在細(xì)胞的各式“花樣死法”中，鐵死亡（ferroptosis）作為一種經(jīng)典的死亡方式，一直備受大家的關(guān)注。鐵死亡區(qū)別于細(xì)胞凋亡、細(xì)胞壞死、細(xì)胞自噬，是一種鐵依賴性的磷脂過(guò)氧化作用驅(qū)動(dòng)的新型細(xì)胞程序性死亡方式，受到多種細(xì)胞代謝途徑的調(diào)控，其中包括氧化還原穩(wěn)態(tài)、鐵代謝、線粒體活性和氨基酸、脂質(zhì)、糖的代謝，以及各種與疾病相關(guān)的信號(hào)途徑，鐵死亡在腫瘤抑制和免疫中的發(fā)揮了重要的作用。本期內(nèi)容小編為大家整理了鐵死亡特征、經(jīng)典機(jī)制以及常見檢測(cè)方式，供大家參考學(xué)習(xí)。

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一、鐵死亡特征

鐵死亡的實(shí)質(zhì)是由于膜脂修復(fù)酶——谷胱甘肽過(guò)氧化物酶(GPX4)失效，細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)氧化物代謝障礙，在鐵離子催化作用下造成膜脂上活性氧自由基(ROS)堆積，使細(xì)胞內(nèi)氧化還原失衡，誘導(dǎo)細(xì)胞死亡，釋放前炎癥介質(zhì)(如HMGB1等)。GPX4酶受到抑制也可以直接導(dǎo)致這一作用，而鐵離子螯合劑則可以抑制這一過(guò)程。

鐵死亡無(wú)論在細(xì)胞形態(tài)學(xué)、生化特征還是明顯區(qū)別于基因水平上都與凋亡、自噬、壞死等傳統(tǒng)的細(xì)胞死亡方式，具體表現(xiàn)如下：

1）細(xì)胞形態(tài)變化：超微形態(tài)學(xué)特征顯示細(xì)胞膜斷裂和出泡，線粒體變小、膜密度增高、線粒體脊減少或消失、線粒體外膜斷裂，細(xì)胞核大小正常、但缺乏染色質(zhì)凝聚。電鏡下表現(xiàn)為細(xì)胞內(nèi)線粒體變小及雙層膜密度增高。

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圖1 鐵死亡細(xì)胞形態(tài)學(xué)特征（Lewerenz J et?al, 2018）

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2）生化特征變化：鐵和活性氧(ROS)聚集，激活絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)系統(tǒng)，降低胱氨酸的攝取、耗盡胞內(nèi)谷胱甘肽（GSH），抑制胱氨酸/谷氨酸反向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白system XC-（由兩個(gè)亞基組成，輕鏈亞基SLC7A11（也稱為xCT）和重鏈亞基SLC3A2（也稱為CD98））和增加NADPH氧化酶（NOXs），釋放花生四烯酸（arachidonic acid; ARA）等介質(zhì)。

3）基因水平變化：

鐵死亡受細(xì)胞內(nèi)信號(hào)通路的嚴(yán)密調(diào)節(jié)，包括鐵穩(wěn)態(tài)的調(diào)節(jié)通路，RAS/Raf/MAPK通路以及胱氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)通路。細(xì)胞內(nèi)Cox2, ACSL4, NOX1, GPX4, SLC7A11, Ferritin和Ferritin Light Chain等相關(guān)因子發(fā)生變化，其中Cox2, ACSL4和NOX1在鐵死亡細(xì)胞中表達(dá)上調(diào)；GPX4, SLC7A11, Ferritin和Ferritin Light Chain在鐵死亡細(xì)胞中表達(dá)下調(diào)。

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圖2 鐵死亡分子機(jī)制及相關(guān)信號(hào)通路調(diào)控（Y Xie et al, 2016）

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二、鐵死亡部分機(jī)制

1）抑制GPX4誘導(dǎo)鐵死亡：GPX4 能降解小分子過(guò)氧化物和某些脂質(zhì)過(guò)氧化物，抑制脂質(zhì)過(guò)氧化。研究發(fā)現(xiàn)，若細(xì)胞中 GPX4 表達(dá)下調(diào)則會(huì)對(duì)鐵死亡更敏感；相反，若上調(diào) GPX4 的表達(dá)，則會(huì)產(chǎn)生對(duì)鐵死亡的耐受。因此，將GPX4抑制后將誘導(dǎo)細(xì)胞發(fā)生鐵死亡。

2）抑制胱氨酸谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)受體 (system?XC-)誘導(dǎo)鐵死亡：通過(guò)system?XC-，谷氨酸與胱氨酸以1:1比例交換，因此，谷氨酸的水平會(huì)影響到system?XC-的功能。細(xì)胞外高濃度的谷氨酸會(huì)抑制system?XC-從而誘導(dǎo)鐵死亡。?

3）p53介導(dǎo)鐵死亡：p53是一種抑癌基因，通過(guò)下調(diào)system?XC-組分SLC7A11的表達(dá)抑制細(xì)胞對(duì)胱氨酸的攝取，導(dǎo)致谷胱甘肽過(guò)氧化物酶活性降低，削減細(xì)胞抗氧化能力，增強(qiáng)細(xì)胞對(duì)鐵死亡的敏感性。

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三、檢測(cè)指標(biāo)

1）?細(xì)胞活性檢測(cè)：CCK-8試劑盒等；

2）?鐵水平檢測(cè)：可以使用PGSK探針，流式細(xì)胞術(shù)或共聚焦顯微鏡檢測(cè)細(xì)胞內(nèi)鐵含量的細(xì)胞膜透性染料、相關(guān)試劑盒檢測(cè)細(xì)胞、組織中的鐵水平；

3）?活性氧水平：細(xì)胞內(nèi)活性氧和脂質(zhì)活性氧通過(guò)流式細(xì)胞術(shù)使用DCFH-DA和C11-BODIPY 熒光探針檢測(cè)；

4）?qPCR/WB檢測(cè)：檢測(cè)與鐵死亡相關(guān)的蛋白表達(dá)，如PTGS2、NOX1、FTH1、COX2、GPX4、ACSL4等，其中COX2、ACSL4、PTGS2、NOX1在鐵死亡細(xì)胞中表達(dá)上調(diào)，GPX4、FTH1在鐵死亡細(xì)胞中表達(dá)下調(diào)

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

6）?線粒體膜電位：使用TMRE熒光染料檢測(cè)，TMRE能夠特異性標(biāo)記有活性的線粒體，是一種細(xì)胞膜可穿透性的，正電荷的，橘紅色熒光染料。當(dāng)線粒體膜電位降低時(shí)，熒光減弱；

7）?脂質(zhì)過(guò)氧化程度：使用熒光探針 BODIPY C-11檢測(cè)。

8）?透射電鏡直接觀察細(xì)胞形態(tài)；

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本期主要介紹了鐵死亡的經(jīng)典特征、機(jī)制以及檢測(cè)方式，下期將繼續(xù)對(duì)鐵死亡相關(guān)知識(shí)及應(yīng)用進(jìn)行更深入的解說(shuō)，感興趣的小伙伴可以留意一下～漢恒專營(yíng)工具病毒十余載，可定制用于鐵死亡研究的質(zhì)粒以及病毒工具等產(chǎn)品，如有技術(shù)問(wèn)題或產(chǎn)品訂購(gòu)需求，歡迎隨時(shí)咨詢！

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參考文獻(xiàn)：

[1] Lewerenz J, Ates G, Methner A, et al. Oxytosis/ferroptosis—(Re-) emerging roles for oxidative stress-dependent non-apoptotic cell death in diseases of the central nervous system[J]. Frontiers in neuroscience, 2018, 12: 214.

[2] Xie Y, Hou W, Song X, et al. Ferroptosis: process and function[J]. Cell Death & Differentiation, 2016, 23(3): 369-379.

[3] Stockwell BR. Ferroptosis turns 10: Emerging mechanisms, physiological functions, and therapeutic applications. Cell. 2022 Jul 7;185(14):2401-2421.