? ? ??上期內容主要介紹了鐵死亡發(fā)生的機制，近年來，學者們對含有這些氧化脂質的亞細胞膜進行了探索，探明了不同細胞器在鐵死亡的作用。本期小恒帶大家了解一下線粒體在細胞鐵死亡過程中的作用。

? ? ? 鐵死亡細胞通常表現(xiàn)為線粒體皺縮，伴有嵴減少，線粒體膜電位消散，線粒體膜通透性增加，表明線粒體功能障礙已經發(fā)生。線粒體通過依賴于環(huán)境的代謝效應在促進鐵死亡中發(fā)揮重要作用[3]?，F(xiàn)有研究表明，線粒體在細胞鐵死亡過程的作用主要通過以下四個方面發(fā)揮：

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? ? ? 線粒體ROS（圖2a）：在氧化磷酸化過程中，線粒體是大多數(shù)哺乳動物細胞中ROS的重要來源。局部ROS的產生不僅會導致線粒體損傷，還會影響細胞其余部分的氧化還原狀態(tài)。研究表明，線粒體ROS的增加會促進鐵死亡，這一過程可以被線粒體靶向的抗氧化劑或酶抑制：首先，在erastin或阿霉素誘導的鐵死亡中，線粒體中的脂質ROS增加[4]。線粒體脂質ROS的積累可以部分解釋為鐵死亡期間線粒體GSH的消耗。因此，線粒體靶向ROS清除劑，如MitoTEMPO和mitoquinone，可以抑制各種細胞類型的鐵死亡，包括癌細胞、心肌細胞、海馬神經元細胞和MEF。其次，幾種線粒體抗氧化酶在抑制鐵死亡中起重要作用[5]。GPX4可定位于胞質和線粒體膜間隙，其線粒體形式在細胞死亡過程中起到減輕線粒體氧化損傷的作用。超氧化物歧化酶2(SOD2/MnSOD)，鐵錳超氧化物歧化酶家族的成員位于真核生物以及各種原核生物的線粒體基質中，也具有防止非小細胞肺癌細胞中線粒體ROS誘導的鐵死亡的能力。此外，微粒體谷胱甘肽S-轉移酶1(MGST1)是一種主要位于線粒體和ER中的抗氧化酶，通過與ALOX5結合來限制脂質過氧化和鐵死亡。第三，線粒體CoQ10可有效預防鐵死亡[6]。線粒體DHODH介導二氫乳清酸氧化為乳清酸，這一過程與CoQ10還原為泛醇相關，并限制由GPX4下調引起的線粒體脂質過氧化和鐵死亡。第四，線粒體氧化損傷誘導某些線粒體凋亡調節(jié)因子的釋放[7]，例如AIFM1，一種最初參與半胱天冬酶非依賴性凋亡的因子，它通過易位至小鼠海馬HT22的細胞核促進鐵死亡，強調了細胞凋亡和鐵死亡之間的分子聯(lián)系。然而，CRISPR介導的AIFM1敲除不能挽救MEF中GPX4缺失引起的鐵死亡。與促進細胞凋亡的線粒體裂變不同，線粒體融合通過干擾素反應cGAMP相互作用物1(STING1)-mitofusin1/2(MFN1/2)促進線粒體氧化損傷和隨后的鐵死亡。由于線粒體ROS通過釋放線粒體蛋白（如AIFM1和半胱天冬酶激活劑細胞色素c和SMAC/DIABLO）誘導細胞凋亡，因此可以推測線粒體ROS介導的鐵死亡也與細胞毒性線粒體蛋白的釋放有關。

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?? ? ?線粒體鐵離子（圖2b）[12]：細胞外鐵離子被細胞吸收，可通過SLC25A37，SLC25A28導入線粒體。線粒體Fe2+可用于合成血紅素和Fe-S簇，或儲存在線粒體鐵蛋白中。相反，過量的線粒體Fe2+會介導ROS的產生或導致酶活性異常。線粒體鐵代謝受損導致鐵死亡。首先，血紅素直接在原代神經元或人類單核細胞中誘導鐵死亡，這一過程可以進一步受到細胞質或線粒體血紅素加氧酶1(HMOX1)的雙重調節(jié)[8]。其次，鐵硫簇組裝機制的成分，如NFS1半胱氨酸脫硫酶、frataxin(FXN)和鐵硫簇組裝酶(ISCU)，通常在各種條件下發(fā)揮抗鐵死亡作用[9]。第三，線粒體鐵輸出蛋白，如CISD1和CDGSH鐵硫結構域2(CISD2)，通過保護線粒體免受癌細胞中的脂質過氧化來抑制鐵死亡[10]。第四，與細胞質鐵蛋白類似，線粒體鐵蛋白可增加鐵儲存并防止人神經母細胞瘤SH-SY5Y細胞或由erastin或缺氧引起的原代人巨噬細胞發(fā)生鐵死亡[11]。這些發(fā)現(xiàn)有助于識別新的蛋白質，以闡明在鐵死亡過程中參與線粒體鐵穩(wěn)態(tài)的途徑。

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? ?? ?線粒體DNA（圖2c）：mtDNA是一種環(huán)狀雙鏈DNA，由于與線粒體轉錄因子A(TFAM)的相互作用而濃縮成類核。在哺乳動物中，mtDNA復制需要DNA聚合酶γ催化亞基(POLG)。各種線粒體應激，包括生物能量和環(huán)境因素，可導致mtDNA釋放到細胞質中。釋放的mtDNA激活了大量的先天免疫反應，尤其是環(huán)狀GMP-AMP合酶(CGAS)-STING1依賴性DNA傳感途徑，它可以啟動I型干擾素反應、自噬或細胞死亡。人們普遍認為，mtDNA損傷是細胞死亡的初始信號，可以通過誘導mtDNA釋放和隨后的STING1相關自噬細胞死亡誘導人胰腺癌細胞的鐵死亡[12]。脫氧鳥苷激酶(DGUOK)是線粒體脫氧核苷補救途徑酶的限速酶，參與mtDNA復制的前體合成。DGUOK的功能喪失突變可導致肝mtDNA耗竭綜合征，并具有增強的鐵死亡敏感性[13]。然而，mtDNA耗盡的人骨肉瘤143B細胞（ρ°細胞）顯示出與親代細胞相當?shù)膶rastin誘導的鐵死亡的敏感性，這與觀察到它們含有更高水平的ALOX用于脂質過氧化以誘導細胞凋亡形成對比[14]。因此，未知的防御機制可能會限制ρ°細胞中的ALOX活性以響應鐵死亡激活劑。

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? ? ? 三羧酸循環(huán)（TCA，圖2d）：三羧酸(TCA)循環(huán)是位于線粒體基質的酶途徑，與胞質中的各種代謝途徑相互作用。它以葡萄糖產生的乙酰輔酶A為起始原料，通過一系列氧化還原反應將電子轉移到ETC，從而通過氧化磷酸化產生ATP。由細胞ADP:ATP比率調節(jié)的能量傳感器AMP活化蛋白激酶(AMPK)根據其磷酸化底物在鐵死亡中發(fā)揮雙重作用[15]。TCA循環(huán)酶富馬酸水合酶(FH)催化富馬酸可逆水合為蘋果酸。FH突變腎癌細胞對胱氨酸饑餓誘導的鐵死亡不敏感。然而，F(xiàn)H敲除使腎癌細胞對erastin誘導的細胞死亡敏感[16]。線粒體ETC復合物I/II/III/IV的抑制劑選擇性地抑制由半胱氨酸饑餓或erastin引起的鐵死亡，而不是GPX4抑制劑RSL3[17]。來自線粒體ETC的ROS在調節(jié)鐵死亡細胞死亡方面提供了相當大的靈活性。谷氨酰胺分解可以通過谷氨酰胺酶(GLS)從谷氨酰胺中產生谷氨酸來促進TCA循環(huán)。線粒體GLS2負責谷氨酰胺分解相關的鐵死亡。線粒體丙酮酸載體1(MPC1)的抑制也增加了對鐵死亡的易感性，部分原因是增加了耐厄洛替尼癌細胞的谷氨酰胺分解[18]。GLS2和MPC1是否對鐵死亡的誘導具有直接拮抗作用仍有待研究。TCA循環(huán)提供了一種相互連接的氧化還原中心，用于整合來自糖酵解和氨基酸分解代謝的代謝信號以產生有利于鐵死亡的PUFA。

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? ? ? 以上即為線粒體參與細胞鐵死亡過程的四個主要方面。本文主要參考綜述《Organelle-specific regulation of ferroptosis.》整理而成，感興趣的小伙伴可以自行閱讀原文哦，下期內容小恒將繼續(xù)帶來其他細胞器在鐵死亡過程中的作用，感興趣的小伙伴可以留意一下～

? ? ??漢恒專營工具病毒十余載，可定制用于鐵死亡研究的質粒以及病毒工具等產品，如有技術問題或產品訂購需求，歡迎隨時咨詢！

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