2022铁死亡与胆管癌（全文）
1铁死亡的发现及特征
铁死亡是Stocicwell于2012年发现的一种新型细胞死亡方式。在鉴定对Ras突变细胞有致死作用的新分子的研究中，Erastin和RSL3分子以非凋亡方式选择性杀伤细胞，并且伴随着线粒体形态的异常[1]。传统的调控细胞死亡的抑制剂无法阻断此过程，但抗氧化剂(维生素E)和铁螯合剂却可以逆转此过程[2]，这种以脂质过氧化为特征的铁依赖性非凋亡性细胞死亡即铁死亡[3]。
与己经鉴定出的11种受调控的细胞死亡方式相比，铁死亡在形态、生化学特征、调控蛋白和功能机制方面都各不相同。譬如，凋亡的主要形态学特征包括细胞质浓缩，染质高度凝聚，核裂解为碎块，凋亡小体形成，线粒体形态在凋亡早期可维持正常，随着凋亡过程进展可能会出现线粒体肿胀、空泡变等一些非特异性的改变。生化学特征主要有半胱天冬蛋白酶的激活、DNA降解等[4]。自噬的主要形态学特征包括细胞膜特征化结构消失，不发生染质凝集，出现大量自噬空泡，自噬溶酶体形成，生化学特征主要表现为LC3蛋白-I到LC3蛋白-II的转化、底物降解等[5]。而铁死亡的主要形态学特征表现为细胞核正常，线粒体膜密度升高，
线粒体嵴减少；生化学特征主要包括铁和活性氧超载、丝裂原活化蛋白激酶的激活、抑制胱氨酸/谷氨酸逆向转运蛋白系统和减少半胱氨酸摄取、谷胱甘肽(GSH)耗竭、释放花生四烯酸介质等[6]。
2铁死亡分子机制
铁死亡是铁依赖性、以脂质活性氧异常增多为特征的一种独立细胞死亡类型。脂质过氧化物的升高和谷胱甘肽过氧化物酶4(GPX4)的降低是其发生的两大标志，铁死亡的发生涉及脂质代谢、活性氧的生成与清除、铁离子代谢异常等等，因而其内在分子机制与脂质过氧化、活性氧、GPX4、铁代谢等必然有着密不可分的关系(图 1)。
图1  细胞铁死亡调控机制示意图
注：ACSL4，长链酰基辅酶a合成酶家族成员4; ALOX-15，花生四烯酸-15脂氧合酶; CoQ10，辅酶Q10; Cysteine，半胱氨酸; Cystine，胱氨酸; Ferritin，铁蛋白; Ferritinophage，铁自噬; FSP1，铁死亡调控蛋白1; Glutamate，谷氨酸; GSSG，氧化型谷胱甘肽; LIP，不稳定铁池; LOX，脂氧合酶; LPCAT3，溶血磷脂酰胆碱酰基转移酶3; NADPH，还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸; NFE2L2，红细胞衍生核因子2样蛋白2; NRF2，核因子E2相关因子2; PUFA，多不饱和脂肪酸; SAT1，精胺N1-乙酰转移酶1; SLC3A2，溶质载体家族3成员2; SLC7A11，溶质载体家族7成员11; Transferrin，转铁蛋白; TfR1，转铁蛋白受体1。
2.1  活性氧和脂质过氧化的驱动
线形诱导标志活性氧在组织内稳态中发挥重要作用，调节细胞信号传导、分化，促进细胞损伤和死亡，其水平受细胞抗氧化系统的严格调控。铁死亡过程中，组织细胞处于氧化应激状态，过量的活性氧产生，攻击生物膜，影响其流动性及结构，通过脂质过氧化链反应，质膜的过氧化反应在膜磷脂之间传递下去，对细胞产生致死作用。但生物体内存在着众多的抗氧化剂，
一般的内源性抗氧化系统由酶促抗氧化剂(超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、GPX和重组抗氧化酶)和非酶抗氧化剂(维生素或其类似物、矿物质和代谢物)组成，过量的活性氧通过酶促(脂氧合酶催化)和非酶(铁依赖)途径诱导脂质过氧化，导致细胞死亡。
PUFA是脂质过氧化的首选底物，特别是花生四烯酸和肾上腺酸最容易发生过氧化[7-8]，导致脂质双分子层被破坏，影响膜功能。细胞膜中PUFA的生物合成和重构需要长链酰基辅酶a合成酶家族成员4(ACSL4)和溶血磷脂酰胆碱酰基转移酶3 (LPCAT3)参与[9]。ACSL4在体内可以催化脂肪酸活化合成脂酰辅酶A，这是脂肪酸分解代谢第一步反应的关键酶，而且在脂质过氧化物抑制GPX4的过程中ACSL4是必不可少的。降低ACSL4和LPCAT3的表达可以减少脂质过氧化底物在细胞中的积累，从而抑制铁死亡，因此，ACSL4和LPCAT3已被认为是介导铁死亡的关键蛋白[7]。
2.2  GSH-GPX4
抗氧化剂通过对活性氧等的清除在预防细胞损伤或癌变方面发挥作用。GSH是哺乳动物体内最主要、含量最丰富的含巯基的低分子多肽，有氧化型(GSSG)和还原型(GSH) 两种形式，它可以通过抑制脂质过氧化，清除自由基, 对细胞起到保护作用，是人类细胞内主要的
抗氧化剂，也是GPX4的理想底物。半胱氨酸是细胞GSH生物合成中的限速因子，通常在半胱氨酸饥饿，GSH耗竭和抑制GPX4后诱导细胞铁死亡。
GPX4是谷胱甘肽过氧化物酶家族中极其重要的成员。GPX不仅具有清除自由基和衍生物的作用，还减少脂质过氧化物的形成，增强机体抗氧化损伤的能力，从而抑制致癌物和活性氧诱导的肿瘤发生，尤其GPX4可通过抑制脂质过氧化和铁死亡而发挥其重要作用。GPX4基因的缺失可以导致早期胚胎致死。为了确保膜的完整性和减少活性氧引起的损害，GPX4利用还原GSH作为辅助因子，将脂质过氧化氢(R-OOH)转化为脂质醇(R-OH)，阻止了Fe2+依赖的毒性活性氧的形成和积累，保护细胞膜中的的多不饱和脂肪酸防止其脂质过氧化[10]。同时细胞内氧化应激状态也可以诱导GPX4活性增高，这可能是与激活核转录因子NF-kB，调节锰-超氧化物歧化酶、血红素加氧酶等抗氧化物质的基因表达相关[11]。GPX4也是铁死亡的关键调节因子，增强GPX4活性以及诱导其表达的因素均会降低细胞对铁死亡的敏感性，反之亦然。研究[12-14]表明，Erastin和RSL3可以分别通过间接和直接的方式抑制GPX4的活性来诱导铁死亡。Xc-系统是异二聚体，由糖基化的重链SLC3A2和非糖基化的SLC7A11通过二硫键连接形成，其中SLC7A11是调控GPX4活性的关键蛋白，SLC7A11-GSH-GPX4是经典的铁死亡通路。SLC7A11的表达和活性进一步受到NFE2L2的
正向调节[15]，NFE2L2信号通路是抵抗铁死亡的重要防御机制，受到抑癌基因TP53、BRCA1关联蛋白1和Beclin1的负向调控[13]。Xc-系统的抑制决定了GSH水平的下降和铁死亡的开始。而且Xc-转导途径是半胱氨酸合成GSH和维持细胞内硫醇氧化还原电位的重要来源，因此系统Xc-可能是一个很好的抗癌靶点，这也为肿瘤的和降低耐药风险提供了新的思路。此外，铁死亡诱导剂(FIN)56对GPX4水平也有着显著影响。RSL3可以直接抑制GPX4的活性，而FIN56可降低GPX4的丰度和辅酶Q10的衍生量。FIN56并非Xc-系统的抑制剂，不影响GSH水平，而是通过翻译后降解导致GPX4蛋白的丢失[16]。