鐵死亡（Ferroptosis）
鐵死亡（Ferroptosis）最早是2012年由Brent R. Stockwell提出的[1]，研究發現Erastin可以特異性誘導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]。與經典的細胞凋亡不同，鐵死亡過程中沒有細胞皺縮，染色質凝集等現象，但會出現線粒體皺縮，脂質過氧化增加。傳統的細胞凋亡，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。
基礎研究中經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現的一種細胞死亡方式，目前對它的形态學、生物學、機制通路有了部分了解，但鐵死亡過程涉及多種機制，受到信号通路的精密調控，鐵死亡與疾病的發生有何種聯系，是否與其他細胞死亡方式聯合介導疾病的進展，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，對尋找相關疾病的治療靶點、靶向藥物的研發具有重要意義。
鐵死亡相關特征 （1）形态學特征：超微結構顯示，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、細胞核形态正常，但缺乏染色質凝集；電鏡下觀察到胞内線粒體變小、雙層膜密度增高。
（2）生物學特征：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，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。
（3）免疫學特征為損傷相關分子模式（damage-associatedmolecular patterns molecules，DAMPs）釋放前炎症介質（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），鐵反應元件結合蛋白（ironresponse element binding protein 2，IREB2），ATP合成酶F0複合體亞基C3（ATP synthase F0 complex subunit C3，ATP5G3），三四肽重複結構域35（tetratricopeptide repeat domain 35，TTC35），檸檬酸合成酶（citratesynthase，CS），酰基輔酶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的調節。
鐵死亡的實質是細胞内脂質氧化物代謝障礙，在鐵離子催化作用下代謝發生異常，當細胞抗氧化能力減弱，脂質活性氧堆積，使細胞内氧化還原失衡，誘導細胞死亡。
二、鐵死亡機制 （1）抑制GPX4誘導鐵死亡：GPX4 能降解小分子過氧化物和某些脂質過氧化物，抑制脂質過氧化。研究發現，若細胞中 GPX4 表達下調則會對鐵死亡更敏感；相反，若上調 GPX4 的表達，則會産生對鐵死亡的耐受。因此，将GPX4抑制後将誘導細胞發生鐵死亡。
（2）抑制胱氨酸谷氨酸轉運受體 (systemXC-)誘導鐵死亡：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，可以防止神經毒性損傷。
（3）p53介導鐵死亡：p53是一種抑癌基因，通過下調systemXC-組分SLC7A11的表達抑制細胞對胱氨酸的攝取，導緻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，研究發現，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的“鐵死亡”，同時削弱p53 3KR介導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：細胞内可以使用PGSK探針，流式細胞術或共聚焦顯微鏡檢測細胞内鐵含量的細胞膜透性染料，結果表明，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：細胞内活性氧和脂質活性氧通過流式細胞術使用DCFH-DA（表達上調）或C11-BODIPY 熒光探針檢測（在鐵死亡細胞中，探針會由紅色轉化為綠色）；
（4）qRT-PCR/WB檢測：檢測與鐵死亡相關的蛋白表達，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，GPX4、FTH1在鐵死亡細胞中表達下調；
2、形态觀察
（1）透射電鏡直接觀察細胞形态：細胞發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：向細胞内轉染LifeAct-GFP熒光蛋白，一段時間後用有絲分裂追蹤器觀察線粒體形态；
（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）SystemXc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，誘導脂質過氧化
鐵死亡在有關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初見成效。納米顆粒誘導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鐵死亡的發生；核轉錄因子Nrf2能抑制肝細胞癌中鐵死亡的發生；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誘導的PD小鼠模型中運用鐵螯合劑（去鐵酮），能減少氧化應激，增強多巴胺可利用性，從而改善現有的運動症狀和減少運動功能的退化。早期階段的PD患者中，應用去鐵酮治療可減緩運動缺陷的進展，減少現有的運動症狀。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元丢失，這表明常見的PD毒素在動物模型中引起神經退行性變的機制可能是鐵死亡。
、3、細胞鐵死亡與肝髒損傷的關系
該研究運用多種基因敲除小鼠模型，首次發現高鐵狀态以及遺傳性血色病鐵過載可誘發肝髒（肝細胞及巨噬細胞）發生鐵死亡，并且揭示了轉運蛋白Slc7a11調控鐵死亡的新機制，為肝髒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.
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