美国哥伦比亚大学,广州医科大学等来自全球27家科研机构的研究者发表了题为“Ferroptosis: A Regulated Cell Death Nexus Linking Metabolism, Redox Biology, and Disease”的综述,系统阐述铁死亡的发生机制以及与人类疾病的关系,是铁死亡研究的纲领性指南。
这一综述发表在10月5日的Cell杂志上,由哥伦比亚大学的Brent Stockwell博士领导完成,广州医科大学附属第三医院的唐道林博士也受Stockwell博士邀请,是文章作者之一。唐道林博士是广州医科大学引进的“青年千人计划”专家,在Hepatology、Cancer Research、Oncogene等国际学术期刊上发表铁死亡研究通讯作者论文多篇。
细胞死亡是一个重要的生命过程,在整个机体的生长和发育中起到了基础性的作用。铁死亡主要由铁依赖的氧化损伤引起,涉及一系列复杂的生化反应、基因表达和信号传导,这种方式细胞死亡主要受铁代谢和脂过氧化信号调控,已经成为了目前国际上的研究热点。
铁死亡是近年才发现的一种新的程序性细胞坏死形式,在形态学、生物化学和遗传学等方面与凋亡、坏死和自噬有较大差别。铁是人体内含量最高的微量元素,广泛存在于各个组织和器官中。铁死亡主要由铁依赖的氧化损伤所引起,这一死亡过程的标志为细胞质和脂质活性氧增多、线粒体变小以及线粒体膜密度较大。
这种坏死受到细胞内信号通路的严密调节,这些信号通路包括铁稳态的调节通路、RAS通路及胱氨酸转运通路。一开始铁死亡是在肿瘤细胞中被确定,后来发现这种死亡方式还与肾功能衰竭、中风和心血管疾病中的缺血性损伤有关,此外也在神经退行性疾病和糖尿病并发症中起核心作用。
研究表明,铁死亡通路其实与许多病理学过程有关。举例来说,铁死亡调节酶Gpx4的缺失,会使肾小管上皮细胞出现高水平的铁死亡,最终导致急性肾功能衰竭。
之前人们已经鉴定了不少能阻断铁死亡的抑制子,Liproxstatin-1就是其中之一。现在研究人员对这些抑制子进行了系统性评估。在人类肾脏细胞、Gpx4缺失引起的急性肾功能衰竭、肝脏缺血再灌注损伤模型中,Liproxstatin-1都能有效抑制细胞的铁死亡。下一步研究人员将会深入解析,Liproxstatin-1对铁死亡通路的具体作用机制。
去年,匹兹堡大学的研究人员成功破解了细胞触发铁死亡的信号语言。他们分析了铁死亡过程中生成的数百个分子组合。发现只有四个分子是铁死亡的真正信号。这四个分子都是磷脂,是组成细胞膜的天然分子。研究表明,磷脂其实承担了许多功能,包括细胞通讯和信号交流。研究人员还发现, 辐射诱导的细胞损伤与铁死亡有关。
他们认为,强辐射带来的损伤发生在肠道壁,这种损伤触发一系列问题最终导致脓毒症,辐射在肠道壁细胞中触发了铁死亡。如果能阻止这一过程让机体进行修复,也许可以挽救那些脏弹袭击中的受害者。在癌症中,机体无法摧毁癌细胞导致肿瘤生长失控。研究人员希望通过理解铁死亡通路,通过这种途径杀死癌细胞。
此外,唐道林博士与广州医科大学孙筱放教授团队曾在Hepatology发文,首次证明了金属硫蛋白1G(MT-1G)抑制铁死亡,参与索拉非尼肿瘤耐药的形成。研究探讨自噬和铁死亡在肿瘤耐药和遗传性疾病发病的机制,为通过铁死亡治疗肿瘤和遗传性疾病奠定了理论基础。
之后他们又发现在纤维母细胞和癌细胞中,自噬通过降解铁蛋白而有助于铁死亡。Atg5(自噬相关5)和Atg7的基因敲除或沉默,可限制erastin诱导的铁死亡,伴随着较低的细胞内铁离子水平,以及脂质过氧化。值得注意的是,在铁死亡中,NCOA4(核受体辅激活因子4)是一种选择性的运载受体,可用于铁蛋白(即ferritinophagy)的选择性自噬。同样,NCOA4的遗传抑制,可抑制铁蛋白降解,并抑制铁死亡。相反,NCOA4的过度表达可增加铁蛋白的降解,并促进铁死亡。这些研究结果,对于自噬和调节性细胞死亡之间的相互作用,提供了新的见解。
(本文转载生物通)