铁死亡十篇高分文章深入解读（下）

上周我们为大家带来了铁死亡最新十篇高分文章深入解读系列的前五篇（还没读的小伙伴快去围观：铁死亡十篇高分文章深入解读（上）），相信大家对铁死亡的研究思路一定有了很多新的想法和理解，优秀的文献就像一本好书，总能让人常读常新。前五篇文章中，五个世界知ming的研究团队为我们分别展现了铁死亡在肿瘤，造血干细胞，心血管疾病中的调控机制。

由于铁死亡在抑制肿瘤中的重要作用也使得铁死亡在近年来持续受到相当多的关注，也为一些药物耐受性的的癌症和棘手的疾病提供了新的诊疗思路。今天我们继续为大家介绍5篇优秀前辈们在近三年中关于铁死亡相关研究的杰出成果，让我们一起与优秀者同行。

以下是小编总结的已有报导的部分铁死亡相关的检测方法和指标，更多铁死亡相关的详细研究或者其他的国自然热点解读请参与我们国自然解读系列讲座活动（点击进入免费报名）。

第一篇
DHODH-mediated ferroptosis defense is a targetable vulnerability in cancer

发表期刊：Nature （IF：64.8）

发表时间：2021年5月
铁死亡是一种由过度的脂质过氧化诱导的调节性细胞死亡形式，已成为一种关键的肿瘤抑制机制。本文也是铁死亡研究的经典奠基之作，来自德克萨斯大学MD Anderson癌症中心的甘波谊教授团队shou次发现不依赖于GPX4和FSP1之外的铁死亡新的调控机制：DHODH在线粒体中介导铁死亡调节中的重要作用。

DHODH是一种定位于线粒体内膜外表面的酶。作者发现，在GPX4低表达（GPX4-low）的癌细胞中，补充DHO脱氢酶（DHODH）的底物和产物--二氢烟酸（DHO）或乳清酸（OA），可分别减轻或加强GPX4抑制所诱导的铁死亡反应，进一步确定了线粒体中由DHODH介导的铁凋亡防御机制：DHODH与线粒体GPX4并行运作（但独立于细胞质GPX4或FSP1），通过将泛醌还原为泛醇（一种具有抗铁死亡活性的抗氧化剂），来抑制线粒体内膜中的铁死亡。
 

文章的大概思路如下：
1、首先作者通过全代谢组学分析发现，GPX4抑制剂RSL3或ML162处理癌细胞会导致嘧啶生物合成的中间产物C-Asp明显减少，而DHODH的底物和产物DHO和OA可以影响这一过程以及细胞对铁死亡的敏感性，这让作者想到DHODH可能在调节铁死亡中具有重要的作用。进一步研究发现，DHODH抑制剂在GPX4-low肿瘤细胞中诱导铁死亡。

2、作者进一步分析DHODH和GPX4之间的遗传相互作用，通过Cancer Therapeutics Response Portal【1】作者发现DHODH的表达与GPX4抑制剂的耐药性相关，在GPX4敲除或者GPX4-low肿瘤细胞中，去除DHODH会显著增加脂质过氧化和铁死亡。DHODH和GPX4协同抑制铁死亡。

3、由于DHODH是一个位于线粒体内膜外表面的酶，作者继续研究DHODH在线粒体中如何介导铁死亡。在HT-1O80（GPX4-KO）细胞中，线粒体定位的GPX4（GPX4mito）而不是细胞质定位的GPX4（GPX4-cyto）可以逆转细胞对DHODH抑制的敏感性。同时抑制GPX4和DHODH，可以诱导线粒体脂质过氧化。DHODH和线粒体GPX4可以协同抑制线粒体脂质过氧化和铁死亡，而不是细胞质GPX4和FSP1。

作者进一步发现，DHODH抑制线粒体脂质过氧化和铁死亡依赖于泛醌CoQ。泛醇COQ2是参与泛醌（CoQ）生物合成的关键酶，抑制DHODH能显著提高CoQ/CoQH2的比率。结果表明，添加CoQH2类似物会抑制线粒体脂质过氧化和铁死亡，DHODH将线粒体中的CoQ还原成CoQH2以抑制肿瘤细胞中的铁死亡。

4、作者进一步验证DHODH抑制剂治疗GPX4-low肿瘤的可能性。单独使用DHODH抑制剂brequinar或敲除GPX4不会影响HT-1080移植瘤的生长，但敲除GPX4会增加HT-1080移植瘤对DHODH抑制剂敏感性；brequinar可以显著抑制GPX4-low移植瘤的生长，而这种抑制可以被liproxstatin-1逆转。brequinar和sulfasalazine（一种铁死亡诱导剂）联合使用可协同诱导脂质过氧化反应并抑制HT-1080移植瘤的生长。综上，DHODH抑制剂可作为治疗GPX4-low癌症的潜在药物，而DHODH抑制剂与sulfasalazine联用可治疗GPX4-high的癌症。 

综上所述：作者通过一系列研究表明DHODH在线粒体中对铁死亡调控的重要作用。DHODH抑制剂和其他铁死亡诱导药物联合使用也为肿瘤治疗提供新的思路。

使用到的技术主要有：基因编辑，代谢组学分析，细胞活力检测，荧光定量PCR，移植瘤模型

【1】Basu A et al. An interactive resource to identify cancer genetic and lineage dependencies targeted by small molecules. Cell 154, 1151–1161 (2013). [PubMed: 23993102] 

第二篇
Ferroptosis of tumour neutrophils causes immune suppression in cancer
发表期刊：Nature （IF：64.8）

发表时间：2022年11月

铁死亡（Ferroptosis）是一种铁依赖性的细胞程序性死亡，由调节氧化还原机制的失调触发，最终导致大量多不饱和磷脂过氧化。铁死亡诱导剂在体外能有效杀伤肿瘤细胞的研究比较多，而且大多数研究都集中在免疫缺陷型小鼠上，但是对免疫小鼠的研究较少。因此，免疫细胞的铁死亡作用不得而知。来自美国宾夕法尼亚大学的Dmitry I. Gabrilovich研究团队发现在免疫正常的宿主中，PMN-MDSCs的铁死亡通过限制抗肿瘤免疫来促进肿瘤生长。

病理激活的中性粒细胞(PMN)，也被称为髓系衍生抑制细胞(PMN-MDSCs)，是抗肿瘤免疫的主要负调节因子。作者通过研究发现，在肿瘤微环境中PMN-MDSCs会被铁死亡诱导死亡。减少PMN-MDSCs后，铁死亡会诱导氧化的脂质的释放和限制T细胞的活性。在免疫活性小鼠中，抑制铁死亡可以逆转PMN-MDSCs活性的抑制，减慢肿瘤进程和抑制肿瘤生长。而诱导铁死亡会促进肿瘤的生长。

文章的大概思路如下：
1、首先作者对肿瘤PMN-MDSC进行单细胞全转录组分析，发现很多和铁死亡调节相关的基因上调，作者猜测这些细胞是不是对铁死亡具有易感性。此外，作者比较了骨髓，脾脏和肿瘤组织分离的PMN-MDSCs对铁死亡的敏感性。结果表明，在肿瘤PMN-MDSCs中观察到花生四烯酸AA-PEox的积聚；用铁死亡诱导剂RSL3处理后，肿瘤PMN-MDSCs对RSL3的敏感性明显高于骨髓和脾脏的PMN-MDSCs。在肿瘤PMN-MDSCs中，与铁死亡激活相关的氧化PE含量明显升高，而凋亡相关的指标没有变化。综上，肿瘤组织发生铁死亡并且铁死亡是肿瘤PMN-MDSCs的一种主要的细胞死亡程序。

2、作者继续研究铁死亡是否对非免疫抑制的PMN具有抑制功能。作者用RSL3处理骨髓PMNs后发现过夜后大部分PMN死亡，并且导致PMEL CD8+ T细胞的增殖减少。此外，RSL3处理的PMN上清液对PMEL脾细胞有较强的抑制作用。使用了铁死亡诱导剂IKE和铁死亡抑制剂Liproxstatin-1处理骨髓PMN，发现IKE对PMN活性的影响不大，但仍抑制T细胞的增殖，这种抑制作用被Liproxstatin-1逆转。

为了验证铁死亡在癌症患者PMN-MDSC介导的抑制中的作用，作者从头颈癌和子宫癌患者的肿瘤组织中分离出PMN-MDSC，使用Liproxstatin-1处理后，PMN-MDSC抑制活性显著降低。此外，作者还评估了铁死亡诱导对外周血中分离的PMN的影响，发现经IKE处理的PMN可有效抑制CD3/CD28诱导的T细胞增殖。综上所述，铁死亡赋予了PMNs免疫抑制活性。

3、为了检测铁死亡诱导过程中PMN的改变，作者对RSL3或者saturosporine处理的BM PMN进行全转录组RNA序列分析。RSL3的处理会使铁死亡相关的基因上调。促铁死亡相关的基因敲除后，PMN-MDSC抑制减少。AA-PEox是铁死亡的特征指标。在脂肪酸转运蛋白FATP2缺失的PMN-MDSCs中，铁死亡相关基因的表达以及氧化AA-PEox的水平显著降低。此外，RSL3诱导了PMNs中PEox的积累，然而，这种效应在缺乏FATP2的细胞中不存在，因此，FATP2的上调可能在PMNs铁死亡诱导中起关键作用。

4、作者继续研究药物抑制铁死亡对肿瘤生长的影响，发现用Liproxstatin-1处理后的小鼠肿瘤明显减少，这表明抑制铁死亡会导致肿瘤生长明显减少。然而，在免疫缺陷的小鼠中，Liproxstatin-1的治疗效果被逆转，表明该治疗对免疫系统有很强的依赖性。进一步研究发现，liproxstatin-1增强了PD-1抗体阻断免疫检查点的抗肿瘤作用。使用IKE处理后导致CT26肿瘤生长略有增加，表明促进铁死亡会加剧肿瘤的生长。此外，铁死亡抑制与抗PD-1协同作用，能够显著抑制胰腺肿瘤生长，这表明即使在对免疫治疗有耐药性的肿瘤中，Liproxstatin-1也能增强PD1抗体的作用。

综上所述，作者发现铁死亡是PMN-MDSCs在肿瘤微环境中的一种du特的、有针对性的免疫抑制机制，作者以du特的视角展现了铁死亡对免疫系统的影响，在铁死亡药物研发中也需要考虑不同种类细胞铁死亡造成的不同影响。

使用到的技术主要有：流式细胞术，scRNA-seq分析，代谢组学，ELISA，LC-MS分析 

第三篇
Microglia ferroptosis is regulated by SEC24B and contributes to neurodegeneration

发表期刊：Nature Neuroscience （IF：25）

发表时间：2022年12月

铁元素是大脑中含量丰富的转运金属，研究显示许多神经退行性疾病的发病进程都和铁稳态失衡有关，包括帕金森症（PD）和肌萎suo性侧索硬化症（ALS）等等。小胶质细胞在所有脑细胞类型中具有最高的铁储存量并且在疾病进程中也会有铁积累的现象。但是铁积累是否会影响小胶质细胞的功能并且是否在神经退行性疾病中有作用呢？美国赛诺菲公司的Timothy R. Hammond 团队研究表明，小胶质细胞中铁超载和铁死亡在神经退行性疾病中起到了关键作用。

铁失调与包括帕金森病（PD）在内的多种神经退行性疾病有关。在受到感染的大脑区域经常会发现铁的积累，但铁的积累是如何影响小胶质细胞的生理机能并导致神经退行性病变的机制还少有研究。本篇文章中作者展示了人诱导多能干细胞衍生的小胶质细胞对铁具有高度反应性，并且易受到铁死亡的影响。此外，铁超载会导致小胶质细胞与PD患者的小胶质细胞重叠的转录组部分发生改变，这种小胶质细胞反应会导致神经退行性病变。为了阐明调控小胶质细胞中调节铁反应的机制，作者进行了全基因组 CRISPR 筛选，发现了新的铁死亡调节因子，包括囊泡运输基因 SEC24B。这些数据表明，小胶质细胞中铁超载和铁死亡在神经退行性疾病中起到了关键作用。

文章大概思路如下：
1、为了更好的了解大脑中铁信号通路的作用和铁死亡机制，作者建立了3种细胞的共培养，包括大约15%小胶质细胞，25%神经细胞和60%星形胶质细胞，然后用铁离子和RSL3（铁死亡诱导剂）处理。结果表明，三种细胞中小胶质细胞对铁离子最敏感，可能在铁死亡过程中起到重要的作用。
2、铁死亡究竟对小胶质细胞有什么影响呢？作者继续进行研究。结果表明，铁元素会使小胶质细胞的状态发生改变。在经过铁离子和RSL3处理后，小胶质细胞中的FTH蛋白水平明显上调。此外，铁超载会诱发小胶质细胞细胞因子产生和释放的改变，从而影响疾病中的病理环境。将小胶质细胞与其他神经细胞共培养，结果发现如果不加入小胶质细胞的情况下，铁死亡明显降低。小胶质细胞存在的情况下神经元脂质过氧化也会明显增加。
3、小胶质细胞在铁死亡诱导的神经退行性疾病中起到重要的作用。通过对小胶质细胞的亚群分析，结果发现小胶质细胞亚型的改变和小胶质细胞的死亡会引起神经性疾病。此外，作者还通过全基因组CRISPR检测发现了一个新的铁死亡敏感基因SEC24B，SEC248敲除使细胞对铁死亡具有高耐受性，并且脂质过氧化下降，表明SEC24B是小胶质细胞中一个强铁死亡调节蛋白。
4、研究了小胶质细胞铁死亡在神经退行性疾病中的作用后，作者想进一步筛选出可以抑制铁死亡的化合物。作者使用一个商业的包含546种化合物的铁死亡相关的文库进行靶标小化合物筛选，在546中化合物中，作者筛选出39种化合物可以在小胶质细胞中抑制铁死亡。

综上所述，作者对神经退行性疾病中小胶质细胞铁积累的现象进行具体机制的研究，揭示了小胶质细胞铁死亡对疾病进程的影响。

使用到的技术主要有：scRNA-seq，Pseudo-bulk analysis，UCell analysis，Genome-wide CRISPR screen，小化合物筛选

第四篇
Ferroptosis promotes T-cell activation-induced neurodegeneration in multiple sclerosis

发表期刊：Cellular & Molecular Immunology（IF：24.1）

发表时间：2022年8月

多发性硬化症（MS）是一种常见的退行性中枢神经系统脱髓鞘自身免疫性疾病，特点是T细胞，B细胞和其他免疫细胞浸润到中枢神经系统。MS很容易发展成神经退行性变并且目前并没有gen治的方法，因此对MS中神经元死亡的机制探究具有很重要的临床意义。来自四川大学华西医院雷鹏教授团队与胡洪波教授团队进行深入研究并发现ACSL4介导的铁死亡会诱导炎症和促进CNS浸润和T细胞激活，进而引发EAE的神经炎症和脱髓鞘。

在本篇文章中，作者揭示了铁死亡在MS中潜在的致病作用。作者发现在现有的MS病人的基因组数据库中，一个关键的铁死亡蛋白（acyl-CoA synthetase long-chain family member 4，ACSL4）发生了改变，此外，在实验性自身免疫性脑脊髓炎（EAE）小鼠模型中也发现了铁死亡的生化特性，包括脂质活性氧（ROS）的聚集和线粒体皱缩。使用靶向铁死亡的抑制剂或减少ACSL4的表达可以改善EAE小鼠的行为表型，降低神经炎症并防止神经元死亡。此外作者发现，铁死亡是EAE的早期事件，可以在体外和体内通过T 细胞受体（TCR）信号通路促进 T 细胞活化。以上的数据共同表明铁死亡可能是治疗多发性硬化症的潜在方法。
 
 

文章的大概思路如下：
1、作者首先在EAE小鼠中验证铁死亡相关的生化指标，结果表明铁死亡相关的指标包括铁离子水平，丙二醛（MDA），脂质ROS和脂质过氧化物（LPO）都明显增加。线粒体皱缩是铁死亡一个形态特征，也在EAE小鼠的脊髓中被观察到。此外，作者还发现使用铁死亡抑制剂抑制铁死亡可以明显改善EAE小鼠神经炎症、行为缺陷和神经退行性变；

2、接下来，作者在EAE小鼠中验证铁死亡相关关键基因和蛋白，作者发现ACSL4蛋白在EAE小鼠中含量显著增加。酰基CoA合成酶（ACSL4）可以将多不饱和脂肪酸活化，进而触发细胞铁死亡。接下来，作者对ACSL4基因用慢病毒进行敲除，ACSL4敲除后显著的改善EAE症状和EAE小鼠的存活率。同时，铁死亡相关的MDA，ROS和LPO也都明显下降。这些结果表明ACSL4敲除会限制铁死亡的激活，抑制T细胞的启动和分化，进而抑制EAE小鼠的行为缺陷；

3、为了确定铁死亡信号通路是否引起T细胞激活，作者检测了用铁死亡抑制剂Liproxstatin-1（Lip-1）处理的EAE小鼠中T细胞反应。使用Lip-1处理之后明显改善了EAE小鼠的运动能力和降低了CD4 T细胞的比例。如果只存在较少的激活的浸润T细胞，注射Lip-1并不能缓解症状。这一发现可能表明Lip-1仅在EAE晚期发生T细胞浸润或小鼠发生肌肉wei缩时才有效。

4、作者进一步验证铁死亡如何在EAE小鼠中影响T细胞的功能。作者用铁死亡诱导剂RSL3处理的原代神经元收获的培养基去培养CD4 T细胞，结果表明铁死亡的神经元细胞上清液会增加II2和Ifng的表达，表明铁死亡会促进T细胞的激活。此外，铁死亡通过调节TCR信号通路促进T细胞的激活。铁死亡的神经元会促进T细胞的激活，加重EAE的进展。

5、最后作者使用抑制铁死亡的Ceruloplasmin (Cp)进行进一步验证。实验表明，用Cp处理EAE小鼠后，缓解了小鼠的运动障碍，同时也降低了脊髓中铁离子和LPO的水平。此外，Cp的处理也显著降低了EAE小鼠的浸润的炎症细胞，CD4 T细胞显著减少。这些结果表明了Cp在EAE中潜在的治疗作用，并且这种作用依赖于铁死亡的抑制。

综上所述，作者通过一系列研究证明了ACSL4介导的铁死亡会诱导炎症和促进CNS浸润和T细胞激活，进而引发EAE的神经炎症和脱髓鞘的作用，通过针对铁死亡介导的T细胞激活相关的治疗策略可能是抑制CNS炎症和治疗MS新方向。

使用到的技术主要有：RNA-seq analysis，Heatmap preparation，sgRNA selection，EAE模型小鼠构建，流式，免疫组化，免疫荧光

第五篇
Creatine kinase B suppresses ferroptosis by phosphorylating GPX4 through a moonlighting function

发表期刊：nature cell biology（IF：21.3）

发表时间：2023年5月

谷胱甘肽依赖性脂质氢过氧化物酶4（GPX4）利用谷胱甘肽(GSH)作为辅助因子，将有毒的脂质氢过氧化物(L-OOH)转化为无毒的脂质醇(L-OH)，在抵抗不可逆过氧化和抑制铁死亡中发挥重要作用。抑制GPX4诱导铁死亡已成为一种触发癌细胞死亡的治疗策略。然而，癌细胞中GPX4稳定性调控的机制以及这种调控对肿瘤生长的影响尚不清楚。本篇文章中浙江大学的许大千教授团队揭示了肿瘤细胞通过 CKB 增强 GPX4 稳定性的非代谢功能来对抗铁死亡的关键机制，并强调了靶向CKB蛋白激酶活性进行癌症治疗的潜力。

胰岛素样生长因子 1 受体信号激活的 AKT 可使肌酸激酶 B（CKB）T133 磷酸化，降低 CKB 的代谢活性，增加 CKB 与谷胱甘肽过氧化物酶 4（GPX4）的结合。重要的是，CKB 可作为蛋白激酶使 GPX4 在S104位点磷酸化。这种磷酸化阻止 HSC70 与 GPX4 的结合，从而减弱小鼠的铁死亡并促进肿瘤生长。此外，在人肝癌细胞样本中，GPX4 的水平与 CKB T133 和 GPX4 S104 的磷酸化水平呈正相关，并与肝癌患者的不良预后相关。
  

1、    首先作者对GPX4的表达是否会被致癌的信号通路调节，作者用IGF1（诱导HCC发生的信号）处理Huh7和HCCLM3人肝细胞癌（HCC）细胞。结果表明IGF1的处理会增加GPX4的蛋白水平。进一步实验表明GPX4的表达受翻译后调控。为了确定这种调控的机制，作者对 GPX4 免疫沉淀物进行了质谱分析，结果显示 IGF1 诱导了 GPX4 和 CKB 之间的相互作用。

2、    为了阐明 IGF1 诱导 CKB 与 GPX4 结合的机制，作者用U0126、SU6656、SP600125和MK-2206预处理了Huh7细胞，结果表明，肉豆蔻酰化活性 AKT（myr-AKT）的表达增加了 CKB 与 GPX4 的结。进一步研究发现，IGF1 处理增强了 AKT 与 CKB 的结合，IGF1 诱导和 AKT 介导的 CKB T133 磷酸化减少了其与肌酸的结合，降低了CKB的代谢活性，进而促进了 CKB 与 GPX4 的结合，增强了 GPX4 的稳定性。

3、    通过关联的定量分析、结合亲和力分析等一些列实验结果表明，IGF1 诱导和 AKT 介导的 CKB T133 磷酸化促进了 CKB 与 GPX4 的结合，随后 CKB 介导的 GPX4 S104 磷酸化与 CKB 的代谢活性无关。为了进一步证实 CKB 的蛋白激酶活性与其代谢活性无关，作者在内源性 CKB 缺失的 HCC 细胞中表达了无活性的 CKB C283S 和 CKB R292H。结果表明，蛋白激酶活性对 GPX4 的稳定性至关重要，它需要 ATP 结合能力，而不是 CKB 的代谢活性。CKB 介导的 GPX4 S104 磷酸化稳定了 GPX4 的表达。

4、    铁死亡的激活增加了溶酶体相关膜蛋白 2a（LAMP2A）的水平，从而促进了 HSC70 合子介导的自噬（CMA）和 CMA 介导的 GPX4 降解。GPX4 与HSC70 有相互作用，在有活性 AKT 存在的情况下，由 CKB 介导的 GPX4 中 S104 的磷酸化会破坏这种结合。一系列位点突变的实验表明，IGF1 诱导和 CKB 介导的 GPX4 S104 磷酸化可通过阻断 GPX4 与 HSC70 的结合以及随后 CMA 介导的 GPX4 降解来稳定 GPX4 的表达。

5、GPX4 可解毒脂质过氧化物并防止铁死亡，而 GSTs 和 GRX 可减少非脂质过氧化物产生的细胞膜和线粒体 ROS。此外，活化的 IGF1R/AKT 诱导和 CKB 介导的 CKB T133A或者GPX4 S104A的磷酸化抑制了铁死亡反应。动物实验证明，CKB 介导的 GPX4 磷酸化促进肿瘤生长。

综上所述，本篇文章通过一系列实验证明了CKB蛋白激酶活性依赖性调控GPX4和肿瘤细胞中的铁死亡以及CKB pT133或GPX4 pS104的水平与HCC病人的短生存期呈正相关，强调了CKB蛋白激酶活性用于治疗人类癌症的潜力。这一发现强调了代谢酶的致癌信号重编程代谢和非代谢在对抗铁死亡中的重要作用。

使用到的技术主要有：DNA构建和突变，体外酶活测定，质谱分析，Crispr-Cas9，重组蛋白纯化

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