干货分享细胞铁死亡（Ferroptosis）的信号通路

　　铁死亡 （Ferroptosis） 是一种铁依赖性的，区别于细胞凋亡、细胞坏死、细胞自噬的新型的细胞程序性死亡方式。铁死亡的主要机制是，在二价铁或酯氧合酶的作用下，催化细胞膜上高表达的不饱和脂肪酸，发生脂质过氧化，从而诱导细胞死亡；此外，还表现为抗氧化体系（谷胱甘肽GSH和谷胱甘肽过氧化物酶4-GPX4） 的表达量的降低。
　　铁死亡的信号通路
　　谷胱甘肽过氧化物酶与铁死亡
　　铁死亡的上游通路，最终都是通过直接或间接影响谷胱甘肽过氧化物酶  （glutathione peroxidase，GPXs） 的活性，降低细胞抗氧化能力，致使脂质过氧化反应增加，脂质活性氧增多，最终引起铁死亡。所以，GPXs家族在铁死亡过程中起关键作用。
　　GPXs家族有许多成员，包括GPX1~GPX8，其中GPX4在铁死亡中扮演着更加重要的角色。GPX4是脂质过氧化过程的抑制蛋白，能够降解小分子过氧化物以及相对复杂的脂质过氧化物。用siRNA敲低细胞的GPX4表达后，发现细胞对铁死亡更敏感，相反，上调GPX4的表达则会产生对铁死亡的耐受。
　　RSL3是重要的铁死亡诱导剂，用荧光素标记的RSL3处理细胞后进行筛选，发现GPX4是RSL3的靶蛋白。另外，其他的一些化合物，如DPI7、DPI10等，同样能够直接作用于GPX4。这些化合物通过抑制GPX4的活性，致细胞抗氧化能力下降，脂质活性氧上升，最终引起铁死亡。
　　此外，甲羟戊酸通路 （mevalonatepath，MVA通路） 可通过调节硒代半胱氨酸tRNA的成熟而作用于GPX4，引起细胞的铁死亡。硒代半胱氨酸是GPX4活性中心的氨基酸之一，而将其嵌入GPX4则需要特殊的转运体——硒代半胱氨酸tRNA。硒代半胱氨酸tRNA的成熟需要异戊烯基转移酶将异戊烯焦磷酸（isopentenylpyrophosphate，IPP） 中的异戊烯基转移至硒代半胱氨酸tRNA前体，而IPP是MVA通路的产物。因此，MVA通路可以通过下调IPP，进而影响硒代半胱氨酸tRNA的合成，进一步干涉GPX4的活性，引起铁死亡。
　　胱氨酸/谷氨酸转运受体（system Xc-）与铁死亡
　　通过器官型海马脑片培养模型 （OHSC） ，发现谷氨酸诱导的兴奋性毒性细胞死亡过程中有铁死亡参与。在谷氨酸诱导兴奋性毒性细胞死亡的过程中，谷氨酸可以启动两条通路，一条为钙离子的流入，一条为对依赖system Xc-的胱氨酸吸收通路的抑制。
　　而钙离子的螯合剂，乙二醇双 （2-氨基乙基醚） 四乙酸对Erastin诱导的铁死亡没有抑制作用。β巯基乙醇（β-ME） 能够在不通过system XC-情况下促进胱氨酸的吸收，而它恰恰能够显著抑制Erastin、谷氨酸诱导的细胞死亡。
　　因此推断，system XC-介导的胱氨酸吸收在铁死亡中有重要作用。在Erastin和柳氮磺胺吡啶诱导的铁死亡中发现了SLC7A11的上调。System XC-是由SLC7A11和SLC3A2组成的异二聚体。对system XC-的抑制会导致SLC7A11的代偿性转录上调，而抑制system XC-，阻碍胱氨酸的吸收后，又通过怎样的路径导致铁死亡？Yang等发现谷胱甘肽 （glutathione，GSH） 的减少会导致GPXs活性降低。GPXs能够催化过氧化氢和氢过氧化物的降解，抑制脂质活性氧的生成，而谷胱甘肽是其必需的辅助因子。
　　综上，Erastin通过抑制system XC-，阻碍了谷胱甘肽的吸收，谷胱甘肽又是GPXs发挥作用的必要辅助因子，因此导致GPXs活性降低，细胞抗过氧化能力降低，脂质活性氧堆积，引起细胞的氧化性死亡。
　　p53介导的铁死亡
　　p53基因是重要的抑癌基因，其介导的细胞周期抑制、衰老、凋亡在肿瘤的发生发展过程中有重要作用。Jiang等用ROS处理p53基因沉默的H1299细胞，细胞活性没有变化，但激活p53基因后再用ROS处理，细胞死亡率高达90%，说明p53基因激活后细胞抗氧化能力显著降低。再向其加入铁死亡抑制剂ferrostatin-1后，细胞死亡率下降约40%，从而发现p53不仅可以引起细胞凋亡，也能诱导细胞铁死亡。Jiang等发现上调p53基因表达后，SLC7A11的信使RNA和蛋白表达量显著降低，从而证实SLC7A11为p53基因的新靶点。而system XC-正是由SLC7A11和SLC3A2组成的异二聚体。因此，p53可通过下调SLC7A11的表达从而抑制system XC-吸收胱氨酸，致使胱氨酸依赖的谷胱甘肽过氧化物酶活性降低，细胞抗氧化能力降低，脂质活性氧升高，引起细胞铁死亡。
　　VDACs与铁死亡
　　电压依赖性阴离子通道 （voltage-dependent anion channels，VDACs） 是转运离子和代谢产物的跨膜通道，Yagoda等发现Erastin可作用于VDACs。用siRNA干预VDAC2或VDAC3表达后发现细胞对Erastin引起的铁死亡产生耐性，但是过表达VDAC2和VDAC3并未提高细胞对Erastin的敏感性，所以，VDAC2和VDAC3是铁死亡的必要非充分条件。此外，Erastin还可导致线粒体外膜通透性的改变。因此Yagoda认为Erastin作用于VDACs，引起线粒体功能紊乱，氧化性物质释放，最终引起细胞氧化性死亡。
　　铁死亡的其他调节通路
　　除了上述铁死亡的主要发生机制外，铁死亡还可以受到其他通路的调节。在氧化应激状态下，甲硫氨酸可通过硫转移途径 （the sulphur-transfer pathway） 转化为胱氨酸，合成谷胱甘肽，协助谷胱甘肽过氧化物酶抑制脂质活性氧生成，避免氧化性细胞损伤。因此硫转移途径可抑制铁死亡的发生；血红素加氧酶1（hemeoxygenase-1，HO-1） 是细胞内铁的重要来源之一，Kwon等证实了其可以诱导脂质过氧化反应从而导致铁死亡的发生；转铁蛋白也是细胞内铁的来源之一，它亦参与了铁死亡的调节过程。