）通過下調ACSL4促進肺腺癌細胞的存活、侵襲和遷移，並抑制鐵死亡。
最後，作者使用體內模型研究高脂飲食對肺腺癌細胞鐵死亡的影響。首先將A549細胞（肺腺癌細胞）註射到裸鼠腹腔生成肺腺癌腫瘤（圖6a）。高脂飲食組的體重與其他組相比最低，提示高脂飲食可能會加重小鼠肺腺癌的疾病進展（圖6b）。同樣，高脂飲食組的腫瘤重量最高，Erastin處理可顯著降低小鼠腫瘤重量（圖6c）。以上證據顯示，鐵死亡誘導劑Erastin可以抑制肺腺癌的進展，而高脂飲食可能是通過抑制腫瘤細胞的鐵死亡從而加重小鼠肺腺癌的疾病進展。
圖6：高脂飲食逆轉瞭Erastin誘導的小鼠細胞鐵死亡。
本研究是首次證明ACSL4在肺腺癌中作為腫瘤抑制因子，並發現高脂飲食通過下調ACSL4抑制肺腺癌中的鐵死亡。
小編總結：本研究使用0.4 mmol/L棕櫚酸（PA，SYSJ-KJ003/KC003，Kunchuang , Xian, China）孵育4種肺腺癌細胞系48h後，ACSL4的表達均下降，細胞活力、遷移和侵襲均增強。本文使用棕櫚酸研究脂質代謝與鐵死亡的的關系，具有很好的參考價值。
