2023年2月6日，来自University of Texas MD Anderson Cancer Center的甘波谊和陈俊杰教授团队在《Nature Cell Biology》杂志发表了研究论文：Actin cytoskeleton vulnerability to disulfide stress mediates disulfidptosis， (DOI: 10.1038/s41556-023-01091-2)，鉴定了一种新的细胞死亡类型——双硫死亡（Disulfidptosis）。

该文研究发现，SLC7A11高表达的细胞在葡萄糖饥饿条件下，胞内的胱氨酸等二硫化物会发生异常积累，诱发二硫化物应激，使肌动蛋白细胞骨架中二硫键含量升高，造成肌动蛋白丝收缩，破坏细胞骨架结构，造成细胞死亡。这种细胞死亡方式不同于已知的细胞凋亡、铁死亡等多种方式。

SLC7A11是重要的转运体蛋白，其主要功能之一是介导细胞的胱氨酸摄入。胱氨酸是合成谷胱甘肽、抑制细胞氧化应激和铁死亡调控的重要原料之一，但也具有一定的细胞毒性。早在2021年以前对于铁死亡的研究中，甘波谊教授的团队便发现，肿瘤细胞通常需要高表达SLC7A11蛋白，摄取更多胱氨酸用于合成谷胱甘肽，以平衡因其高度活跃的代谢作用而产生的氧化效应。但摄入的胱氨酸须及时被还原为半胱氨酸以消除胱氨酸的毒性，这一过程需要消耗大量通过葡萄糖磷酸戊糖途径生成的NADPH，否则过度积累的胱氨酸可能引起肿瘤细胞死亡。因此，在肿瘤细胞这种“高产出、高风险”的工作模式下，可以通过葡萄糖饥饿条件来诱导细胞死亡。这一结论也是双硫死亡研究的前身。

胱氨酸代谢和葡萄糖衍生磷酸戊糖通路(PPP)代谢

在本次最新发表的研究成果中，研究人员明确了这种由葡萄糖饥饿诱导的SLC7A11高表达癌细胞的死亡方式，区别于其他已知的细胞死亡方式，因为它不能被其他细胞死亡的抑制剂减轻，也不源于细胞内ATP的耗竭，但会被Diamide等硫醇氧化试剂增强。

葡萄糖饥饿诱导SLC7A11高表达的细胞死亡

研究人员使用SLC7A11高表达的UMRC6肾癌细胞进行实验，并假设：葡萄糖饥饿时， SLC7A11高表达的细胞中 NADPH 耗竭和二硫化物应激会诱导某些蛋白上半胱氨酸的巯基之间形成分子间和/或分子内二硫键，进而破坏相应蛋白的活性和功能，造成细胞死亡。

葡萄糖饥饿条件下，细胞肌动蛋白细胞骨架中的二硫键数量明显升高

进一步通过一系列实验发现，在葡萄糖饥饿条件下，细胞肌动蛋白细胞骨架中的二硫键数量明显升高。饥饿1小时后，出现显著的NADP⁺/NADPH比例升高；2小时后激动蛋白细胞骨架蛋白间形成多个二硫键（二硫键在肺还原条件下阻滞蛋白质凝胶迁移率）；4小时后观察到显著的细胞死亡现象（10%以上）。时间顺序表明，葡萄糖饥饿诱导的这些肌动蛋白细胞骨架蛋白中的二硫键形成不是细胞死亡的后果，而是由 NADPH 耗竭引发。

NADPH消耗、二硫键形成和细胞死亡随葡萄糖饥饿时间变化

为了进一步探究其作用机制，通过共染色，全基因组CRISPR/Cas9筛选及后续实验发现肌动蛋白丝在双硫死亡中具有重要作用，其相关基因NCKAP1编码WAVE调节复合物WRC的一个亚基，这一复合物能促进肌动蛋白的聚合和片状伪足的形成，而NCKAP1的缺失可以在不影响SLC7A11水平、胱氨酸摄入或NADPH消耗的情况下，减弱葡萄糖饥饿诱导的二硫键形成和肌动蛋白骨架收缩。

此外，研究发现，葡萄糖转运蛋白GLUT1抑制剂能有效抑制细胞葡萄糖摄入，进而在SLC7A11高表达细胞中诱导双硫死亡；抑制剂在小鼠体内对SLC7A11高表达的肿瘤生长也有显著作用。

葡萄糖转运体抑制剂诱导双硫死亡，并抑制肿瘤生长

总体而言，双硫死亡的主要原因是NADPH供应不能满足细胞将胱氨酸还原成为半胱氨酸的过程，造成二硫化物应激，诱导肌动蛋白细胞骨架蛋白二硫键交联和细胞骨架收缩，从细胞质膜上剥离，并最终导致细胞死亡。细胞葡萄糖摄入不足和胱氨酸摄入过量都可能诱导双硫死亡。这一细胞死亡机制的鉴定和表征，不仅促进了人们对细胞稳态的基本理解，也表明GLUT抑制剂诱导的双硫死亡可能是治疗肿瘤的有效策略。

NADPH供应不足诱导细胞双硫死亡

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文中所有图片来源于文献：

《Actin cytoskeleton vulnerability to disulfide stress mediates disulfidptosis》。

DOI：10.1038/s41556-023-01091-2