辣椒素可诱导铁死亡，或为 NSCLC 提供新的治疗策略

      肺癌是全中国死亡率最高的癌种之一，而非小细胞肺癌（NSCLC）作为其最主要的分型，威胁着人们的健康与寿命。医药专家们针对肺癌进行了大量的基础研究，同时也研发了众多靶向药，但疾病的变化总是领先一步，迫切需要更多新的药物和治疗策略来应对。

      辣椒常被用作中餐的调味品之一，它的主要成分是辣椒素。辣椒素具有包括抗氧化、抗炎、预防心血管疾病、保护胃肠道黏膜在内的多种医疗功能。已有大量研究表明辣椒素在体外对多种恶性肿瘤具有抗癌作用，体内研究也证实辣椒素具有抗肿瘤作用。而且辣椒素的抗增殖和细胞毒作用只集中在恶性癌细胞上，对正常细胞没有任何损害，副作用更小。但背后具体的分子机制仍不清楚。来自山西医科大学附属人民医院的科学家们评估了辣椒素在NSCLC细胞中的作用，进一步证实其功能并探索了背后的潜在机制。

辣椒素通过铁死亡依赖的方式抑制 A549 和 NCI-H23 的细胞活力

     他们借助A549和NCI-H23人肺腺癌细胞系，通过MTT分别研究了辣椒素（图1 A）对这两个细胞系的影响。结果表明，100 μM、200 μM 和 300 μM 辣椒素在 24 小时和 48 小时均能够显著降低 A549 的细胞活力，而 50 μM 辣椒素对 A549 细胞没有明显抗增殖作用。辣椒素 (200 μM) 可降低 A549 细胞的活力并在 48 小时达到 IC50（图1 B）。此外，50 μM、100 μM、200 μM 和 300 μM 辣椒素在 24 小时和 48 小时均显著降低了 NCI-H23 的细胞活力，并且 NCI-H23 细胞在 48 小时与 100 μM 辣椒素达到 IC50（图1 C）。ferrostatin-1和辣椒素一起对细胞进行处理48小时后，A549和NCI-H23的细胞活力几乎不受影响，这与单独使用辣椒素对比明显。此外，细胞凋亡抑制剂 Z-VAD-FMK 不能缓解辣椒素诱导的 A549 和 NCI-H23 细胞活力下降（图1 D，E）。

图1. 辣椒素诱导 A549 和 NCI-H23 细胞的铁死亡。

辣椒素诱导 A549 和 NCI-H23 细胞的铁死亡

      根据以上结果，他们选择使用浓度为200 µM的辣椒素处理A549细胞48h及浓度为100 µM的辣椒素处理NCI-H23细胞48h作为后续研究，处理后，与对照组相比，A549 和 NCI-H23 细胞中的总铁水平和二价铁离子水平显著升高（图 2 A，B，D，E）。辣椒素+ferrostatin-1组细胞中的总铁和二价铁水平与辣椒素组相比显著降低（图 2 A、B、D、E）而辣椒素组细胞中的 GSH 水平显著降低，但在 ferrostatin-1 联合处理 A549 和 NCI-H23 细胞后，这种现象被消除（图 2 C，F）。

图2. A549和NCI-H23细胞中总铁水平、Fe ²⁺水平和GSH水平的变化。

辣椒素影响 SLC7A11 和 GPX4 的 mRNA 和蛋白水平

      为了寻找辣椒素诱导铁死亡的分子机制，他们选择了来自铁死亡途径的两个关键信号 SLC7A11 和 GPX4 作为研究目标。这项研究使用实时 PCR 技术来检测用辣椒素处理的 A549 和 NCI-H23 细胞中 SLC7A11 和 GPX4 的 mRNA 水平。如图 3A所示，辣椒素处理后 的A549 细胞中 SLC7A11 和 GPX4 mRNA 水平显著降低，而 ferrostatin-1 可以逆转这一作用。同样，辣椒素导致 NCI-H23 细胞中 SLC7A11 和 GPX4 表达水平发生显著变化， ferrostatin-1 也有相同的逆转作用（图 3 B）。此外，与对照组相比，A549和NCI-H23细胞 中 SLC7A11 和 GPX4 的蛋白质水平在辣椒素组中明显下调，使用ferrostatin-1 可消除这种影响（图 4A，B）。

图3. 通过实时PCR分析SLC7A11和GPX4的表达。

图4. 通过Western印迹分析分析SLC7A11和GPX4的表达。

总结与讨论

      肺癌作为恶性肿瘤之一，在中国的相关发病率和死亡率最高。然而在目前的治疗方案下，肺癌的 5 年生存率仅为 18%。其中NSCLC是最常见的肺癌病理类型，但只有约20%的NSCLC患者有手术机会。手术外的其他疗法副作用也比较大，因此寻找新的NSCLC患者治愈策略迫在眉睫。科学家们研究了不同辣椒素浓度对 A549 和 NCI-H23细胞（NSCLC 细胞系）的作用，并通过MTT法确定了辣椒素对A549细胞48 h的IC50值为200 μM，对NCI-H23细胞的IC50值为100 μM和24 h。此外，铁死亡和细胞凋亡是细胞死亡的重要形式，在使用 ferrostatin-1 和 Z-VAD-FMK 后，他们进一步证实辣椒素对 A549 和 NCI-H23 细胞的抗增殖作用主要是源于铁死亡而非细胞凋亡。其中铁死亡与总铁水平和二价铁水平有关。实验结果显示辣椒素处理后 A549 和 NCI-H23 细胞中总铁和二价铁的含量显著增加，再次证实铁死亡是辣椒素诱导A549和NCI-H23细胞死亡的原因。

     为了进一步探讨辣椒素对A549和NCI-H23细胞的抗增殖作用的分子机制，他们观察了参与铁死亡过程的关键蛋白SLC7A11和GPX4的变化。SLC7A11 促进 GSH 的合成，抵消细胞中的氧化应激状态，并抑制癌细胞中的铁死亡。实时荧光定量 PCR 和蛋白质印迹分析实验的结果证实，与对照组相比，辣椒素处理后 的A549 和 NCI-H23 细胞中 SLC7A11 和 GPX4 水平显著降低。辣椒素介导的 SLC7A11 和 GPX4 下调在调节 A549 和 NCI-H23 细胞的铁死亡中起到关键作用。而检测了GSH 水平发现 在辣椒素处理后，A549 和 NCI-H23 细胞中的GSH 水平大幅降低。由此推测辣椒素可能通过调节SLC7A11/GPX4轴诱导A549和NCI-H23细胞的铁死亡。

      这些研究证实辣椒素作为一种潜在的抗癌剂，具有铁死亡诱导的抗增殖作用，或许可以用于治疗 NSCLC，从而为 NSCLC 患者提供新的治疗策略。

参考文献：

Liu XY, Wei DG, Li RS. Capsaicin induces ferroptosis of NSCLC by regulating SLC7A11/GPX4 signaling in vitro. Sci Rep. 2022 Jul 14;12(1):11996.