Ferroptose setzt immunaktivierende Signale frei, die Makrophagen auf den Kampf vorbereiten

Ferroptose ist eine Form des eisenabhängigen, regulierten nekrotischen Zelltods, der durch unkontrollierte Lipidperoxidation und den Verlust der GPX4-Aktivität ausgelöst wird. Im Gegensatz zur Apoptose kommt es bei der Ferroptose zu einem Bruch der Plasmamembran, wodurch intrazelluläre Inhalte in den extrazellulären Raum freigesetzt werden. Obwohl es immer mehr Belege dafür gibt, dass die Ferroptose Immunantworten moduliert – manchmal die Anti-Tumor-Immunität fördernd, manchmal unterdrückend – fehlte bislang eine systematische, unvoreingenommene Charakterisierung dessen, was ferroptotische Zellen tatsächlich freisetzen.

Um diese Lücke zu schließen, verwendeten die Autoren Pfa1-Maus-Embryofibroblasten (MEFs) mit einem Tamoxifen-induzierbaren GPX4-Knockout. Der Zelltod wurde als ferroptotisch bestätigt (blockiert durch Ferrostatin-1, nicht jedoch durch Caspase- oder Necroptose-Inhibitoren) und ging mit einer Anreicherung von Lipid-ROS einher. Es wurde eine Multi-Omics-Strategie eingesetzt: Eine SILAC-basierte quantitative Proteomik identifizierte 353 sezernierte Proteine, von denen 48 in ferroptotischen Überständen signifikant angereichert waren. Dazu gehörten Hitzeschockproteine (HSPs), Chaperone, der makrophagenmigrationsinhibierende Faktor (MIF) sowie Proteine, die an der MHC-Klasse-II-Antigenpräsentation und der Aktivierung der angeborenen Immunität beteiligt sind. Eine zweite Proteomik-Methode – die Quantifizierung mittels schwerisotopenmarkiertem Azidohomoalanin (HILAQ) – erfasste spezifisch neu translatierte Proteine, die während der Ferroptose sezerniert wurden, und identifizierte zusätzlich 589 Proteine, wodurch eine zeitliche Auflösung der sekretorischen Antwort ermöglicht wurde.

Auf der Nicht-Protein-Seite ergab eine ungezielte Metabolomik und Lipidomik ferroptotischer Überstände eine Anreicherung von Oxylipinen (einschließlich Prostaglandinen und Hydroxyeicosatetraensäuren), TCA-Zyklus-Intermediaten und Methionin-Zyklus-Metaboliten – allesamt mit bekannten Rollen in der Entzündungssignalisierung. Diese Lipidmediatoren, die nachgeschaltet der COX2-Hochregulierung während der Ferroptose produziert werden, stellen einen bislang unterschätzten Teil des ferroptotischen Sekretoms dar.

Funktionell setzte das Team knochenmarkabgeleitete Makrophagen (BMDMs) ferroptotischen Zellüberständen aus und führte ein transkriptionelles RNA-seq-Profiling durch. Ferroptotische Überstände – nicht jedoch Kontrollüberstände – induzierten eine transkriptionelle Umprogrammierung, die mit einem Makrophagen-Priming übereinstimmt, und regulierten Gene der Mustererkennungs-, Zytokin-Signalisierungs- und angeborenen Immunantwort hoch. Geprimte BMDMs produzierten anschließend signifikant höhere Mengen an Entzündungszytokinen (z. B. TNF-α, IL-6) als Reaktion auf LPS-Stimulation, was ein funktionelles Immun-Priming bestätigt. Dies belegt eine direkte biologische Aktivität des ferroptotischen Sekretoms, die über die passive Freisetzung von DAMPs hinausgeht.

Diese Erkenntnisse haben weitreichende Implikationen. In der Krebsbiologie könnte eine gewebliche Ferroptose tumorinfiltrierende Makrophagen in Richtung pro-inflammatorischer Zustände primen, die die Anti-Tumor-Immunität je nach Kontext fördern oder unterdrücken könnten. Im Bereich des Alterns, wo die Ferroptose als Beitrag zu Gewebeschäden und steriler Entzündung (Inflammaging) vorgeschlagen wurde, könnte das Priming von Makrophagen durch ferroptotische Sekretome chronische Entzündungszyklen aufrechterhalten. Der hier generierte Atlas liefert der Forschungsgemeinschaft eine grundlegende Ressource, um diese kontextabhängigen Effekte systematisch zu untersuchen.