鐵死亡(細胞程式性死亡方式)

鐵死亡（Ferroptosis ）是一種鐵依賴性的，區別於細胞凋亡、細胞自噬的新型的細胞程式性死亡方式。鐵死亡的主要機制是，在二價鐵或酯氧合酶的作用下，催化細胞膜上高表達的不飽和脂肪酸，發生脂質過氧化，從而誘導細胞死亡；此外，還表現為抗氧化體系（谷胱甘肽系統）的調控核心酶GPX4的降低。

基本介紹

• 中文名：鐵死亡
• 外文名：Ferroptosis

主要特徵

（1）細胞形態方面，鐵死亡會導致細胞線粒體變小，膜密度增高，嵴減少。細胞核中形態變化不明顯。

（2）細胞成分方面，鐵死亡表現為脂質過氧化增高，ROS升高。也有一些特徵基因發生變化。

Erastin（鐵死亡誘導劑）處理使得線粒體變小，細胞膜

發生機制

如圖1所示，鐵死亡主要發生機制有：

（1）基於GSH消耗的GPX4失活：如前所述，GPX4酶在細胞內是唯一一個用於脂質體過氧化物還原的GPX(谷胱甘肽過氧化物酶)。GPX4作用體現於，GPX4可以使得脂質過氧化的過氧鍵轉變為羥基，失去其過氧化物的活性。基於GPX4的酶的活性，主要靶標有：System Xc-體系（負責將GSH的合成原料半胱氨酸轉運至胞內）、谷氨酸-半胱氨酸連線酶、谷胱甘肽s-轉移酶、ND脫氫酶、(半胱氨酸)消耗等等。

圖1

（2）GPX4失活：如1所述，除了間接作用於激活GPX4酶的GSH，還可以直接消除GPX4。如GPX4抑制劑、鯊烯合酶、HMG-CoA還原酶。

（3）鐵離子輸入與鐵離子還原：向細胞中輸入鐵離子，並且保證鐵離子以二價鐵的形式大量存在，二價鐵離子通過芬頓反應可啟動脂質體過氧化。

概念

鐵死亡是依賴於細胞內鐵的累積而引起毒性脂質過氧化物ROS升高的非凋亡細胞死亡形式。

結論

1. 在腫瘤進展、化學治療等條件刺激下，CAFs細胞中的異質核糖核蛋白A1（hnRNPA1）在泛素特異性蛋白酶7（USP7）作用下去掉 “死亡標籤”Ub而穩定存在；

2. hnRNPA1與胞內的miR-522互作，並作為 “蛋白支架”以外泌體形式被運送至旁邊的GC cells中，引起GC中miR-522的上調;

3. miR-522可以和ALOX15的mRNA結合下調ALOX15蛋白（參與脂質過氧化的調控），引起脂質ROS的降低，最終導致鐵死亡的抑制。

作用機制模式圖

圖1-1：作用機制模式圖

思路詳情

● 目的基因的篩選：蛋白組學LC-MS/MS

質譜分析癌和癌旁中差異表達的蛋白，並篩選出與鐵死亡通路相關的差異表達變化較大的基因作為候選目的基因，並通過WB、qPCR、IHC驗證此差異性，結果發現參與鐵死亡調控的蛋白ALOX15於癌中較癌旁低表達，且高表達ALOX15的患者其總生存期較長，從而提示ALOX15可能作為GC中一種抗癌因子。

差異基因篩選和驗證

圖1-2：差異基因篩選和驗證

● 外泌體檢測：電鏡、WB、NTA、外泌體吞噬

作者分離並鑑定了正常和癌症病人中的血清外泌體，並發現miR-522在腫瘤患者的血清和腫瘤樣本中都呈高表達。且發現正常癌旁樣本中高豐度的細胞群NFs較腫瘤相關成纖維細胞CAFs、原代腫瘤細胞（TC cells），其分離得到的外泌體更多，且miR-522在CAFs中豐度更高。

圖1-3：外泌體抽提和鑑定

● 鐵死亡檢測：細胞死亡、線粒體膜蛋白MMP、脂質ROS含量

胃癌細胞SGC7901和MKN45作為細胞模型，發現CAF外泌體可以逆轉在鐵死亡誘導劑Erastin作用下的細胞死亡和ROS累積，而CAFs外泌體中去除miR-522後，此逆轉效應消失，從而證明CAFs來源的miR-522可以通過抑制鐵死亡促進腫瘤細胞增殖，如圖1-4。

CAFs分泌的外泌體抑制GCs細胞的鐵死亡

圖1-4:CAFs分泌的外泌體抑制GCs細胞的鐵死亡

從而說明CAFs通過分泌外泌體miR-522，靶向ALOX15，阻斷脂質-ROS積累，抑制癌細胞的鐵死亡。從而揭示GC通過USP7、hnRNPA1、exo-miR-522和ALOX15信號通路獲得性耐藥的新機制。

#2

研究熱點：

外泌體、m6A、鐵死亡、

microRNA、藥物抵抗

背景

外泌體作為體內的“小信差”可以攜帶miRNA到受體細胞影響其增殖和化學抵抗，作者希望探究外泌體來源的miRNA是否參與調控非小細胞肺癌順鉑耐藥株的敏感性。

研究結論

通過生物信息學分析和螢光素酶檢測，確認METTL3是miR-4443的直接靶基因。進一步的機制分析表明，miR-4443通過METLL3以m6A方式調控FSP1的表達。

思路詳情

● 外泌體檢測：電鏡、NTA、WB、外泌體吞噬

敏感和耐藥腫瘤樣本中外泌體的鑑定和吞噬

圖2-1：敏感和耐藥腫瘤樣本中外泌體的鑑定和吞噬

首先作者從腫瘤樣本中分離到了外泌體，並通過檢測外泌體的形態 (圖2-1 A)、大小（圖2-1 B）、分子指標（圖2-1 C左）、外泌體吞噬（圖2-1 C右）確認所抽提外泌體的質量，並通過PKH67標記確認外泌體可以進入到順鉑敏感株（Cis-S）和耐藥株（Cis-R）中。

結果發現順鉑敏感的腫瘤組織（Cis-S）中的miR-4443較對照組織表達低，而順鉑耐藥的腫瘤組織（Cis-R）中表達最高，大概有5倍的差異，細胞中得到相同的結論。並且發現，外泌體來源的miR-4443可誘導受體細胞產生順鉑耐藥性。

● 鐵死亡檢測：細胞活力、ROS、Fe2+、WB（FSP1，抑制鐵死亡）

miR-4443促進細胞鐵死亡

圖2-2：miR-4443促進細胞鐵死亡

由以上的鐵死亡指標檢測可知miR-4443可通過誘導順鉑敏感株的鐵死亡。為更一步證實此結論，作者通過添加鐵死亡相關誘導激活劑（Erastin）、抑制劑（Fer-1）檢測順鉑刺激條件下鐵死亡的相關指標，如圖2-2：細胞中Fe2+、脂質ROS、線體體中SOX（圖2-3 D）以及WB（FSP1），發現miR-4443可以上調鐵死亡抑制劑FSP1,抑制細胞鐵死亡。

Cisplatin誘導A549敏感株細胞的鐵死亡

圖2-3：Cisplatin誘導A549敏感株細胞的鐵死亡

miR-4443對於FSP1的調控是如何實現從而影響鐵死亡的——生信分析發現METTL3這個甲基化轉移酶是miR-4443的下游靶標，並且通過雙螢光素酶實驗證實了miR-4443可以和METTL3的3’UTR結合，從而調控METTL3的翻譯，如圖2-4。