肿瘤细胞习惯于在低氧环境中生长，此时肿瘤细胞通常会发生信号通路的特异性激活和代谢反应的重塑，以适应低氧环境【1】。正常氧浓度下，缺氧诱导因子HIF1α 和 HIF2α（统称为 HIF）会被脯氨酰羟化酶（PHD）羟基化并与VHL（Van Hippel Lindau）蛋白结合，随后被泛素化并降解。然而，当氧气浓度降至低于3%时，PHD的活性降低，HIF得以稳定并诱导缺氧响应基因的表达。更严重的缺氧（1%或更低）会激活AMPK并引发内质网应激，进而启动多种应激反应【2】。此外，低氧胁迫还通过未完全明确的机制激活NF-κB，后者对HIF1A的本底表达至关重要，影响了缺氧转录调控模式的塑造【3】。总的来说，HIF 介导的代谢途径（如 AMPK）、整合应激反应（例如内质网应激）以及炎症/先天免疫途径（NF-κB）之间的相互作用，不仅决定了癌细胞的生与死，还决定了其死亡类型。蛋白酪氨酸磷酸酶PTP1B（PTPN1）定位于内质网，主要调控受体信号传导，是胰岛素和瘦素信号的负向调节因子，且与HER2（小鼠表皮生长因子受体 2）诱导的小鼠乳腺癌发生密切相关【4】。在人类癌症中，PTP1B常常过表达或扩增。在缺乏PTP1B或抑制剂处理条件下，HER2+乳腺癌细胞在极低氧环境下对细胞死亡更加敏感，且这一现象与HIF、内质网应激或AMPK通路无关。研究发现，PTP1B的低氧敏感性依赖于蛋白RNF213，但PTP1B如何调控RNF213的机制尚不清楚，且 RNF213 依赖性的细胞死亡类型及其在体内的功能也有待进一步探索。RNF213是一种具有AAA-ATPase模块，以及RING E3 和 RZ E3连接酶结构域的蛋白。在 AAA-ATPase 和 ISG15 依赖性条件下，RNF213 形成六聚体并定位于脂滴上，同时介导溶血磷脂酸引发的细胞死亡【5】。不仅如此，还有研究发现RNF213 还参与 NF-κB 信号通路的调控。可见，RNF213 在脂毒性和炎症中的功能与癌症的发生发展相关，但具体机制尚未完全厘清。近日，纽约大学Abhishek Bhardwaj等在Nature杂志发表了题为A mechanism for hypoxia-induced inflammatory cell death in cancer的研究文章，发现了一种由PTP1B和RNF213介导的低氧诱导的细胞死亡机制。研究表明，PTP1B通过与ABL1/2共同调控RNF213的酪氨酸磷酸化，激活其RZ结构域，进而影响NF-κB和NLRP3炎症小体的激活，最终引发焦亡，揭示了PTP1B–RNF213通路在肿瘤细胞死亡中的关键作用。作者首先探究了 PTP1B 如何调控 HER2+ 乳腺癌细胞在低氧环境下的生存能力，发现PTP1B缺失或抑制会使HER2+细胞在低氧环境下变得极为敏感，而常氧条件下对细胞存活影响不大。进一步分析表明，PTP1B与ABL1/2共同调控RNF213的Tyr-1275磷酸化状态，这一调控对RNF213的聚合及低氧应激下的细胞死亡至关重要。通过质谱分析，作者发现RNF213与PTP1B、USP15、CYLD和SPATA2等蛋白存在互作。尤其是CYLD和SPATA2，作为K63去泛素化酶和NF-κB调节因子，与RNF213形成复合物，调控低氧应激中的细胞死亡。进一步实验表明，CYLD和SPATA2的缺失缓解了乳腺癌细胞的低氧敏感性，而RNF213的RING结构域对RZ活性起抑制作用。RNF213通过RZ结构域对CYLD和SPATA2进行K63-连接的泛素化修饰，从而促进其降解，调节细胞对低氧的应答。因此，RNF213 的 RING 和 RZ 结构域在调节 CYLD 和 SPATA2 的泛素化及溶酶体降解中具有独特但相反的作用。进一步研究发现，RNF213通过调控CYLD和SPATA2的溶酶体降解影响NF-κB活性，从而调节低氧条件下癌细胞的生存能力。而 RING 结构域则通过抑制 RZ 活性发挥负向调控作用，RING-dead 突变体显示出 RZ 功能增强，导致 CYLD 和 SPATA2 的降解增加，并显著提高了细胞的缺氧敏感性。不仅如此，PTP1B缺失促使癌细胞通过细胞焦亡（非凋亡或坏死性凋亡）而死亡，这一过程依赖于NLRP3和gasdermin D的激活。因此，PTP1B–RNF213–CYLD–SPATA2信号通路通过诱导细胞焦亡调控了癌细胞在缺氧条件下的生存能力。此外，作者还发现，内质网应激在PTP1B缺失细胞对低氧敏感性的调节中至关重要。通过敲除PTPN1（PTP1B基因）、CYLD或SPATA2，作者观察到乳腺癌细胞在极低氧环境下更容易死亡，但在高氧条件下无此现象。而抑制内质网应激信号（通过 IRE1α 或 PERK 通路）可以显著减少细胞死亡。可见，内质网应激信号影响了 PTP1B 缺失细胞在缺氧条件下存活力。最后，为验证这些机制的病理生理学意义，作者将不同基因修饰的乳腺癌细胞移植到裸小鼠体内。结果显示，PTP1B或CYLD缺失的肿瘤生长受到抑制，这些肿瘤表现出更高的坏死程度，且肿瘤核心出现缺氧和内质网应激标志物的上调。免疫印迹分析证实，PTP1B或CYLD缺失导致了细胞焦亡标志物的裂解，进一步证实了细胞焦亡在肿瘤死亡中的作用。综上所述，本研究揭示了PTP1B和RNF213在低氧环境下调控癌细胞炎症性死亡的机制。PTP1B与ABL1/2协同调控RNF213的磷酸化，激活其RZ结构域，促进NF-κB和NLRP3炎症小体的激活，引发焦亡。另外，RNF213通过泛素化CYLD和SPATA2，调节细胞对低氧的敏感性，进一步说明了PTP1B–RNF213通路在癌症细胞死亡中的关键作用。https://www.nature.com/articles/s41586-024-08136-y制版人：十一
1. Singleton, D. C., Macann, A. & Wilson, W. R. Therapeutic targeting of the hypoxic tumour microenvironment. Nat. Rev. Clin. Oncol. 18, 751–772 (2021).
2. Schofield, C. J. & Ratcliffe, P. J. Oxygen sensing by HIF hydroxylases. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 5, 343–354 (2004).
3. Kroemer, G., Galluzzi, L., Kepp, O. & Zitvogel, L. Immunogenic cell death in cancer therapy. Annu. Rev. Immunol. 31, 51–72 (2013).
4. Delibegovic, M., Dall’Angelo, S. & Dekeryte, R. Protein tyrosine phosphatase 1B in metabolic diseases and drug development. Nat. Rev. Endocrinol. 20, 366–378 (2024).
5. Otten, E. G. et al. Ubiquitylation of lipopolysaccharide by RNF213 during bacterial infection. Nature 594, 111–116 (2021).
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