《Redox Biology》：USP20 governs tyrosine kinase inhibitors resistance through ferroptosis evasion by targeting GPX4 in cancers
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本研究发现，在酪氨酸激酶抑制剂(TKI)耐药的肾癌和肺癌细胞中，去泛素化酶USP20通过特异性去除GPX4蛋白的K48连接多聚泛素化链，稳定这一关键的铁死亡抑制因子，从而帮助肿瘤细胞逃避TKI诱导的铁死亡，导致耐药产生。靶向抑制USP20可有效逆转肿瘤对TKI的耐药性，为克服TKI临床耐药提供了新的治疗策略。
酪氨酸激酶抑制剂(TKI)如索拉非尼和舒尼替尼，是晚期肾细胞癌和肺癌等恶性肿瘤的一线靶向治疗药物。然而，病人在治疗过程中几乎不可避免地会产生获得性耐药，这已成为临床提高疗效和延长患者生存期的重大瓶颈。耐药背后是肿瘤细胞复杂多变的“逃生策略”，其中一种日益受到关注的机制是“铁死亡”的逃避。铁死亡是一种铁依赖性的、由脂质过氧化物堆积驱动的程序性细胞死亡方式。癌细胞的快速增殖使其对铁死亡更为敏感，而谷胱甘肽过氧化物酶4 (GPX4)作为细胞内关键的抗氧化酶，能够清除脂质过氧化物，是铁死亡的核心“刹车”分子。那么，TKI耐药的肿瘤细胞是否通过“劫持”GPX4来对抗药物，从而获得生存优势呢？这正是本研究试图揭开的核心谜题。
本研究发表于《Redox Biology》，论文题为“USP20 governs tyrosine kinase inhibitors resistance through ferroptosis evasion by targeting GPX4 in cancers”。研究人员通过建立TKI耐药的肾癌和肺癌细胞模型，结合临床样本分析、分子互作与功能验证、以及动物实验，系统地探索了TKI耐药与铁死亡逃避之间的分子桥梁。
研究人员在研究中主要应用了以下关键技术方法：建立了通过长期、梯度浓度TKI暴露诱导的耐药细胞模型；利用小分子抑制剂文库筛选并结合生物信息学分析锁定潜在关键靶点；通过免疫共沉淀、GST pull-down和泛素化分析等生物化学方法验证蛋白质相互作用及修饰；采用环己酰亚胺追踪实验和蛋白酶体/自噬抑制剂处理评估蛋白稳定性；使用C11-BODIPY探针、MDA/4-HNE ELISA试剂盒检测脂质过氧化水平；通过MTT和克隆形成实验评估细胞活力与增殖；构建了裸鼠皮下移植瘤模型进行体内药效验证；收集并分析了来自西安交通大学第一附属医院的肾癌和肺癌患者的配对肿瘤及癌旁组织标本，进行免疫组化和相关性分析。
研究结果
3.1. TKI耐药的癌细胞因GPX4稳定性增加而表现出铁死亡敏感性降低
研究人员成功构建了对索拉非尼和舒尼替尼耐药的肾癌和肺癌细胞株。与亲代细胞相比，耐药细胞在面对TKI或铁死亡诱导剂时，产生的活性氧(ROS)和脂质过氧化物显著减少，对药物诱导的细胞死亡表现出更强的抵抗力。机制上，他们发现耐药细胞中GPX4的蛋白水平显著升高，但其mRNA水平不变。这种积累是由于GPX4的蛋白稳定性增强，其泛素化介导的蛋白酶体降解途径被抑制。
3.2. USP20通过减少其K48连接的多聚泛素化来稳定GPX4
为了寻找调控GPX4稳定性的关键因子，研究人员进行了去泛素化酶抑制剂筛选，发现USP20的抑制能显著降低GPX4蛋白水平。进一步的实验证实，USP20在TKI耐药细胞中表达上调，并能与GPX4直接结合。功能研究表明，敲低或抑制USP20会加速GPX4的降解，而过表达USP20则能稳定GPX4。关键的机制在于，USP20作为一个去泛素化酶，能够特异性去除连接在GPX4蛋白上的K48连接的多聚泛素链。这种连接是蛋白质被送往蛋白酶体进行降解的经典信号。因此，USP20通过“拆除”GPX4上的“降解标签”，阻止其被蛋白酶体破坏，从而维持了GPX4的高水平表达和功能。
3.3. USP20缺陷使癌细胞对铁死亡诱导剂敏感
当研究人员敲低癌细胞中的USP20后，GPX4蛋白水平下降，细胞在面对铁死亡诱导剂(IKE, RSL3)时，脂质过氧化水平显著升高，细胞死亡大幅增加。相反，过表达USP20则赋予细胞更强的铁死亡抵抗能力。在动物实验中，USP20敲低的肿瘤对铁死亡诱导剂的治疗反应更佳，肿瘤生长被显著抑制，并且肿瘤组织中GPX4减少，脂质过氧化标志物4-HNE增加。
3.4. USP20与GPX4在人类肾癌和肺癌中呈正相关
对临床样本的分析显示，在肾癌和非小细胞肺癌患者的肿瘤组织中，USP20和GPX4的蛋白表达均显著高于癌旁正常组织，且两者的表达水平呈显著正相关。生存分析进一步发现，USP20和GPX4双高表达的患者预后更差，凸显了该通路的临床相关性。
3.5. 抑制USP20与铁死亡诱导剂协同抑制肿瘤进展
实验发现，USP20抑制剂GSK2643943A与临床已应用的铁死亡诱导剂如柳氮磺吡啶(SAS)或青蒿素联用，能产生协同效应，更强地诱导脂质过氧化和癌细胞死亡。
3.6. 抑制USP20在体内外使癌细胞对TKI敏感
最关键的转化医学发现是，在已对索拉非尼耐药的肿瘤细胞中，敲低或抑制USP20，能够重新“唤醒”这些细胞对索拉非尼的敏感性，使其IC50值恢复到接近亲代细胞的水平。在动物模型中，单独使用USP20抑制剂对耐药肿瘤的生长抑制效果有限，但当其与索拉非尼联用时，则能显著抑制肿瘤生长。肿瘤组织分析证实，这种联合治疗导致了GPX4的下调和脂质过氧化的增强。
研究结论与讨论
本研究系统性地阐明了一条驱动TKI获得性耐药的全新分子轴：USP20-GPX4。在TKI的选择压力下，肿瘤细胞通过上调USP20的表达，利用其去泛素化酶活性，特异性稳定抗铁死亡的关键蛋白GPX4，从而构建起一道坚固的“抗氧化防线”，逃避了TKI本应触发的铁死亡性细胞死亡。这一定量研究和临床数据分析共同支持的机制，揭示了肿瘤适应靶向治疗的又一精妙策略。
该研究的发现具有多重重要意义。首先，在机制层面，它将蛋白质的翻译后修饰（泛素化/去泛素化）调控、细胞代谢适应（铁死亡）和临床耐药这三个重要领域紧密连接，深化了对TKI耐药复杂性的理解。其次，它找到了一个潜在的“阿喀琉斯之踵”——USP20。由于该机制是在耐药状态下被特异性激活的，靶向USP20可能对耐药肿瘤具有更高的选择性，而对正常组织毒性较小。最后，研究提供了明确的临床前证据：无论是遗传学敲低还是药理学抑制USP20，都能有效逆转肿瘤的TKI耐药，并与现有药物（如TKI或其它铁死亡诱导剂）产生协同疗效。这为设计“USP20抑制剂 + TKI”或“USP20抑制剂 + 铁死亡诱导剂”的新型联合治疗方案提供了坚实的理论依据和实验支持。
当然，该研究也指出了未来探索的方向。例如，需要开发选择性更高的USP20抑制剂；需要在不间皮瘤类型中进一步验证该通路的普适性；以及需要在更能模拟人体肿瘤微环境的模型中（如原位移植模型）评估治疗效果。尽管如此，这项研究无疑为克服癌症靶向治疗中的顽固堡垒——获得性耐药，点亮了一盏新的指路明灯，提出了一种通过干预铁死亡逃避来重振TKI疗效的创新治疗范式。
