Ubiquinol 介导的线粒体相关铁死亡抑制：乳酸脱氢酶 B（LDHB）在癌症治疗中的关键作用

为探究乳酸脱氢酶 B（LDHB）在癌细胞代谢中的作用及机制，研究人员开展了 LDHB 与线粒体相关铁死亡关系的研究。结果发现，LDHB 可抑制线粒体相关铁死亡，靶向 LDHB 能增强放疗效果，为癌症联合治疗提供了新靶点。

　　在癌症研究领域，一直以来都存在诸多亟待解决的谜题。自 1923 年 Warburg 发现肿瘤组织中葡萄糖转化为乳酸的速率比正常组织高 70 倍后，乳酸在肿瘤代谢中的角色便备受关注。起初，乳酸被视为有氧糖酵解（如 Warburg 效应）的废物产物，但后来研究表明它可作为三羧酸循环（TCA cycle）的主要碳源，为正常组织和肿瘤的氧化磷酸化提供底物和电子。乳酸脱氢酶 A（LDHA）和 B（LDHB）编码的乳酸脱氢酶（LDH）能催化丙酮酸和乳酸的相互转化，其中 LDHA 与 Warburg 效应相关，而 LDHB 在癌细胞中的功能却尚未完全明晰。此前研究虽发现 LDHB 对多种癌细胞的存活至关重要，但其具体作用机制仍存在大量空白。同时，铁死亡作为一种铁依赖性的调节性细胞死亡程序，与细胞膜磷脂的氧化损伤相关，众多研究聚焦于其调控机制，然而 LDHB 与线粒体相关铁死亡之间的联系却鲜有人探究。在这样的背景下，为了深入剖析 LDHB 在癌细胞代谢中的具体作用及机制，来自中南大学湘雅医学院附属肿瘤医院（湖南省肿瘤医院）等机构的研究人员开展了一系列研究，相关成果发表在《Nature Communications》上，为癌症治疗领域带来了新的曙光。

研究人员采用了多种关键技术方法。在细胞实验方面，运用基因沉默技术（如 siRNA 和 shRNA）抑制相关基因表达，通过细胞活力测定、脂质过氧化分析、免疫印迹、免疫荧光等实验检测细胞状态和相关蛋白表达；在动物实验方面，构建了小鼠异种移植模型和基因工程小鼠模型，结合局部放疗处理，观察肿瘤生长情况。同时，利用代谢分析方法，如 NADH 消耗测定、CoQ 和 CoQH₂分析等，探究 LDHB 在代谢通路中的作用机制。

研究结果如下：

• LDHB 沉默诱导癌细胞线粒体脂质过氧化：研究人员通过转染 siRNA 沉默 A549 和 H460 等多种癌细胞系中的 LDHB，发现线粒体出现皱缩、膜凝聚等形态改变，同时脂质过氧化水平显著升高，细胞活力和集落形成能力下降。补充铁死亡抑制剂 ferrostatin-1（FER1）或线粒体靶向的 TEMPO（mitoTEMPO）能部分挽救集落形成能力，表明线粒体脂质过氧化是导致细胞活力下降的重要原因，且 LDHB 沉默引发的细胞变化具有铁死亡的特征。
• LDHB 抑制癌细胞线粒体相关铁死亡：将 LDHB 沉默与铁死亡诱导剂 RSL3 联合处理癌细胞，结果显示细胞活力进一步降低，线粒体脂质过氧化水平大幅上升，细胞死亡增加。补充 FER1、TEMPO 或 mitoTEMPO 可抑制脂质过氧化并挽救细胞死亡，证实 LDHB 在抑制线粒体相关铁死亡中发挥关键作用，且该作用独立于其作为碳源的功能。
• LDHB 与 GPX4 平行作用抑制线粒体相关铁死亡：研究发现 LDHB 和谷胱甘肽过氧化物酶 4（GPX4）的表达呈负相关，二者在抑制线粒体相关铁死亡方面功能独立且平行。通过病毒介导的系统诱导 GPX4 缺失并结合 LDHB 沉默实验，发现二者联合抑制显著增加线粒体脂质过氧化和细胞死亡，补充 FER1 和 mitoTEMPO 可挽救这一现象。体内实验也证实，联合沉默 LDHB 和抑制 GPX4 能显著抑制肿瘤生长，表明 LDHB 和 GPX4 共同作用抑制脂质过氧化，保护癌细胞免受线粒体相关铁死亡的影响。
• LDHB 与 DHODH 平行作用抑制线粒体相关铁死亡：研究人员探究了 LDHB 与其他抗铁死亡途径的关系，发现 LDHB 与二氢乳清酸脱氢酶（DHODH）平行作用抑制线粒体脂质过氧化。敲除 DHODH 并沉默 LDHB，显著增加线粒体脂质过氧化水平，降低细胞活力和存活率，RSL3 处理后这种效应更明显，补充 FER1 可完全挽救细胞活力，表明 GPX4、DHODH 和 LDHB 协同保护细胞免受线粒体相关铁死亡的侵害。
• LDHB 的抗铁死亡功能与泛醇相关：研究表明 LDHB 通过调节线粒体中 CoQH₂的还原抑制铁死亡。用铁死亡诱导剂 FIN56 或 4 - 氯苯甲酸（4CBA）处理细胞的实验显示，LDHB 沉默的效果与这些药物处理存在部分重叠，且 LDHB 沉默增加了 CoQ 与 CoQH₂的比例。体外实验证实 LDHB 可催化 NADH 将还原当量转移给 CoQ，添加乳酸能提高反应效率。补充 mitoCoQH₂可显著抑制 LDHB 沉默和 RSL3 联合处理后的线粒体脂质过氧化和细胞死亡，进一步支持了 LDHB 通过泛醇抑制线粒体相关铁死亡的假说。
• 靶向 LDHB 增强肿瘤细胞对放疗的敏感性：研究发现放疗可诱导癌细胞发生铁死亡，且 LDHB 沉默能增强这种效应。在多种癌细胞系中，放疗联合 LDHB 沉默显著降低细胞存活率，增加线粒体脂质过氧化水平。体内实验表明，在人肺癌异种移植瘤和免疫活性原位肺癌模型中，沉默或敲除 LDHB 可显著抑制肿瘤生长，提高放疗敏感性，表明靶向 LDHB 可作为增强放疗效果的潜在策略。

研究结论和讨论部分指出，该研究揭示了 LDHB 在抑制线粒体相关铁死亡中的重要作用，其主要抗铁死亡功能与 CoQH₂的抗铁死亡功能相关，且与 DHODH 和 GPX4 平行发挥作用。同时，研究还发现靶向 LDHB 可使癌细胞对放疗更敏感，为癌症治疗提供了新的潜在靶点。然而，研究也存在一些有待进一步探索的问题，如调节 LDHB 表达的遗传和分子网络、LDHB 沉默导致自噬体积累的具体机制、LDHB 与其他 CoQH₂生成酶的精确相互作用，以及 LDHB 对不同铁死亡诱导剂的反应差异等。尽管如此，该研究成果为癌症治疗领域提供了重要的理论依据和潜在的治疗方向，有望推动癌症治疗技术的进一步发展。