《Redox Biology》：DMNQ induces ferroptosis and augments the efficacy of anti-PD-L1 immunotherapy in gastric cancer via the STAT3/SLC1A4 axis to mediate cysteine metabolism reprogramming
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本研究针对胃癌免疫治疗耐药及"免疫冷"肿瘤微环境等难题，发现天然小分子化合物DMNQ可通过靶向STAT3的SH2结构域抑制其磷酸化，进而下调半胱氨酸转运蛋白SLC1A4的表达，通过诱导铁死亡和调节肿瘤免疫微环境双重机制，显著增强抗PD-L1免疫疗法对胃癌的治疗效果，为胃癌联合治疗提供了新策略。
胃癌是全球癌症相关死亡的第四大原因，由于早期筛查技术的限制，大多数胃癌患者在诊断时已处于晚期，需要系统治疗。化疗、放疗和免疫检查点抑制剂是不可切除和晚期胃癌的首选治疗方法。然而，由于耐药性和"免疫学冷"肿瘤微环境的存在，大多数患者未能从这些治疗中获益。因此，识别创新的药理药物对于改善胃癌患者的预后至关重要。
近年来，铁死亡在癌症治疗中的关键作用日益受到关注。铁死亡的核心机制涉及铁积累导致细胞内活性氧（ROS）的产生，随后引发脂质过氧化，最终导致细胞死亡。靶向铁死亡的药物已被证明可以增敏免疫检查点抑制剂。与此同时，肿瘤细胞被迫进行代谢重编程以适应缺氧、应激和无限增殖的条件。异常的氨基酸代谢，如谷氨酸、谷氨酰胺、丝氨酸和半胱氨酸代谢，可以控制癌细胞的铁死亡敏感性，并导致肿瘤微环境中特定产物的缺乏或积累。其中，半胱氨酸作为肿瘤微环境中的限制性营养素，对维持癌细胞存活至关重要。
在这项发表于《Redox Biology》的研究中，研究人员探讨了天然小分子化合物2,3-二甲氧基-1,4-萘醌（DMNQ）在胃癌治疗中的作用机制。研究发现DMNQ通过靶向信号转导和转录激活因子3（STAT3）/溶质载体家族1成员4（SLC1A4）轴，调控半胱氨酸代谢重编程，诱导胃癌细胞铁死亡，并增强抗程序性死亡配体1（PD-L1）免疫疗法的疗效。
为开展这项研究，研究人员运用了多种关键技术方法，包括：分子对接和分子动力学模拟分析DMNQ与STAT3的相互作用；细胞热转移测定（CETSA）和药物亲和反应靶点稳定性（DARTS）实验验证结合作用；染色质免疫共沉淀（ChIP）和CUT&Tag测序技术分析STAT3与SLC1A4的转录调控关系；使用胃癌细胞系、患者来源的类器官以及转基因小鼠模型进行体外和体内功能验证；通过流式细胞术、免疫组织化学和免疫荧光等技术检测铁死亡标志物和免疫细胞浸润情况。
1. DMNQ在胃癌细胞中诱导铁死亡
研究人员通过筛选59种与ROS相关的天然小分子化合物库，发现DMNQ能显著抑制胃癌细胞增殖，而对正常胃上皮细胞毒性较小。进一步实验证实，铁死亡抑制剂能有效减弱DMNQ诱导的细胞毒性，而凋亡和坏死抑制剂无保护效果。DMNQ处理显著提高了胃癌细胞中丙二醛（MDA）和4-羟基壬烯醛（4-HNE）水平，增加DCF产生和脂质过氧化，并引起线粒体收缩和嵴减少等铁死亡特征性形态变化。
2. DMNQ与STAT3的SH2结构域结合并抑制其磷酸化
通过分子对接和动力学模拟，研究发现DMNQ直接结合STAT3的SH2结构域（残基611-613），抑制STAT3磷酸化。CETSA和DARTS实验证实了DMNQ与STAT3的直接结合作用。免疫荧光显示DMNQ抑制了磷酸化STAT3的核定位。
3. DMNQ通过抑制STAT3磷酸化减缓胃癌进展
在IL6st基因突变的自发性胃癌小鼠模型中，DMNQ治疗显著抑制了胃癌进展。免疫组化结果显示DMNQ降低了胃癌组织中总STAT3、磷酸化STAT3和谷胱甘肽过氧化物酶4（GPX4）的表达，增加了4-HNE表达。患者来源的胃癌类器官实验进一步证实DMNQ抑制类器官生长。
4. SLC1A4是STAT3的转录靶标，通过调节半胱氨酸转运抑制胃癌细胞铁死亡
通过CUT&Tag和RNA测序分析，发现SLC1A4是STAT3的下游靶基因。染色质免疫共沉淀和双荧光素酶报告基因实验证实STAT3直接结合SLC1A4启动子区域并调控其表达。功能实验表明，DMNQ通过靶向STAT3/SLC1A4轴抑制半胱氨酸转运，降低细胞内谷胱甘肽（GSH）和半胱氨酸水平，促进铁死亡。
5. 体内实验中SLC1A4在STAT3调控下转运半胱氨酸促进胃癌细胞生长
在615品系小鼠皮下移植瘤模型中，半胱氨酸补充促进肿瘤生长，而SLC1A4敲低延缓肿瘤生长并减弱半胱氨酸的促瘤作用。STAT3过表达逆转了SLC1A4抑制引起的肿瘤生长抑制。
6. SLC1A4通过抑制胃癌细胞半胱氨酸摄取促进肿瘤免疫抑制
SLC1A4高表达与免疫通路负相关且与CD8+T淋巴细胞浸润负相关。共培养实验显示，半胱氨酸剥夺降低CD8+T细胞比例和颗粒酶B（GZMB）水平，SLC1A4敲低减弱半胱氨酸诱导的CD8+T细胞比例和GZMB水平增加。
7. 体内抑制SLC1A4表达通过调节半胱氨酸水平增强αPD-L1疗效
在皮下移植瘤模型中，αPD-L1治疗减缓胃癌生长，SLC1A4敲低显著增强αPD-L1的抑瘤效果，而半胱氨酸补充减弱αPD-L1疗效。免疫组化显示SLC1A4敲低进一步降低Ki67和PD-L1表达，增加CD8+T细胞浸润。
8. DMNQ联合αPD-L1显著增强胃癌免疫治疗效果
在自发性胃癌模型中，DMNQ与αPD-L1联合治疗组肿瘤体积显著小于αPD-L1单药治疗组。免疫荧光显示联合治疗组CD8+T细胞浸润和GZMB表达显著高于单药组。
该研究揭示了DMNQ通过靶向STAT3/SLC1A4轴诱导铁死亡并增强抗PD-L1免疫治疗效果的创新机制。DMNQ直接结合STAT3的SH2结构域，抑制其磷酸化，进而下调SLC1A4转录，减少半胱氨酸摄取，导致ROS积累和铁死亡。同时，半胱氨酸限制重塑了肿瘤免疫微环境，促进CD8+T细胞浸润和活化，增强免疫治疗效果。这一发现为胃癌治疗提供了新的联合治疗策略，具有重要的临床转化价值。研究不仅阐明了STAT3在调控半胱氨酸代谢和铁死亡中的新功能，也揭示了靶向氨基酸代谢重编程在改善癌症 immunotherapy 中的潜力，为开发基于铁死亡诱导剂的联合免疫治疗方案提供了理论依据和实践指导。
