细胞铁死亡的基础知识与研究进展
关于细胞的死亡方式已经发表了不少文章，其中这个研究方向的国自然资助项目数有大幅增长，值得关注。下面我们来系统的介绍一下铁死亡，让更多童鞋了解和入门这个领域的研究。
2012年Dixon报道了铁死亡为一种铁离子依赖性的非凋亡性细胞坏死。铁死亡是依赖铁离子及活性氧诱导脂质过氧化导致的调节性细胞坏死，其在形态学、生物学及基因水平上均明显不同于凋亡、坏死、自噬等其他形式的调节性细胞坏死，使用小分子物质（Fer-1）可以抑制细胞铁死亡，而坏死抑制剂却不能抑制细胞调节性细胞死亡。
一、铁死亡相关形态学变化
Lewerenz J,G Ates,FrontNeurosci,2018.
细胞铁死亡的生物学特征：
（1）超微形态学特征显示细胞膜断裂和出泡，线粒体变小、膜密度增高、线粒体脊减少或消失、线粒体外膜断裂，细胞核大小正常、但缺乏染色质凝聚。电镜下表现为细胞内线粒体变小及双层膜密度增高。
（2）生物学特征为铁和活性氧（ROS）聚集，激活丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activatedprotein kinase，MAPK）系统，通过降低胱氨酸的摄取、耗竭谷胱甘肽，抑制ystem Xc-和增加还原型酰腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶，释放花生四烯酸等介质。
（3）免疫学特征为损伤相关分子模式（damage-associatedmolecular patterns molecules，DAMPs）释放前炎症介质（如高迁移率族蛋白B1等）。
（4）基因水平上主要受核糖体蛋白L8（ribosomalprotein L8，RPL8），铁反应元件结合蛋白（ironresponse element binding protein 2，IREB2），ATP合成酶F0复合体亚基C3（ATP synthase F0 complex subunit C3，ATP5G3），三四肽重复结构域35（tetratricopeptide repeat domain 35，TTC35），柠檬酸合成酶（citratesynthase，CS），酰基辅酶A合成酶家族成员2（acyl-CoAsynthetase family member 2，ACSF2）以及受代谢、储存基因TFRC、ISCU、FTH1、FTL、SLC11A2的调节。
铁死亡的的本质是细胞内脂质氧化物的代谢障碍，进而在铁离子的催化下异常代谢，产生大量脂质，破坏细胞内氧化还原平衡，攻击生物大分子，触发细胞的死亡。
二、铁死亡的信号通路
Yu H，et al.J cell Mol Med,2017
铁死亡受细胞内信号通路的严密调节，包括铁稳态的调节通路，RAS通路以及胱氨酸转运通路。铁死亡是由于膜脂修复酶——谷胱甘肽过氧化物酶（GPX4）失效，造成膜脂上活性氧自由基（ROS）的积累所致，而这一积累过程需要铁离子的参与。多种物质和外界条件可引发铁死亡。小分子erastin通过抑制质膜上的胱氨酸-谷氨酸交换体，降低了细胞对胱氨酸的获取，使得GPX4的底物——谷胱甘肽合成受阻，进而引发膜脂ROS的积累和铁死亡。此外，另一种小分子RSL3作为GPX4的抑制剂也可引发铁死亡。当GPX4基因被敲除后，小鼠会因出现肾衰竭而死亡。
三、检测方法
1、新陈代谢
（1） 细胞活性：CCK-8；
（2） 细胞内铁水平：可以使用PGSK探针检测，通过流式细胞术或共聚焦显微镜监测活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；
（3）活性氧的水平：通过C11-BODIPY探针检测，在铁死亡细胞中，探针会由红色转化为绿色；
（4）QPCR/Western Blot：检测细胞内与铁死亡相关的因子的变化，例如COX-2,ACSL4,PTGS2,NOX1,GPX4和FTH1等，其中COX-2,ACSL4,PTGS2和NOX1在铁死亡细胞中表达上调；GPX4和FTH1在铁死亡细胞中表达下调
2、形态观察
（1）透射电镜直接对细胞形态进行观察：细胞发生铁死亡时线粒体变小以及线粒体膜密度较大；
（2）线粒体膜电位检测：通过流式细胞仪收集TMRE阳性细胞的比例；
（3）线粒体形态观察：向细胞内转染LifeAct-GFP荧光蛋白，一定时间后通过有丝分裂追踪器观察线粒体的形态；
四、研究进展
1、细胞铁死亡与肿瘤的关系
研究发现，肾癌与白血病相比较肺、结肠等疾病更对铁死亡敏感，以往的研究普遍认为p53通过诱导细胞衰老，程序性死亡从而抑制肿瘤，最近的研究提示，p53控制代谢和铁死亡研究中，发挥很重要的作用，正常细胞中的p53可以负调控脂质的合成和糖酵解，正调控氧化磷酸化和脂质分解代谢，肿瘤细胞中突变型的p53正调控脂质的合成和糖酵解，所以，在正常的组织中，p53倾向于正向调节铁死亡；突变型的p53使肿瘤细胞对铁死亡更敏感。
2、细胞铁死亡与脑卒中的关系
在缺铁性脑卒中疾病中，Tau蛋白的功能失调，可能导致年龄依赖性铁介导的神经毒性，MCAO能够抑制3个月大的小鼠脑半球Tau蛋白的功能，并且使铁水平升高，但是在野生型小鼠中，受到铁螯合剂的干预保护，铁水平不会升高，表明Tau蛋白可以抑制铁死亡，在12月龄Tau敲除小鼠中，发生了年龄依赖性铁积累，抵消了Tau敲除后对MCAO诱导的局促性脑缺血再灌注损伤的保护作用。
3、细胞铁死亡与肝脏损伤的关系
该研究运用多种基因敲除小鼠模型，首次发现高铁状态以及遗传性血色病铁过载可诱发肝脏（肝细胞及巨噬细胞）发生铁死亡，并且揭示了转运蛋白Slc7a11调控铁死亡的新机制，为肝脏损伤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
五、2018年“铁死亡”资助的基金项目
铁死亡参与缺血性脑卒中神经损伤的关键机制研究
DPP4调控结肠癌细胞铁死亡的分子机制
TBC1D10B/TfR-1通路调控肺腺癌细胞铁代谢和抗铁死亡Ferroptosis的作用及机制研究
miR-145-5p靶向调控c-myc促进食管癌细胞铁死亡的分子机制研究
基于NLRP3炎症小体/IL-1β信号轴探讨铁死亡诱导剂Erastin抗癌新机制
c-Met通过激活NRF2抑制细胞铁死亡（ferroptosis）促进肝癌瑞戈非尼耐药的机制研究
ERK1/2/OTUB1/GPX4通路抑制铁死亡引起肾癌对sunitinib耐药的机制研究
谷胱甘肽合成限速酶GCLC调控三阴性乳腺癌细胞铁死亡的代谢性分子机理研究
金莲花治疗缺血性脑卒中的药效物质基础及基于铁死亡（ferroptosis）的作用机制研究
葛根素抑制铁死亡抗心力衰竭的机制研究
睡眠碎片化抑制GPX4诱导铁死亡导致术后谵妄的机制研究
SPINK4调控结肠癌细胞铁死亡的作用机制研究
EB病毒编码潜伏膜蛋白LMP2A通过ITGα6β4/ACSL4路径抵抗鼻咽癌细胞铁死亡
木犀草素通过下调CISD1抑制铁死亡参与蒙药德都古日古木-7治疗慢性肝损伤的机理研究
基于铁死亡机制的谷氨酸NMDA受体过度激活在肺纤维化发生发展中作用的再研究
HMGB1通过Nrf2/HO-1通路调控自身免疫性甲状腺炎铁死亡的作用及其分子机制
蛛网膜下腔出血后铁调素/铁输出蛋白（Hepcidin/ferroportin）调控早期脑损伤中神经元铁死亡的机制研究
NCOA4-VDACs/FtMt协同介导异位子宫内膜耐受铁死亡的生存机制
SENP6通过与GPX4结合抑制铁死亡促进小细胞肺癌耐药的功能和机制研究
双氢青蒿素经引物酶PRIM2活化靶向GPX4诱导非小细胞肺癌干样细胞铁死亡的机制研究
调控RB1CC1和LZTFL1促肝癌细胞铁死亡机制研究
Cul2-KLHDC3E3泛素连接酶复合体调控ARF依赖性铁死亡的分子机制研究
SLC7A11互作蛋白HSPB1在肝癌铁死亡调控中的作用及机制研究
Nrf2-ARE通路活化介导铁过载及抑制铁死亡参与卵巢癌顺铂耐药的机制研究
NDRG2调控胆管癌细胞铁死亡（Ferroptosis）抑制肿瘤生长及增敏化疗与靶向治疗的机制研究
HSP90α/IDH1信号调控脂质过氧化参与肝癌细胞铁死亡的机制研究
xCT在辐射诱导的细胞损伤及铁死亡中的作用及调控机制
科罗索酸通过FOXF1诱导非经典自噬途径促进肝癌细胞铁死亡的机制研究
栀子配伍丹参调控Grsf1/GPx4和Nrf2依赖性铁死亡保护氧化应激微环境下心肌的机制研究
ALR通过STAT3/SystemXc-途径对急性肾损伤中铁死亡的干预作用及机制研究
Nogo-A抑制铁死亡延缓亨廷顿舞蹈症进程的作用机制及转化医学研究
线粒体膜心磷脂与GPX4蛋白互作介导铁死亡依赖性肝毒性的调控机制研究