一、鐵死亡簡介

鐵死亡（Ferroptosis）最早是2012年由Brent R. Stockwell提出的[1]，研究發(fā)現(xiàn)Erastin可以特異性誘導(dǎo)Ras突變細胞死亡，但是沒有典型的細胞凋亡特征，鐵螯合劑可以抑制這一過程，并且另一種化合物RSL3也有類似的細胞死亡表型[2, 3]。與經(jīng)典的細胞凋亡不同，鐵死亡過程中沒有細胞皺縮，染色質(zhì)凝集等現(xiàn)象，但會出現(xiàn)線粒體皺縮，脂質(zhì)過氧化增加。傳統(tǒng)的細胞凋亡，細胞自噬，細胞焦亡的抑制劑不能抑制鐵死亡過程，但鐵離子螯合劑可以抑制這一過程，說明鐵死亡是鐵離子依賴的過程。

基礎(chǔ)研究中經(jīng)常涉及到對多種細胞死亡方式的研究，如細胞自噬、凋亡、焦亡等。細胞鐵死亡是最近幾年才被發(fā)現(xiàn)的一種細胞死亡方式，目前對它的形態(tài)學(xué)、生物學(xué)、機制通路有了部分了解，但鐵死亡過程涉及多種機制，受到信號通路的精密調(diào)控，鐵死亡與疾病的發(fā)生有何種聯(lián)系，是否與其他細胞死亡方式聯(lián)合介導(dǎo)疾病的進展，因此，進一步深入研究鐵死亡的作用機理，研究其在不同疾病類型中的作用，對尋找相關(guān)疾病的治療靶點、靶向藥物的研發(fā)具有重要意義。

鐵死亡相關(guān)特征

（1）形態(tài)學(xué)特征：超微結(jié)構(gòu)顯示，鐵死亡時細胞膜斷裂和出泡，線粒體萎縮、線粒體脊減少甚至消失、膜密度增加、細胞核形態(tài)正常，但缺乏染色質(zhì)凝集；電鏡下觀察到胞內(nèi)線粒體變小、雙層膜密度增高。
（2）生物學(xué)特征：活性氧（ROS）增加、鐵離子聚集，激活絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）系統(tǒng)，通過降低胱氨酸的攝取、耗竭谷胱甘肽，抑制ystem Xc-和增加還原型酰腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶，釋放花生四烯酸等介質(zhì)。

（3）免疫學(xué)特征為損傷相關(guān)分子模式（damage-associatedmolecular patterns molecules，DAMPs）釋放前炎癥介質(zhì)（如高遷移率族蛋白B1等）。
（4）基因水平：主要受核糖體蛋白L8（ribosomalprotein L8，RPL8），鐵反應(yīng)元件結(jié)合蛋白（ironresponse element binding protein 2，IREB2），ATP合成酶F0復(fù)合體亞基C3（ATP synthase F0 complex subunit C3，ATP5G3），三四肽重復(fù)結(jié)構(gòu)域35（tetratricopeptide repeat domain 35，TTC35），檸檬酸合成酶（citratesynthase，CS），?；o酶A合成酶家族成員2（acyl-CoAsynthetase family member 2，ACSF2）以及受代謝、儲存基因TFRC、ISCU、FTH1、FTL、SLC11A2的調(diào)節(jié)。

鐵死亡的實質(zhì)是細胞內(nèi)脂質(zhì)氧化物代謝障礙，在鐵離子催化作用下代謝發(fā)生異常，當細胞抗氧化能力減弱，脂質(zhì)活性氧堆積，使細胞內(nèi)氧化還原失衡，誘導(dǎo)細胞死亡。

二、鐵死亡機制

（1）抑制GPX4誘導(dǎo)鐵死亡：GPX4 能降解小分子過氧化物和某些脂質(zhì)過氧化物，抑制脂質(zhì)過氧化。研究發(fā)現(xiàn)，若細胞中 GPX4 表達下調(diào)則會對鐵死亡更敏感；相反，若上調(diào) GPX4 的表達，則會產(chǎn)生對鐵死亡的耐受。因此，將GPX4抑制后將誘導(dǎo)細胞發(fā)生鐵死亡。
（2）抑制胱氨酸谷氨酸轉(zhuǎn)運受體 (systemXC-)誘導(dǎo)鐵死亡：通過systemXC-，谷氨酸與胱氨酸以1:1比例交換，因此，谷氨酸的水平會影響到systemXC- 的功能。細胞外高濃度的谷氨酸會抑制systemXC-從而誘導(dǎo)鐵死亡。敲除systemXC-的小鼠由于細胞外谷氨酸水平減少，可以防止神經(jīng)毒性損傷。

（3）p53介導(dǎo)鐵死亡：p53是一種抑癌基因，通過下調(diào)systemXC-組分SLC7A11的表達抑制細胞對胱氨酸的攝取，導(dǎo)致谷胱甘肽過氧化物酶活性降低，削減細胞抗氧化能力，增強細胞對鐵死亡的敏感性。同時，研究發(fā)現(xiàn)，在人腫瘤細胞中SLC7A11過度表達，這種過表達能夠抑制活性氧誘導(dǎo)的“鐵死亡”，同時削弱p53 3KR介導(dǎo)的對腫瘤生長的抑制作用。

鐵死亡機制

三、檢測方法

1、新陳代謝

（1）細胞活性：CCK-8；

（2）鐵水平檢測：細胞內(nèi)可以使用PGSK探針，流式細胞術(shù)或共聚焦顯微鏡檢測細胞內(nèi)鐵含量的細胞膜透性染料，結(jié)果表明，在鐵死亡的細胞中，PGSK的綠色熒光會減弱；或者使用Iron Assay Kit檢測細胞、組織中的鐵水平；

（3）活性氧水平：細胞內(nèi)活性氧和脂質(zhì)活性氧通過流式細胞術(shù)使用DCFH-DA（表達上調(diào)）或C11-BODIPY 熒光探針檢測（在鐵死亡細胞中，探針會由紅色轉(zhuǎn)化為綠色）；

（4）qRT-PCR/WB檢測：檢測與鐵死亡相關(guān)的蛋白表達，如PTGS2、NOX1、FTH1、COX2、GPX4、ACSL4等，其中COX2、ACSL4、PTGS2、NOX1在鐵死亡細胞中表達上調(diào)，GPX4、FTH1在鐵死亡細胞中表達下調(diào)；

2、形態(tài)觀察
（1）透射電鏡直接觀察細胞形態(tài)：細胞發(fā)生鐵死亡時線粒體變小以及線粒體膜密度較大；

（2）線粒體觀察：向細胞內(nèi)轉(zhuǎn)染LifeAct-GFP熒光蛋白，一段時間后用有絲分裂追蹤器觀察線粒體形態(tài)；

（3）線粒體膜電位檢測：通過流式細胞儀收集TMRE陽性細胞的比例。

常用鐵死亡研究常用試劑：
（1）System Xc抑制劑，Erastin 及其類似物 sulfasalazine, glutamate, and sorafenib
（2）GPX4 抑制劑，如RSL3，ML162
（3）FIN56可耗盡GPX4和CoQ10
（4）FINO2可間接抑制GPX4，誘導(dǎo)脂質(zhì)過氧化

四、鐵死亡與疾病的關(guān)系

1、鐵死亡與腫瘤

鐵死亡在有關(guān)腫瘤的研究中成為近幾年的熱點之一。通過提高erastin衍生物的溶解度、分離度以及效價，其中的某些衍生物在異種移植腫瘤中已經(jīng)初見成效。納米顆粒誘導(dǎo)鐵死亡也在異種移植研究中得到了證實。腫瘤抑癌基因p53能抑制 SLC7A11（systemXC-的組成部分），在某些情況下也能夠誘導(dǎo)鐵死亡的發(fā)生；核轉(zhuǎn)錄因子Nrf2能抑制肝細胞癌中鐵死亡的發(fā)生；抑制Nrf2的表達能增強細胞鐵死亡。

2、鐵死亡與帕金森

最近研究證明，鐵死亡很有可能是引起PD神經(jīng)退行性變細胞死亡的通路之一，鐵是治療PD的有效靶點。在細胞和MPTP誘導(dǎo)的PD小鼠模型中運用鐵螯合劑（去鐵酮），能減少氧化應(yīng)激，增強多巴胺可利用性，從而改善現(xiàn)有的運動癥狀和減少運動功能的退化。早期階段的PD患者中，應(yīng)用去鐵酮治療可減緩運動缺陷的進展，減少現(xiàn)有的運動癥狀。在MPTP治療前24小時給小鼠注射鐵死亡抑制劑ferrostatin-1可顯著挽救行為障礙和神經(jīng)元丟失，這表明常見的PD毒素在動物模型中引起神經(jīng)退行性變的機制可能是鐵死亡。

3、細胞鐵死亡與肝臟損傷的關(guān)系

該研究運用多種基因敲除小鼠模型，首次發(fā)現(xiàn)高鐵狀態(tài)以及遺傳性血色病鐵過載可誘發(fā)肝臟（肝細胞及巨噬細胞）發(fā)生鐵死亡，并且揭示了轉(zhuǎn)運蛋白Slc7a11調(diào)控鐵死亡的新機制，為肝臟損傷及血色病等系列重大疾病的防治提供了新思路。

Wang H，et al.Hepatology.2017

參考文獻
1. Dixon, S.J., et al., Ferroptosis: an iron-dependent form of nonapoptotic cell death. Cell, 2012. 149(5): p. 1060-72.
2. Yang, W.S. and B.R. Stockwell, Synthetic lethal screening identifies compounds activating iron-dependent, nonapoptotic cell death in oncogenic-RAS-harboring cancer cells. Chem Biol, 2008. 15(3): p. 234-45.
3. Yagoda, N., et al., RAS-RAF-MEK-dependent oxidative cell death involving voltage-dependent anion channels. Nature, 2007. 447(7146): p. 864-8.

4. Stockwell, B.R., et al., Ferroptosis: A Regulated Cell Death Nexus Linking Metabolism, Redox Biology, and Disease. Cell, 2017. 171(2): p. 273-285.