2020年12月，来自佛罗里达H.Lee. Moffitt肿瘤研究中心的Gina M. DeNicola课题组在Cell Metabolism上发表了题为“Non-canonical Glutamate-Cysteine Ligase Activity Protects against Ferroptosis”的文章，报道了在NRF2激活的细胞中，谷氨酸-半胱氨酸连接酶催化亚基（GCLC）通过合成γ-谷氨酰肽保护细胞免受由半胱氨酸饥饿诱导的铁死亡，这种保护作用不依赖于谷胱甘肽。 ——背景南京邮电大学张代远——
铁死亡是一种铁依赖性的非凋亡细胞死亡，由细胞内脂质氢过氧化物累积所致。半胱氨酸是维持细胞氧化还原稳态所必需的，半胱氨酸剥夺会诱导铁死亡。GSH是由半胱氨酸、谷氨酸和甘氨酸组成的三肽，GSH的合成分两步进行。首先，通过GCLC连接谷氨酸和半胱氨酸，生成γ-谷氨酰-半胱氨酸(γ-Glu-Cys)。然后γ-Glu-Cys与甘氨酸连接，生成三肽GSH遗留问题
。虽然半胱氨酸与GSH合成直接相关，会影响ROS水平和脂质过氧化物酶GPX4的活性，但除了用于GSH合成，对胱氨酸饥饿的代谢后果了解甚少。 ——结果——
1.转硫途径不能支持NSCLC细胞系的半胱氨酸水平首先，对NSCLC细胞系进行胱氨酸饥饿处理导致细胞死亡，细胞死亡伴随着脂质过氧化物的积累，并可被铁死亡抑制剂所抑制。转硫途径可以使细胞从头合成半胱氨酸。通过碳同位素标记，发现在正常及饥饿条件下同位素标记半胱氨酸含量都极低，因此在胱氨酸饥饿处理4h后，细胞内半胱氨酸强烈耗竭。这些结果表明，转硫途径无法支持NSCLC细胞系中的半胱氨酸水平，从而导致在胱氨酸饥饿条件下半胱氨酸耗竭，GSH合成受损。
图1 转硫途径不能支持NSCLC的半胱氨酸池A. 在胱氨酸缺乏和正常条件下，用DMSO或 Fer-1处理NSCLC后的细胞死亡。 B. 同位素标记丝氨酸示意图。 C-F.在缺乏胱氨酸(-)或富含胱氨酸(+)条件下培养4小时后，细胞内标记的丝氨酸、甘氨酸、半胱氨酸和谷胱甘肽的含量。
2.胱氨酸饥饿诱导谷氨酸衍生的γ-谷氨酰肽积累在胱氨酸饥饿后，尽管细胞内半胱氨酸被均一性耗竭，但领航中国文艺晚会NSCLC细胞系对铁死亡表现出了异质性。因此对A549细胞系进行了非靶向代谢组学研究，在大多数代谢产物耗尽时，部分代谢产物高度积累。这部分代谢产物被鉴定为γxcom-谷氨酰二肽或三肽。使用同位素标记谷氨酰胺，发现细胞内约有50%的谷氨酸及γ-谷氨酰肽被标记。在一组NSCLC细胞系中，胱氨酸饥饿后γ-谷氨酰肽水平与铁死亡敏感性呈负相关。这些结果表明胱氨酸饥饿促进谷氨酸衍生的γ-谷氨酰肽的积累，这可能在细胞对胱氨酸饥饿的反应中起作用。
图2 胱氨酸饥饿诱导谷氨酸衍生的γ-谷氨酰肽积累A. 在富含胱氨酸和饥饿条件下培养4h的A549细胞的代谢组学特征散点图。B, C. A549细胞在胱氨酸充足或缺乏条件下培养4h后，谷氨酰胺的同位素标记。D. 13种非小细胞肺癌细胞系的铁死亡与γ-谷氨酰肽水平之间的相关性。
3.GCLC介导γ-谷氨酰肽的合成由于在积累的γ-谷氨酰肽中，有与GSH相似的γ-Glu-2AB-Gly，γ-Glu-2AB-Gly由GCLC与GSS合成。因此假设γ-谷氨酰肽直接由GCLC合成。而在NSCLC细胞系中，在缺乏半胱氨酸的条件下γ-谷氨酰二肽水平与GCLC表达之间有很强的相关性。为了直接评估GCLC生产γ-谷氨酰二肽的情况，使用CRISPR/Cas9构建了GCLC KO和GSS KO的 A549克隆。尽管两种克隆都缺乏GSH合成能力，但只有GCLC KO细胞合成γ-谷氨酰二肽的能力受损。在一机双号Erastin处理或胱氨酸饥饿后，γ-谷氨酰肽的累积也通过GCLC抑制剂BSO处理而被阻断，表明GCLC的酶活性是γ-谷氨酰肽积累所必需的。这些结果表明，在胱氨酸缺乏条件下，γ-谷氨酰二肽由GCLC直接生成。
图3 GCLC介导细胞培养中γ-谷氨酰肽的合成A. 非小细胞肺癌细胞系中γ-谷氨酰二肽与GCLC表达的相关性。B. A549细胞系及GCLC KO和GSS KO克隆的免疫印迹。C, D. 在富含胱氨酸或缺乏胱氨酸的条件下2.5h，细胞内的GSH水平和甘肃理论学刊γ-谷氨酰肽水平。E. 描述GCLC非典型γ-谷氨酰肽合成活性的示意图。
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