Nature Cell Biology：首个脂滴脂质质量控制通路：FSP1抑制细胞铁死亡新机制

FSP1介导的脂滴质量控制可防止中性脂质过氧化和铁死亡

2025年10月，美国加州大学、德累斯顿工业大学等单位的研究人员在《Nature Cell Biology》（19.1）上发表了题为“FSP1-mediated lipid droplet quality control prevents neutral lipid peroxidation and ferroptosis”的研究论文，揭示了首个脂滴（LD）脂质质量控制通路：LD定位的铁死亡抑制蛋白1（FSP1）蛋白通过维持中性脂质完整性，来抑制氧化脂质的积累及铁死亡的发生。

  亮点概述：

• LD定位的FSP1是保护细胞中含多不饱和脂肪酸（PUFA）的中性脂质免受氧化损伤所必需的。
• FSP1作为辅酶Q10（CoQ10）氧化还原酶，可防止LD中储存的中性脂质发生氧化损伤。
• 含PUFA的中性脂质高度依赖FSP1蛋白来防止自身过氧化，而羟基化的中性脂质是导致LD过氧化介导细胞死亡的积累物质。
• FSP1介导的中性脂质质量控制能防止由LD引发的铁死亡。

  研究背景：

LDs是根据细胞需求储存并提供脂质的细胞器。铁死亡是一种铁依赖性的调控性细胞死亡形式，其特征是磷脂过氧化失控导致质膜破裂，其本质是脂质质量控制机制的失灵。为抑制铁死亡，细胞依赖专门的脂质质量控制机制，包括谷胱甘肽依赖性过氧化物酶GPX4介导的过氧化物转化、FSP1参与的抗氧化剂循环以及细胞通过调控膜脂组成来调节铁死亡敏感性等。

虽然膜磷脂过氧化的机制已得到深入研究，但关于LDs内中性脂质的过氧化敏感性仍知之甚少。LDs内的中性脂质是否容易发生氧化损伤，以及细胞内存在哪些保护机制，这些仍需进一步探索。

为了深入解析FSP1保护的特定脂类，研究人员系统分析了FSP1基因敲除（KO）细胞、以及表达多西环素（DOX）诱导型野生型（WT）或催化失活的E156A突变型FSP1的KO细胞的脂质谱。脂质组学分析显示，不同实验条件下细胞脂质含量发生了显著变化。活性FSP1蛋白能保护特定脂质亚群，包括磷脂酰胆碱（PC）、磷脂酰乙醇胺（PE）和磷脂酰丝氨酸（PS）等高度不饱和磷脂，以及多种中性脂质，这与双层膜结构和LD保护功能相吻合。FSP1 KO的细胞中，甘油三酯（TG）从PUFA型向饱和型转变，揭示了该蛋白维持不饱和中性脂质的关键作用。此外，FSP1 KO会引起胆固醇酯（CEs）和部分单不饱和甘油三酯（MUFA-TG）的增加，可能反映了机体的适应性代偿机制。

FSP1缺失会导致脂质重塑，并降低含PUFA的甘油酯

FSP1 KO细胞中观察到的PUFA-TG减少，可能源于这些脂质发生氧化作用而不被检测到。鉴于脂质种类及其氧化衍生物的复杂性，研究人员采用LC-MS/MS对FSP1 KO细胞中富集的氧化脂质进行脂质组分析。结果发现，多种选择性富集于FSP1 KO细胞的氧化中性脂质被检出，包括氧化TGs和氧化CEs。表明FSP1是保护中性脂质免受氧化损伤的关键因子。FSP1可定位于多种细胞器（包括LDs）。为探究FSP1是否直接作用于LDs，研究人员构建了多种FSP1细胞系进行了脂质组分析，结果表明FSP1通过其酶活性和膜定位能力，直接作用于LD，以维持储存TGs和CEs的完整性。FSP1作为铁死亡抑制因子已被充分证实，但在LD功能中的具体作用及氧化中性脂质引发的细胞后果仍不明确。研究人员在预先用脂肪酸诱导LDs形成的FSP1靶向细胞系中，采用铁死亡激动剂RSL3进行了剂量反应分析。WT FSP1细胞在标准培养和脂肪酸补充条件下均能防止RSL3诱导的细胞死亡。靶向KO LDs的FSP1（即FSP1-PLIN2）细胞在标准培养条件下未表现出保护作用，但在脂肪酸补充条件下却能抑制铁死亡。表明LD定位的FSP1在保护储存的中性脂质免受氧化损伤及抑制铁死亡方面具有条件特异性作用。

LD定位的FSP1可抑制中性脂质过氧化反应和铁死亡

为了探究细胞内LDs中FSP1底物的存在情况，研究人员使用LC-MS/MS检测了LD中的辅酶Q、维生素K及维生素E衍生物，结果表明FSP1可能通过局部回收CoQ10来维持LD的抗氧化能力，并防止中性脂质过氧化。研究人员进一步采用生物化学重构技术来探究FSP1抑制脂质过氧化的作用机制。实验结果表明，在细胞和重构体系中，FSP1作为CoQ10氧化还原酶，可防止LDs中储存的中性脂质发生氧化损伤。

通过DepMap平台对FSP1依赖性的分析发现，在927个癌细胞系中，FSP1必需性与PUFA-TG含量存在显著相关性。为了探究富含PUFA-TG是否会导致铁死亡敏感性，以及是否是FSP1缺失后细胞的一个脆弱性原因，研究人员建立了一种细胞系统，能够生成富含PUFA-TG的胞内LDs。

研究人员假设，经花生四烯酸处理的细胞中富含PUFA的TGs容易发生过氧化反应，并且对FSP1功能缺失敏感。实验证实，使用花生四烯酸处理添加FSP1抑制剂FSEN1的细胞或FSP1 KO细胞会使含花生四烯酸的TG减少、氧化CE和TG积累，铁死亡抑制剂Fer-1可逆转这种趋势，经BODIPY-C11染色显示过氧化斑点与LD标记物共定位，且Fer-1处理可有效抑制该现象。为了证实FSP1介导的LD质量控制功能丧失而产生的主要氧化中性脂质类型，研究人员对中性脂质的氧化脂肪酸进行了靶向定量分析。层次聚类分析发现，氧化脂肪酸存在一个特异性富集簇，该簇主要存在于富含PUFA-TG的LDs的细胞中。该簇几乎完全由羟基化的PUFA组成，经鉴定发现，多种花生四烯酸羟基化氧化产物区域异构体（即羟基二十碳四烯酸，HETE，FA20：4<OH>）是FSP1被抑制作用下主要积累的物质。实验数据表明，含PUFA的中性脂质高度依赖FSP1蛋白来防止自身过氧化，而含羟基的中性脂质（以及可能存在其他未被本研究方法靶向的氧化脂质衍生物）是导致LD过氧化介导细胞死亡的积累物质。

FSP1可防止富含PUFA的LDs的过氧化

该研究构建的细胞系统为研究中性脂质过氧化的细胞效应提供了可控模型。即使不靶向GSH-GPX4通路，富含PUFA的LDs过氧化仍可诱导细胞铁死亡，突显了FSP1通过维持中性脂质质量控制在保护细胞免受铁死亡中的关键作用。随后研究人员使用表达多种FSP1构建体的细胞系探究了FSP1活性与定位的重要性。研究结果充分证明FSP1在防止LDs中氧化损伤的TGs积累所诱发铁死亡过程中的关键作用，以及其作为细胞生存稳态机制的重要性。

综上所述，该研究结果表明定位于LD的FSP1可防止中性脂质氧化及LD引发的铁死亡。LD可以通过螯合PUFAs发挥保护作用，但在缺乏FSP1的情况下，它们会成为脂质过氧化的脆弱位点。这些发现为LD脂质质量控制和铁死亡构建了统一的框架，并强调了在生理学和疾病方面进一步研究的必要性。