常驻 “热点” 铁死亡，究竟该如何检测？

今年 7 月，为纪念铁死亡十周年，铁死亡的发现者 Dr. Brent R Stockwell 在 Cell (IF= 66.85) 上发表了题为 Ferroptosis turns 10：Emerging mechanisms, physiological functions, and therapeutic applications 的重磅综述。这篇综述阐述了铁死亡的关键调控因子，还介绍了铁死亡领域的关键概念和主要未解问题。除了10 周年，前段时间铜死亡 (Cuproptosis) 的提出也是 “风靡全网”。

小 M 算是发现了，掌握 “细胞死亡”，便是领悟科研 “流量密码”，不过，今天不是来讲综述，下面一文 “道” 尽铁死亡的各种检测方法。

• 关于 GSH/GPX4 途径

图 1. GPX4 相关信号通路[1]

System Xc- 是一种广泛分布在磷脂双分子层中的重要的抗氧化体系，由两个亚基 SLC7A11 和 SLC3A2 组成的异二聚体。胱氨酸和谷氨酸通过 Xc-系统 以 1:1 的比例进出细胞交换，被吸收的胱氨酸 (Cystine) 在细胞中被还原为半胱氨酸 (Cysteine)，并参与 GSH 的合成。

GPX4 是催化哺乳动物细胞中磷脂氢过氧化物 (PLOOH) 还原的主要酶。GPX4 将谷胱甘肽 (GSH) 转化为氧化型谷胱甘肽 (GSSG)，并将细胞毒性脂质过氧化物 (PL-OOH) 还原为相应的醇 (PL-OH)。因此，GPX4 活性的抑制可导致脂质过氧化物的积累。GPX4 表达下调的细胞对铁死亡更敏感，而 GPX4 表达上调则抑制铁死亡。GSH 在谷胱甘肽过氧化物酶 (GPX) 的作用下减少 ROS 和活性氮。

此外，甲羟戊酸 (MVA) 途径通过调节硒代半胱氨酸 tRNA 的成熟来影响 GPX4 的合成，从而调节铁死亡的发生。

小贴士：Erastin 作为最经典的铁死亡诱导剂，可抑制胱氨酸输入，影响 GSH 的合成，导致 GPX 活性降低，细胞抗氧化能力下降，脂质 ROS 积累，最终发生氧化损伤和铁死亡。

常用的铁死亡诱导剂 RSL3 直接作用于 GPX4 并抑制其活性，从而降低细胞的抗氧化能力并积累 ROS，导致铁死亡。

• 脂质过氧化与铁的积累

图 2. 脂代谢与铁死亡相关通路[2]

游离多不饱和脂肪酸是合成脂质信号转导介质的底物，但它们必须被酯化成膜磷脂并被氧化才能传递铁死亡信号。脂氧合酶 (LOX) 和细胞色素 P450 氧化还原酶 (POR) 通过脂质的双氧合启动脂质过氧化。研究表明，磷脂酰乙醇胺是诱导细胞铁死亡的关键磷脂。酰基辅酶 A 合成酶长链家族成员 4 (ACSL4) 和溶血磷脂酰胆碱酰基转移酶 3 (LPCAT3) 参与磷脂酰乙醇胺的生物合成和重构，激活多不饱和脂肪酸并影响其跨膜特性。因此，降低 ACSL4 和 LPCAT3 的表达可减少细胞内脂质过氧化物底物的积累，从而抑制铁死亡。

铁积累 (如增加铁吸收、减少铁储存和限制铁外流)可以促进铁死亡 (具体可见: 铁死亡是什么，如何检测？您要的“一文通”来了！)。过量的铁通过至少两种机制促进随后的脂质过氧化：通过铁依赖性 Fenton 反应产生活性氧 (ROS) 以及激活含铁酶。

• 铁死亡的关键指标

铁死亡是由铁依赖的脂质过氧化驱动的，因此在铁死亡期间检测这种脂质过氧化是必要的。此外，线粒体在铁死亡期间通常表现出萎缩、致密的形态（因此可以通过检测线粒体来判断铁死亡)。此外，检测特定的基因表达变化：例如铁死亡的细胞中 TfR1 的上调及其重定位于质膜。下面小 M 来给大家介绍几种常用的铁死亡检测方式~

• 最常见的细胞表型检测

图 3. 抑制 FXN 对 Erastin 诱导的 HT-1080 细胞铁死亡的影响^[3] 

A, 细胞暴露于不同浓度的 Erastin，检测细胞活力；B, Erastin 处理细胞 12 小时后用荧光显微镜观察 PI 阳性细胞；C, Erastin 培养细胞 3 天，用 CFDA-SE (5 μM) 染色，然后进行流式检测；D, 透射电子显微镜 (TEM) 检测线粒体的形态变化

• 亚铁离子的检测

细胞铁积累是铁死亡的典型标志之一，亚铁离子积累可以特异性地增加氧化应激水平。例如，在研究氧化应激介导的视网膜色素上皮 (RPE) 变性的潜在机制时，通过用 FerroOrange 染色细胞 (亚铁离子探针)，结果表明 NaIO₃ 和 Erastin 处理的细胞积累了过多的亚铁离子，说明诱导了铁死亡，而 Fer-1 或 DFO 预孵育可以抑制亚铁离子的积累，如图 4 所示。结果表明铁死亡是氧化应激介导的 RPE 变性的主要病理过程^[5]。

图 4. 通过 FerroOrange 染色评估亚铁离子水平^[4] 

• 活性氧 (ROS) 检测

ROS 和脂质 ROS 在铁死亡中起关键作用，文献报道增加的超氧化物歧化酶 (SOD) 可抑制体内的 ROS 水平。细胞内会由于铁的积累而抑制抗氧化系统，铁可能直接通过 Fenton 反应产生过量的 ROS，从而增加氧化损伤。因此 ROS 检测也是常用方法 (活性氧检测探针: ROS 探针大赛，你要的检测方法都在这里！)

Lin Li 在研究中发现羧基修饰的聚苯乙烯纳米粒子 (CPS) 可以增加细胞内 SOD 水平，因此推测 CPS 可能抑制铁死亡。实验结果表明，CPS 抑制了 RAW 264.7 中 Erastin 诱导的 ROS 升高 (图 5a, b)，并且比去铁胺具有更强的抗铁死亡作用 (图 5c, d)^[5]。

• 脂质过氧化

 图 6. 铁死亡抑制剂 Fer-1 可减轻 HH 小鼠中铁过载引起的肝损伤^[6]

用或不用 Fer-1 治疗的野生型、Hjv^–/–、Smad4^Flox/flox 和 Smad4^Alb/Alb 小鼠中, A, 肝脏 MDA 含量；B, 肝脏 Ptgs2 mRNA 水平；C, 肝脏 NADPH 含量；D, 血清 ALT 水平

• 谷胱甘肽代谢

在 DJ-1 suppresses ferroptosis through preserving the activity of S-adenosyl homocysteine hydrolase 一文中，作者探究了 DJ-1 负调节铁死亡的机制。研究发现，用 RNA 干扰抑制 DJ-1 表达可以与 Erastin 协同抑制细胞内 GSH 水平 (图 7A)。同时，添加外源性 GSH 或 N-乙酰半胱氨酸 (NAC) 可以逆转 Erastin 诱导的脂质 ROS 积累 (图 7B) 和细胞死亡 (图 7C)。因此，作者推测 DJ-1 可能会影响 GSH 的合成从而抑制铁死亡^[7]。

图 7. DJ-1 通过抑制 GSH 水平负调节铁死亡^[7]

A, Erastin 处理DJ-1 KD H1299 细胞 6 h 后 GSH 水平；

B, 在有无 GSH 或 NAC 条件下细胞用 Erastin 处理细胞 12 h 后脂质 ROS 水平；C, 用Erastin 处理细胞 36 h 后，测定细胞活力

下滑查看更多 ↓