作為一種全新的細胞死亡方式，從2012年初次被定義到現(xiàn)在，已發(fā)表的鐵死亡相關(guān)文章快速增多，受資助的研究項目也逐年遞漲，已成為當(dāng)下生物醫(yī)學(xué)研究的前沿?zé)狳c！

（數(shù)據(jù)源于：PubMed）

那么究竟這鐵死亡有何特征？分子機制是什么？我們又該如何去檢測它呢？小P結(jié)合文獻整理的這篇文章，相信對你有一定的幫助。

鐵死亡是一種由鐵依賴的脂質(zhì)過氧化誘導(dǎo)的調(diào)節(jié)性細胞死亡形式，在形態(tài)學(xué)、生物化學(xué)和遺傳學(xué)上均不同于凋亡、壞死和自噬，有其獨特的表征。

形態(tài)特征：主要表現(xiàn)為線粒體體積縮小、雙層膜密度增加，線粒體嵴減少或消失，線粒體外膜破裂；核大小正常，無染色質(zhì)聚集。

生化特征：鐵積累，脂質(zhì)過氧化，絲裂原活化蛋白激酶（MAPKs）系統(tǒng)激活，胱氨酸-谷氨酸反向轉(zhuǎn)運體（System Xc-，由SLC7A11和SLC3A2組成的異二聚體）抑制，胱氨酸攝取降低，谷胱甘肽（GSH）耗竭，NAPDH氧化增加，釋放花生四烯酸介質(zhì)（如11-HETE和15-HETE）等。

免疫特征：釋放損傷相關(guān)的分子模式（DAMPs），促進炎癥反應(yīng)。

鐵死亡、凋亡、自噬及壞死性凋亡比較

鐵是人體中一種重要的微量元素，鐵缺乏或鐵過載都會影響正常的生理機能。人體需要的鐵來源于體內(nèi)鐵的再利用和從食物中吸收。

血漿中的鐵以Fe³⁺的形式與轉(zhuǎn)鐵蛋白（transferrin）結(jié)合，通過轉(zhuǎn)鐵蛋白受體1（TFR1/CD71）介導(dǎo)的“轉(zhuǎn)鐵蛋白-Fe³⁺”復(fù)合體的內(nèi)吞，將轉(zhuǎn)鐵蛋白結(jié)合的Fe³⁺送到細胞內(nèi)并定位到內(nèi)體。在內(nèi)體中，F(xiàn)e³⁺被STEAP3還原為Fe²⁺。二價金屬離子轉(zhuǎn)運體1（DMT1/SLC11A2）介導(dǎo)Fe²⁺從內(nèi)體釋放到細胞質(zhì)的不穩(wěn)定鐵池（labile iron pool）中。

多余的鐵以穩(wěn)定的形式被儲存到鐵蛋白（ferritin）中而不參與ROS生成反應(yīng)。泵鐵蛋白（ferroportin/SLC40A1）介導(dǎo)鐵離子外排。

過量的鐵能通過芬頓反應(yīng)產(chǎn)生ROS以及激活含鐵的酶（如脂氧合酶）來促進脂質(zhì)過氧化而引發(fā)鐵死亡。

因此，通過增加鐵吸收、減少鐵儲存和限制鐵外流可以促進鐵死亡，鐵螯合劑和抗氧化劑可以預(yù)防鐵死亡。

在鐵死亡過程中，多不飽和脂肪酸（PUFAs），尤其是花生四烯酸和腎上腺酸最容易發(fā)生過氧化，導(dǎo)致脂質(zhì)雙層被破壞。

細胞膜中PUFAs生物合成和重塑所需的酶ACSL4和LPCAT3是參與脂質(zhì)過氧化物形成的兩種關(guān)鍵酶。ACSL4將花生四烯酸和腎上腺酸催化為花生四烯酸-輔酶A或腎上腺酸-輔酶A，LPCAT3將其酯化為花生四烯酸或腎上腺酸的磷脂酰乙醇胺，最后可由脂氧合酶（LOX）氧化為脂質(zhì)過氧化物。ROS可以與脂膜上的PUFAs發(fā)生反應(yīng)誘導(dǎo)脂質(zhì)過氧化，而鐵可以通過芬頓反應(yīng)產(chǎn)生ROS促進脂質(zhì)過氧化。

胱氨酸-GSH-GPX4、CoQ10-FSP1、GCH1-BH4-DHFR三大系統(tǒng)能有效抑制脂質(zhì)過氧化，從而抵御鐵死亡。

胱氨酸-GSH-GPX4是經(jīng)典的鐵死亡抑制系統(tǒng)。GSH是細胞內(nèi)重要的抗氧化劑，胱氨酸是細胞合成GSH的原料，而細胞膜上的System Xc-能將細胞外的胱氨酸轉(zhuǎn)運到細胞內(nèi)，同時將細胞內(nèi)的谷氨酸轉(zhuǎn)運至細胞外。谷胱甘肽過氧化物酶（GPX4）是GSH依賴性酶，將還原型GSH轉(zhuǎn)化為氧化型GSH，同時將脂質(zhì)氫過氧化物還原為相應(yīng)的脂質(zhì)醇或?qū)⒂坞x過氧化氫還原為水。GSH耗竭導(dǎo)致GPX4失活，使脂質(zhì)過氧化物累積觸發(fā)鐵死亡。

胱氨酸-GSH-GPX4曾一度被認為是抵御鐵死亡的唯一重要機制，而2019年背靠背發(fā)表在Nature上的兩篇研究發(fā)現(xiàn)鐵死亡抑制蛋白1（FSP1，以前稱為線粒體凋亡誘導(dǎo)因子2，AIFM2）不依賴于GSH，以與GPX4蛋白平行的方式阻斷脂質(zhì)過氧化進而抑制鐵死亡。FSP1 利用NAD(P)H還原CoQ10（泛醌），還原型CoQ10（泛醇）能抑制脂質(zhì)過氧化。

此外，最近研究發(fā)現(xiàn)GTP環(huán)化水解酶1（GCH1，它是四氫生物蝶呤BH4合成的限速酶）以獨立于GPX4的方式對抗鐵死亡。BH4是一種有效的自由基捕獲型抗氧化劑，能防止脂質(zhì)過氧化，它可以通過二氫葉酸還原酶（DHFR）再生。

胱氨酸-GSH-GPX4、CoQ10-FSP1、GCH1-BH4-DHFR三大系統(tǒng)抵御鐵死亡

（圖片引自Cell Metab. 2020 Dec 1;32(6):920-937.）

大量研究表明鐵死亡在腦、肝臟、腎臟、心臟等多種器官的相關(guān)疾病中發(fā)揮重要作用，與神經(jīng)退行性疾病、缺血-再灌注損傷、纖維化、腫瘤等疾病的病理生理過程密切相關(guān)，而且鐵死亡在不同疾病中扮演不同的角色，通過抑制或促進鐵死亡來減緩疾病的進展，為許多疾病的治療提供了非常有前景的新思路。

1）鐵死亡與腫瘤

鐵死亡最初是在研究抗腫瘤化合物erastin對RAS基因突變的腫瘤細胞的作用機制時被發(fā)現(xiàn)。除本身可誘導(dǎo)鐵死亡以外，erastin可以提高腫瘤細胞的化療和放療的敏感性。一些已被FDA批準的藥物（如索拉非尼、柳氮磺胺吡啶、青蒿琥酯）可誘導(dǎo)腫瘤細胞鐵死亡，抑制腫瘤生長。

多個腫瘤相關(guān)的信號通路（RAS、P53、NRF2、HIF、上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化）參與調(diào)控鐵死亡。腫瘤細胞鐵死亡過程中損傷相關(guān)的分子模式（DAMPs）的釋放在腫瘤免疫中可能是把雙刃劍，具有促進和抑制腫瘤的雙重作用。

2）鐵死亡與神經(jīng)退行性疾病

大量研究表明，在神經(jīng)退行性病變（阿爾茨海默病、帕金森癥、亨廷頓病、多發(fā)性硬化癥、肌萎縮側(cè)索硬化癥等）時，中樞和（或）周圍神經(jīng)系統(tǒng)的特定區(qū)域出現(xiàn)鐵累積。鐵的累積可能導(dǎo)致鐵催化的芬頓反應(yīng)。

研究發(fā)現(xiàn)鐵累積和脂質(zhì)過氧化與多種神經(jīng)退行性疾病的發(fā)展相關(guān)，神經(jīng)細胞鐵死亡可能是引起神經(jīng)退行性疾病的重要途徑。通過降低鐵積累抑制脂質(zhì)過氧化來有效保護神經(jīng)元，為治療神經(jīng)退行性疾病提供了新思路。

3）鐵死亡與缺血-再灌注損傷

氧自由基生成增多造成脂質(zhì)過氧化是缺血-再灌注損傷的機制之一。鐵死亡參與包括腦、心臟、腸、腎臟和肝臟在內(nèi)的多種器官的缺血-再灌注損傷，鐵死亡抑制劑已成功應(yīng)用于多種缺血/再灌注相關(guān)組織損傷的動物模型中。

目前已發(fā)現(xiàn)多種鐵死亡的誘導(dǎo)劑和抑制劑，它們可以通過不同的機制和作用方式來誘導(dǎo)或抑制鐵死亡。

一些研究者還將納米技術(shù)與鐵死亡研究相結(jié)合，利用納米材料抑制或誘發(fā)鐵死亡。

除了使用誘導(dǎo)劑和抑制劑外，也可以通過過表達或者敲除/敲低關(guān)鍵蛋白來促進或抑制鐵死亡的發(fā)生。

1）形態(tài)觀察：使用透射電鏡觀察細胞形態(tài)，發(fā)生鐵死亡時細胞的線粒體體積縮小，雙層膜密度增加，線粒體嵴減少或消失。

使用透射電鏡觀察Erastin誘導(dǎo)BJeLR細胞發(fā)生鐵死亡的形態(tài)

（圖片引自Cell. 2012 May 25;149(5):1060-72.）

2）細胞活性測定：常用CCK-8法測定細胞活性，其他一些方法包括使用鈣黃綠素AM（Calcein AM）、阿爾瑪藍、臺盼藍染色等。

3）鐵水平：使用PGSK（Phen Green SK）檢測活細胞內(nèi)亞鐵離子含量，鐵分析試劑盒測量樣品中的亞鐵和/或鐵離子。  

4）ROS及脂質(zhì)過氧化：使用DCFH-DA熒光探針測定細胞內(nèi)ROS水平，C11 BODIPY 581/591熒光探針檢、LiperFluo熒光探針檢測脂質(zhì)過氧化，采用硫代巴比妥酸反應(yīng)物法（TBARS）檢測脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物丙二醛（MDA）。

5）測定谷胱甘肽水平：使用GSH/GSSG比率檢測試劑盒對樣本中的谷胱甘肽水平進行定量。

6）代謝組學(xué)或脂質(zhì)組學(xué)：通過代謝組學(xué)或脂質(zhì)組學(xué)檢測代謝物和脂質(zhì)。

7）檢測相關(guān)基因及蛋白表達：

基因：GPX4，CD71/TFR1，SLC7A11，NRF2，NCOA4，p53，HSPB1，ACSL4，F(xiàn)SP1，KOD等。

蛋白：SLC7A11，GPX4，ferritin，COX2/PTGS2，NOX1，AIFM2/ FSP1，ACSL4，LPCAT3，IREB2，ATG5-ATG7-NCOA4，p62-Keap1- NRF2，p53-SAT1-ALOX15等。

作為生命科學(xué)及醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的優(yōu)秀抗體供應(yīng)商。Proteintech可為鐵死亡相關(guān)研究提供高品質(zhì)的研究工具，這里給大家做一個推薦：

1）CCK-8試劑盒（貨號：PF00004），用于細胞活性檢測；

2）鐵死亡相關(guān)蛋白抗體，可用于鐵死亡相關(guān)蛋白靶標(biāo)的免疫學(xué)檢測，靶標(biāo)及抗體詳情見下表：

（點擊圖片查看大圖）

好啦，

以上就是本期想和大家分享的全部內(nèi)容，

希望對你們有所幫助~
end~

【主要參考文獻】

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