6.2 铁死亡的信号通路与调控

作为新兴的死亡方式，越来越多的研究者致力于对铁死亡机制的研究。多不饱和脂肪酸是细胞膜的组成部分，并且参与调节多种生物学功能，包括炎症、免疫、突触可塑性和细胞生长。但是多不饱脂肪酸双烯丙基处的C-H键极易被氧化攻击，因此其也是铁死亡过程中的重要底物，大量积累的脂质过氧化物以及其毒性代谢物会导致细胞的死亡。在此过程中，ACSL4、脂氧合酶、芬顿反应、活性氧等的存在都会促进铁死亡的进一步发展。

 

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细胞存在着高效的抗氧化机制将脂质过氧化物降解形成脂质醇，以维持细胞内的氧化稳态。这个平衡是由多种氧化还原活性酶参与，涉及脂质代谢，铁代谢以及氨基酸代谢等。其中，GSH-GPX4和FSP1-CoQ10是抗铁死亡的两条主要通路。此外，机体内还存在着NRF2调控的抗氧化通路以及维他命E等内源性抗氧化物。

 

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（1）抑制GPX4诱导铁死亡：GPX4 能降解小分子过氧化物和某些脂质过氧化物，抑制脂质过氧化。研究发现，若细胞中 GPX4 表达下调则会对铁死亡更敏感；相反，若上调 GPX4 的表达，则会产生对铁死亡的耐受。因此，将GPX4抑制后将诱导细胞发生铁死亡。
（2）抑制胱氨酸谷氨酸转运受体 (systemXC-)诱导铁死亡：通过systemXC-，谷氨酸与胱氨酸以1:1比例交换，因此，谷氨酸的水平会影响到systemXC- 的功能。细胞外高浓度的谷氨酸会抑制systemXC-从而诱导铁死亡。敲除systemXC-的小鼠由于细胞外谷氨酸水平减少，可以防止神经毒性损伤。

 

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（3）p53介导铁死亡：p53是一种抑癌基因，通过下调systemXC-组分SLC7A11的表达抑制细胞对胱氨酸的摄取，导致谷胱甘肽过氧化物酶活性降低，削减细胞抗氧化能力，增强细胞对铁死亡的敏感性。同时，研究发现，在人肿瘤细胞中SLC7A11过度表达，这种过表达能够抑制活性氧诱导的“铁死亡”，同时削弱p53KR介导的对肿瘤生长的抑制作用。

 

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（4）ROS调控：诱导铁死亡发生均会导致细胞内脂质ROS升高，从而引起细胞死亡，这也是脂质抗氧化剂可抑制铁死亡的原因。线粒体作为含铁丰富(铁是线粒体氧化呼吸链必需离子)、ROS产生为主的细胞器，被认为是铁死亡发生的重要场所。它既是细胞内产生ROS的重要场所，其脂肪酸代谢又为细胞铁死亡提供特定的脂质前体。p53也能够通过ROS应答和"铁死亡"抑制肿瘤生长。

 

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（5)Erastin在铁下垂、细胞凋亡、增殖和分化中的作用。Erastin可通过直接与VDAC2或VDAC3结合引起线粒体氧化损伤，或通过与SLC7A5结合引起谷胱GSH缺失而诱导铁下垂。在某些情况下，erastin介导的TP53上调可诱导线粒体凋亡通路。Erastin也被证明通过抑制BMP2、BMP4、BMP6和BMP7的表达，促进人外周血单个核细胞向B细胞和NK细胞的增殖和分化。

特征	方法学	说明
细胞活性	CCK-8	细胞活力检测
铁水平	PGSK探针	流式细胞术或共聚焦显微镜检测细胞内铁含量的细胞膜透性染料，结果表明，在铁死亡的细胞中，PGSK的绿色荧光会减弱
检测
活性	C11-BODIPY	其中COX2、ACSL4、PTGS2、NOX1在铁死亡细胞中表达上调，GPX4、FTH1在铁死亡细胞中表达下调
氧水平
铁死亡相关的蛋白	qRT-PCR/WB检测TGS2、NOX1、FTH1、COX2、GPX4、ACSL4	通过电镜或者流式细胞术，在铁死亡细胞中，探针会由红色转化为绿色

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Representative flow cytometry analysis of the4,4-difluoro-5-(4-phenyl-1,3-butadienyl) -4-bora-3a,4a-diaza-s-indacene-3-undecanoic acid (C11-BODIPY) fluorescence intensity (A–F) and the percentage of the relative mean fluorescence intensity of C11-BODIPY of bmMSCs.

KRAS突变CRC细胞经过β-elemene和西妥昔单抗联合治疗处理，观察铁死亡相关蛋白的变化。The expression ofpositive regulatory proteins for ferroptosis (HO-1 and transferrin) and the negative regulatory proteins for ferroptosis (GPX4, SLC7A11, FTH1, glutaminase, and SLC40A1)were detected by western blotting after the treatment (β-elemene 125 µg/ml, cetuximab 25 µg/ml) for 24 h.

 

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