磷脂酰丝氨酸脱羧酶（PISD）通过STAT3/GPX4信号轴促进胃癌铁死亡的作用机制与临床意义研究

《Current Issues in Molecular Biology》：Phosphatidylserine Decarboxylase Promotes Ferroptosis Through STAT3/GPX4 Signaling in Gastric Cancer Li Wang, Yaoxing Wang, Mingkai Shao, Tao Wang, Wanbao Zheng, Jun Cao, Renwen Luo, Youyan Tu, Yiting Xia and Youzhi Xu + 3 authors

本研究聚焦胃癌（GC）治疗新靶点，揭示线粒体酶磷脂酰丝氨酸脱羧酶（PISD）在维持磷脂酰乙醇胺（PE）稳态及线粒体功能中的关键作用。研究证实PISD下调可诱发线粒体功能障碍，并通过抑制JAK2/STAT3/GPX4信号通路，促进脂质过氧化、铁离子（Fe2+）蓄积及氧化还原失衡，从而增强铁死亡（Ferroptosis），最终抑制肿瘤生长与转移。该发现为靶向PISD-STAT3/GPX4轴调控铁死亡治疗胃癌提供了新的理论依据和潜在治疗策略。

　　

PISD在胃癌组织中高表达且与不良预后相关

研究者通过Kaplan-Meier Plotter和UALCAN数据库分析发现，磷脂酰丝氨酸脱羧酶（PISD）在胃癌（GC）组织中表达上调，且高表达与患者的总生存期（OS）、进展后生存期（PPS）和首次进展（FP）生存期缩短显著相关，提示PISD是胃癌的一个潜在不良预后指标。

PISD促进胃癌细胞的恶性表型

体外功能实验表明，敲低PISD能显著抑制AGS和MKN45胃癌细胞的增殖、克隆形成、迁移和侵袭能力。相反，过表达PISD则能促进MGC-803细胞的上述恶性行为。这些结果确立了PISD是胃癌细胞恶性表型的正向调节因子。

PISD表达与裸鼠皮下移植瘤形成相关

体内实验进一步证实了PISD的致癌作用。将稳定敲低PISD的AGS和MKN45细胞接种于裸鼠皮下，其成瘤能力、肿瘤体积和重量均显著低于对照组。而过表达PISD的MGC-803细胞则表现出更强的肿瘤生长能力。这为PISD促进胃癌进展提供了在体证据。

PISD敲低导致线粒体功能障碍并促进胃癌细胞铁死亡

为了探究机制，研究对敲低PISD的MKN45细胞进行了RNA测序分析，京都基因与基因组百科全书（KEGG）通路富集分析显示，铁死亡相关通路显著富集。进一步实验发现，PISD敲低导致胃癌细胞线粒体功能严重受损，表现为耗氧率（OCR）、基础呼吸和最大呼吸能力下降，线粒体膜电位降低，以及线粒体嵴断裂、基质变暗等超微结构异常。同时，铁死亡关键指标发生变化：铁死亡负调控因子谷胱甘肽过氧化物酶4（GPX4）表达下调，脂质过氧化产物丙二醛（MDA）和亚铁离子（Fe²⁺）水平升高，而抗氧化剂谷胱甘肽（GSH）水平降低。这些发现将PISD缺失、线粒体损伤与铁死亡激活联系起来。

PISD下调抑制胃癌细胞中STAT3的激活

机制探索发现，PISD敲低显著降低了信号转导与转录激活因子3（STAT3）的磷酸化水平（p-STAT3），而不影响其总蛋白量。免疫荧光染色也证实了p-STAT3表达的减少。此外，上游激酶JAK2的总量和磷酸化水平也同步降低，提示PISD可能通过影响JAK2来调控STAT3的活性。

补充STAT3激动剂ML115可减轻PISD下调诱导的铁死亡

为了验证STAT3在其中的作用，研究使用STAT3特异性激动剂ML115进行处理。结果显示，ML115能够部分逆转由PISD敲低引起的MDA和Fe²⁺升高及GSH降低，同时恢复p-STAT3和GPX4的蛋白表达。这表明激活STAT3可以缓解PISD缺失所诱发的铁死亡。

铁死亡抑制剂Fer-1可减轻铁死亡并部分恢复恶性表型

使用铁死亡特异性抑制剂Ferrostatin-1（Fer-1）处理，可以有效挽救PISD敲低导致的细胞增殖、克隆形成、迁移和侵袭能力下降。同时，Fer-1处理也逆转了MDA、Fe²⁺和GSH的异常变化，并恢复了p-STAT3和GPX4的蛋白水平，进一步证实了PISD敲低通过诱导铁死亡来抑制肿瘤细胞生长。

补充LPE部分挽救胃癌细胞生长并缓解铁死亡

由于PISD是催化合成磷脂酰乙醇胺（PE）的关键酶，检测发现PISD敲低确实降低了线粒体内外的PE水平。补充其前体类似物溶血磷脂酰乙醇胺（LPE）后，PISD敲低细胞的增殖、迁移、侵袭和克隆形成能力得到部分恢复。同时，LPE处理也改善了铁死亡指标（MDA、Fe²⁺、GSH），并部分恢复了p-STAT3和GPX4的表达及p-STAT3的核定位。

作用机制模型

基于上述发现，研究提出了PISD调控胃癌铁死亡的作用模型：PISD下调破坏了线粒体PE稳态，导致线粒体功能障碍。同时，PISD缺失伴随JAK2/STAT3信号轴活性降低，进而下调其下游靶基因GPX4的表达。GPX4作为关键的脂质过氧化物解毒酶，其减少导致活性氧（ROS）积累、脂质过氧化增强，最终诱发铁死亡，抑制胃癌细胞的增殖和转移。

总结与展望

该研究系统阐明了线粒体酶PISD在胃癌中的新功能，首次将线粒体磷脂代谢、JAK2/STAT3信号通路与铁死亡联系起来。PISD通过维持PE合成和线粒体功能，进而激活STAT3/GPX4轴来抑制铁死亡，促进肿瘤进展。这一发现不仅深化了对胃癌细胞死亡调控机制的理解，也为开发靶向PISD-STAT3/GPX4轴诱导铁死亡的抗癌新策略提供了重要的理论依据。未来研究可进一步探索PISD如何精确调控JAK2活性，以及STAT3是否直接转录调控GPX4表达等具体分子细节。