《Tissue and Cell》：SMPD1 modulates malignant progress of osteosarcoma through ferroptosis pathway
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钟国|廖开琼|陈光龙|徐凯|杨军|张金锋|罗晓辉|张菲菲|程春|吕晓斌|张志平江西省肿瘤学重点实验室，南昌医学院第三附属医院（南昌市第一医院），中国江西省南昌市330008摘要骨肉瘤具有高恶性和不良预后的特点，这凸显了探索其潜在分子机制的重要性。虽然鞘磷脂磷酸二酯酶1（SMPD1
钟国|廖开琼|陈光龙|徐凯|杨军|张金锋|罗晓辉|张菲菲|程春|吕晓斌|张志平
江西省肿瘤学重点实验室，南昌医学院第三附属医院（南昌市第一医院），中国江西省南昌市330008
摘要
骨肉瘤具有高恶性和不良预后的特点，这凸显了探索其潜在分子机制的重要性。虽然鞘磷脂磷酸二酯酶1（SMPD1）在肿瘤发展中起着关键作用，但其与骨肉瘤进展相关的具体功能和机制仍不甚清楚。本研究旨在阐明SMPD1在骨肉瘤发生和发展中的作用及机制。通过一系列实验，我们发现SMPD1在骨肉瘤细胞中高度表达，敲低SMPD1显著限制了细胞的存活能力、侵袭性和迁移能力。与此同时，我们观察到与铁死亡相关的指标发生了变化，包括细胞内亚铁离子（Fe2?）水平升高、活性氧（ROS）和脂质过氧化物增加以及谷胱甘肽水平下降。此外，铁死亡标志基因的表达也发生了改变，这些效应可以通过铁死亡抑制剂Fer-1得到显著逆转。进一步研究发现，抑制SMPD1可上调铁死亡过程中的ACSL4/LPCAT3/ALOX15脂质代谢轴，而这一效应可以通过ALOX15抑制剂ML351来抵消。总体而言，我们的研究结果表明，抑制SMPD1可通过ACSL4/LPCAT3/ALOX15轴增强铁死亡，从而降低骨肉瘤细胞的存活能力、侵袭性和肿瘤生长速度。这些新发现可能对骨肉瘤的临床治疗具有重大意义。
引言
骨肉瘤是一种起源于间质组织的恶性肿瘤，具有高度增殖性、侵袭性和转移性（Ritter和Bielack，2010；Skubitz和D'Adamo，2007）。这种癌症常见于股骨下端和胫骨上端（Strauss等，2021）。骨肉瘤主要影响10至20岁的年轻人群以及80岁以上的老年人，其五年生存率低于25%（Cole等，2022；Kansara等，2014）。骨肉瘤的治疗策略包括手术干预、新辅助化疗和辅助化疗。然而，现有的化疗药物种类有限，且这些药物经常遇到耐药性和不良反应的问题（Biermann等，2013；Blay等，2022）。因此，迫切需要进一步的研究来开发新的化疗药物并探索新的靶向治疗方法。
铁死亡是一种程序性细胞死亡形式（Dixon等，2012）。其主要过程由二价铁或酯氧化物的活性驱动，这些物质会导致细胞膜中不饱和脂肪酸水平升高，进而引发脂质过氧化并最终导致细胞死亡（Lei等，2022）。铁死亡研究的主要领域包括代谢机制、活性氧控制以及铁调节（Stockwell，2022）。铁死亡的关键机制包括Xc?/GPX4通路、脂质代谢通路、铁代谢通路和CoQ10通路（Li等，2020；Tang等，2021）。铁死亡与多种系统性疾病的发生和发展密切相关，可能在癌细胞死亡（Zhang等，2022）、神经毒性（Tang和Kang，2023）、神经退行性疾病（Huang等，2022）、急性肾衰竭（Ni等，2022）以及肝脏和心脏功能障碍、血液/再灌注损伤和T细胞免疫等过程中起作用。近年来，铁死亡受到了广泛关注，凸显了其在理解细胞死亡过程及其与多种疾病发生和发展之间的关联中的重要性。
SMPD1属于鞘磷脂酶（SMase）家族，是一种位于溶酶体中的酶，能够水解鞘磷脂的磷酸胆碱头部，生成神经酰胺（Zampieri等，2016）。它参与多种生理过程，如溶酶体代谢、膜结构调节、炎症反应、肿瘤调控和脱髓鞘作用（Kornhuber等，2015）。Mao等人（Mao等，2017）研究了SMPD1基因在患者中的表达情况，并发现其与帕金森病的发病有关。此外，SMPD1在胶质瘤、肠癌和肝癌等肿瘤中也起着关键作用，其表达与癌症预后密切相关（Bi等，2021；Jung等，2020；Wang等，2023）。Thayyullathil等人（Thayyullathil等，2021）研究了人类纤维肉瘤、肺癌和宫颈癌中的铁死亡相关指标，发现其与SMPD1有关，但尚未进行相关机制研究。Niu等人（Niu等，2022）报道，下调SMPD1表达会加剧肝细胞中阿司匹林诱导的线粒体功能障碍并促进铁死亡。总之，尽管关于SMPD1的研究已取得进展，但仍存在许多未解决的问题。值得注意的是，目前尚未有关于骨肉瘤中SMPD1作用的研究。因此，我们对SMPD1在骨肉瘤中的生物功能和铁死亡中的作用进行了全面探索，揭示了其具体作用机制，为临床诊断和治疗开辟了新途径。
章节摘录
骨肉瘤中与铁死亡相关的基因SMPD1表达升高
我们使用GEO数据库检测了骨肉瘤与正常组织之间的差异基因，并从FerrDb中提取了与铁死亡相关的基因。通过对多个数据集（GSE12865、GSE11414、GSE14359）的交叉分析，确定了DPP4和SMPD1为差异基因（图1A）。对SMPD1和DPP4的Kaplan-Meier分析显示，高风险和低风险骨肉瘤患者的总体生存率存在统计学上的显著差异
讨论
骨肉瘤是一种恶性骨肿瘤，以其侵袭性和转移能力为特征，在治疗方面一直存在挑战。尽管近年来诊断和治疗策略有所进展，但患者的生存率尚未显著提高（Blay等，2022）。因此，深入研究骨肉瘤的分子病理机制成为寻找新治疗靶点的重要途径。
结论
总之，SMPD1在骨肉瘤组织中表达显著，对这类癌症患者的预后起着关键作用。它促进了骨肉瘤细胞的增殖、迁移和侵袭，并促进了肿瘤在体内的生长。此外，SMPD1通过调节ACSL4/LPCAT3/ALOX15通路来抑制骨肉瘤细胞中的铁死亡。我们希望我们的研究结果能为骨肉瘤的治疗提供新的视角。
伦理批准
本研究遵循《赫尔辛基宣言》进行，所有程序均符合相关法律法规，并获得了南昌市第一医院医学伦理委员会的批准（批准编号：shen 2024[018]）。所有方法均按照适当的指南和规定进行，确保了受试者的隐私权得到尊重，并在实验前获得了受试者的知情同意。
资助
本研究得到了南昌市科学技术局（项目编号2019-258和2021-129，资助对象ZPZ；2022-146，资助对象XBL）、江西省“双千人才计划”（项目编号jxsq2023201077，资助对象XBL）、国家自然科学基金（项目编号82360472和81960501，资助对象XBL）、江西省自然科学基金（项目编号20212ACB206028和20232BAB206092，资助对象XBL）以及南昌市“双百人才计划”的支持。
CRediT作者贡献声明
陈光龙：撰写原始稿件、项目管理和资金获取、概念构思。廖开琼：撰写原始稿件、项目管理和资金获取、概念构思。钟国：撰写原始稿件、项目管理和资金获取、概念构思。张志平：撰写、审稿与编辑、方法学研究、资金获取。吕晓斌：撰写、审稿与编辑、方法学研究、资金获取。张菲菲：方法学研究、数据分析
