国自然热点 | 铁死亡综述—机制、生物学及其在疾病中的作用

科研顾问

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]今天为大家带来一篇发表于Nat Rev Mol Cell Biol.期刊中，关于铁死亡综述的一篇文章。

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]铁死亡是一种由铁依赖的磷脂过氧化驱动的独特细胞死亡方式，受到多种细胞代谢事件的调节，包括氧化还原平衡、铁处理、线粒体活性以及氨基酸、脂质和糖的代谢。铁死亡在治疗耐药癌症、缺血性器官损伤和其他与脂质过氧化相关的退行性疾病方面具有巨大的潜力。

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]文章首先介绍了铁死亡的概念和历史背景，然后详细讨论了铁死亡的分子机制和调节网络，包括GPX4（谷胱甘肽过氧化物酶4）在抑制铁死亡中的关键作用，以及磷脂过氧化物（PLOOHs）作为铁死亡执行者的角色。此外，还探讨了铁死亡与肿瘤抑制和免疫监视的潜在生理功能，以及其在疾病中的作用和治疗潜力。   

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]文章还讨论了铁死亡研究中存在的问题和混淆，包括实验工具的不当使用和对铁死亡概念的误解。作者提供了实用的指导原则，以帮助研究人员避免这些问题，并提出了未来铁死亡研究的重要概念和紧迫问题。

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]在机制方面，文章强调了细胞代谢在铁死亡中的核心作用，包括脂质过氧化的启动、PLOOHs的合成以及GPX4的调节。此外，还讨论了铁在铁死亡中的作用，包括铁的摄取、储存和释放，以及铁调节蛋白（IRPs）在调节细胞铁稳态中的作用。

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]在调节方面，文章探讨了多种生物过程如何通过调节促进或抑制铁死亡的分子、氧化还原和铁稳态以及细胞代谢来影响铁死亡。例如，NRF2（核因子E2相关因子2）可以通过刺激其多个靶基因的表达来减轻铁死亡，而E-cadherin-NF2-Hippo-YAP信号通路则通过调节细胞密度和细胞间接触来影响铁死亡的敏感性。

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]在疾病和治疗机会方面，铁死亡与多种人类疾病有关，包括癌症、缺血性器官损伤、神经退行性疾病和自身免疫疾病。文章讨论了铁死亡在癌症治疗中的潜力，特别是对于耐药和去分化的癌症细胞。此外，还探讨了铁死亡抑制剂在治疗缺血性再灌注损伤（IRI）中的潜在应用。

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]最后，文章提出了未来铁死亡研究的方向，包括确定铁死亡的精确生物标志物、揭示自然触发铁死亡的分子以及探索铁死亡在正常生物学中的功能。作者强调了在铁死亡研究中需要解决的关键问题，包括细胞如何最终死亡的机制，以及如何区分铁死亡与其他形式的细胞死亡。
因为篇幅有限，本篇文章仅介绍一部分内容😊。

前言  

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]铁死亡领域在许多方面仍然是新生的，它只是在过去几年才从邻近的氨基酸和脂质代谢、铁稳态、氧化还原和硒生物学以及细胞死亡领域汇聚而来。铁死亡的发表研究数量呈指数级增长，这要求我们对最近的进展进行深入和批判性的审视，以便为不同研究群体明确这一主题的关键发现、问题和挑战。在这里，作者提供了对铁死亡机制和调节的深入分析，它在疾病和治疗中的潜在生理功能，以及领域内概念上重要的新兴问题和挑战。作者还提供了实用和实验性的建议，以指导铁死亡研究。

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]示意图展示了铁死亡是由磷脂过氧化执行的，这一过程依赖于代谢产物活性氧物种（ROS）、含有多不饱和脂肪酸链（PUFA-PL）的磷脂，以及过渡金属铁。细胞内和细胞间的信号事件以及环境压力可以通过调节细胞代谢和ROS水平来影响铁死亡。该图还展示了铁死亡在疾病中的作用及其潜在的生理功能。                  

铁死亡的机制

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]近年来，对铁死亡机制的理解取得了快速进展。最初发现胱氨酸进口-谷胱甘肽（GSH）-谷胱甘肽过氧化物酶4（GPX4）机制在抑制铁死亡中的作用后，磷脂过氧化物（PLOOHs）作为铁死亡执行者的角色现已得到确认。最近，还发现了独立于GPX4的铁死亡监控途径。此外，PLOOH合成的机制，特别是多不饱和脂肪酸（PUFAs）的合成和激活，作为PLOOHs的前体，在铁死亡的背景下也得到了广泛研究。重要的是，所有这些研究都集中在细胞代谢上，并揭示了铁死亡与代谢途径之间的密切关系。       

经典的GPX4调控的铁死亡途径

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]在寻找新型小分子抗癌疗法的过程中，Stockwell实验室自2001年起进行了高通量筛选，发现了一系列的化合物，它们能够诱导一种独特的非凋亡、非坏死性细胞死亡，这一发现在2003年被报道。反向筛选显示，多种铁螯合剂和脂溶性自由基捕获抗氧化剂（RTAs）能够抑制这种细胞死亡。这种对铁的需求启发了“铁死亡”这一术语的创造。机制研究确定了两个细胞组分，它们的抑制会诱导铁死亡：系统xc−胱氨酸/谷氨酸反向转运蛋白和GPX4，分别被化合物erastin和RSL3抑制。

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]GPX4是一种硒蛋白，最初由Ursini及其同事通过生化纯化发现，是哺乳动物细胞中催化PLOOHs还原的主要酶。GPX4通过其催化的硒半胱氨酸残基以及主要由GSH提供，也可能由其他低分子硫醇或甚至蛋白质硫醇提供的两个电子，将磷脂和胆固醇过氧化物还原为相应的醇。Conrad团队对第一个条件性Gpx4敲除小鼠模型的深入研究提供了早期证据，表明Gpx4的缺失会导至小鼠胚胎成纤维细胞的脂质过氧化依赖性非凋亡细胞死亡，以及海马和大脑皮层区域的神经退行性变。这些以及其他几个小鼠模型有助于进一步描绘铁死亡在体内的相关性。

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]由于GPX4是主要的PLOOH中和酶，erastin/RSL3诱导的铁死亡的一般机制已经明确：这两种化合物都会使GPX4失活——RSL3直接使GPX4失活，而erastin通过抑制胱氨酸的进口间接使GPX4失活，从而剥夺细胞的胱氨酸，胱氨酸是细胞必需的抗氧化剂和GSH的构建块。因此，PLOOHs积累，可能导至细胞膜的快速且无法修复的损伤，导至细胞死亡。从概念上讲，这些发现确立了铁死亡作为一种与其他已知死亡过程机制不同的细胞死亡方式。在此开发的药理学和遗传工具已经成为铁死亡研究的必备条件。                           

磷脂过氧化

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]无限制的脂质过氧化是铁死亡的标志。20世纪50年代的早期研究指出，微量元素硒以及维生素E和半胱氨酸可以抑制脂质过氧化。脂质过氧化的启动需要从磷脂双层中存在的多不饱和脂肪酸（PUFA-PLs）中提取一个双烯丙基氢原子，形成碳中心自由基，随后与分子氧反应生成过氧自由基。如果这些自由基不被转化为脂质过氧化物并还原为相应的醇，自由基介导的反应就会引发一系列次级产物的形成，破坏膜的完整性，最终导至细胞器和细胞膜的破裂。因此，含有高PUFA-PL含量的膜，如神经元中的膜，特别容易受到过氧化的侵害。与此一致，全基因组单倍体和基于CRISPR/Cas9的筛选揭示了两种膜重塑酶，长链酰辅酶A合成酶家族成员4（ACSL4）和溶血卵磷脂酰胆碱酰基转移酶3（LPCAT3），作为铁死亡的重要驱动因子。ACSL4在铁死亡过程中的作用基于其将长链PUFAs（包括花生四烯酸（20:4）和肾上腺酸（22:4））与辅酶A连接的能力，然后它们可以被各种LPCAT酶重新酯化到磷脂中。ACSL4的基因缺失导至磷脂中长链PUFA尾向短链和单不饱和脂肪酸尾（MUFAs）的显著转变，这与用药理抑制ACSL4处理的野生型细胞中观察到的情况相似。这种ACSL4缺失细胞磷脂组的显著变化使得Gpx4敲除细胞能够增殖数月，这是之前没有观察到的Gpx4的遗传挽救。同样，外源性补充MUFAs、硬脂酰CoA去饱和酶（SCD1）介导的细胞MUFA产生，以及ACSL3依赖的膜中MUFAs的富集，被报道可以降低细胞对铁死亡的敏感性。值得注意的是，ACSL4在一组三阴性乳腺癌细胞系中的表达与其对铁死亡诱导剂的敏感性相关，这种相关性似乎与耐药的间充质癌细胞和透明细胞肾癌共享。因此，ACSL4表达的抑制可能是使细胞对铁死亡脱敏的主要机制，由多种信号通路调节。相反，ACSL4的表达/活性增加可能在各种病理生理环境中促进铁死亡。   

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]尽管毫无疑问，磷脂双层的不饱和程度是决定细胞对铁死亡敏感性的关键，但关于脂质过氧化是如何启动的仍有许多不确定性和争议。一个邻接共轭二烯的双烯丙基碳具有已知最弱的C-H键之一，这些结构数量的增加会加速脂质的自氧化速率，这在富含PUFA的食物在环境氧压力下变质时显而易见。可以想象，脂质过氧化的非酶促启动可以由脂质中的烷氧基自由基或羟基自由基引发，通过使用铁作为催化剂的芬顿型自由基化学（图3）（稍后详细讨论）。

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]某些脂氧合酶（LOXs），它们是非血红素铁依赖的双加氧酶，可以直接氧化生物膜中的PUFAs，这提出了LOXs可能介导铁死亡的可能性。这一可能性得到了一些药理抑制LOXs可以抑制铁死亡的观察结果的支持，以及12/15-LOX敲除或LOX抑制剂白藜芦醇能够保护小鼠免受缺血性脑损伤和水肿形成的影响。然而，在Gpx4敲除背景下遗传去除12/15-LOX反复未能防止小鼠成纤维细胞中的铁死亡、急性肾损伤及其相关的致死性，也没有恢复T细胞特异性Gpx4−/−小鼠中的CD8+ T细胞。这些数据表明，替代机制可能补偿了Alox15的缺失和/或常用的“LOX特异性”抑制剂发挥非特异性RTA活性。事实上，最近的一项研究证实，大多数常用的LOX抑制剂具有RTA活性，从而挑战了LOXs在铁死亡中的重要作用。此外，所有人类LOX异构酶的联合下调未能防止RSL3诱导的铁死亡，尽管它提供了对erastin诱导的铁死亡的实质性挽救，这可能是因为erastin处理激活了脂氧合酶。

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]个别LOXs是否能在某些特定情况下在铁死亡中发挥更突出的作用？Alox15或Alox12的敲除在特定的小鼠神经退行性或癌症抑制模型中显示出保护作用。然而，应该强调的是，这些酶通过生成促炎和抗炎分子直接调节（神经）炎症过程和肿瘤微环境，在免疫系统中发挥重要的生理作用，因此不一定直接与铁死亡相关。与这一概念同样相关的是，先前的研究发现GPX4通过所谓的细胞过氧化物调控制脂氧合酶和环氧合酶的活性，因为这两种类型的二十碳烯酸代谢酶都需要通过脂质过氧化物氧化它们的铁来捕获并整合分子氧进入PUFAs。值得注意的是，已经有报道称，ALOX12对过氧化物触发的p53依赖性铁死亡至关重要，这种铁死亡形式相当独特，因为它似乎独立于ACSL4；PE结合蛋白-1（PEBP1）已被报道与某些LOXs形成复合物，改变它们对PUFA-PLs的底物特异性。   

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]除了LOXs在铁死亡中的争议性作用外，最近的发现表明，广泛表达的细胞色素P450氧化还原酶（POR）在启动脂质过氧化中发挥作用。在接受POR通过使用NADPH作为电子供体的电子后，下游电子受体，如细胞色素P450和CYB5A，被还原，这可能随后直接或间接通过从PUFAs中提取亚甲基氢或通过还原三价铁来触发脂质过氧化。

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]尽管细菌膜中普遍缺乏PUFAs，但铜绿假单胞菌表达一种分泌型脂氧合酶（PA-LOX）。这种酶被证明能够诱导人类红细胞膜脂质的氧化，并能够在人类支气管上皮细胞中诱导铁死亡。相应地，患有囊性纤维化的患者呈现出磷脂酰乙醇胺中氧化花生四烯酸水平的增加，这被报告为在铁死亡中死亡的细胞和组织中检测到的主要磷脂种类之一。这种跨生物体诱导铁死亡的机制引人入胜，值得进一步研究，以确定其他较低生物体是否利用了这种机制。

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)](A) 经典的铁死亡调控轴包括通过胱氨酸-谷氨酸反向转运蛋白（指定为系统xc−）摄取胱氨酸，依赖谷胱甘肽（GSH）和/或硫氧还蛋白还原酶1（TXNRD1）将胱氨酸还原为半胱氨酸，GSH生物合成，以及谷胱甘肽过氧化物酶4（GPX4）介导的磷脂过氧化物（PL-OOH）还原为相应的醇（P-LOH）。通过谷胱甘肽二硫化物还原酶（GSR）使用NADPH/H+提供的电子实现氧化型谷胱甘肽（GSSG）的循环利用。(B) 在两个独立的遗传筛选中，最近发现了FSP1/辅酶Q10（CoQ10）系统，它能完全保护细胞免受药理抑制或遗传删除GPX4引起的铁死亡。与GPX4/GSH不同，FSP1通过在脂质自由基水平上还原辅酶Q醇/α-生育酚来防止脂质过氧化和相关的铁死亡。(C) 替代的铁死亡抑制机制包括鲨烯和二/四氢生物蝶呤（BH2/BH4）介导的脂质过氧化抑制，尽管这种化学机制如何实现仍有待展示（缩写：ACSL4，长链酰辅酶A合成酶家族成员4；FDFT1，法尼基二磷酸法尼基转移酶1；GCH1，GTP环水解酶1，LOX，脂氧合酶；LPCAT3，溶血卵磷脂酰胆碱酰基转移酶3，POR，细胞色素P450氧化还原酶，PUFA，多不饱和脂肪酸）。   

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]磷脂过氧化是铁死亡的标志，它通过非酶促和酶促方式（用虚线框标记）发生。对于后者，脂氧合酶（LOXs）和/或细胞色素P450氧化还原酶（POR）被暗示在通过脂质的双氧基化启动磷脂过氧化过程中发挥作用，尽管缺乏脂氧合酶参与铁死亡过程的明确遗传证据。磷脂过氧化可以分为三个阶段，即启动、传播和终止，如不同颜色的箭头所示。抑制磷脂过氧化的系统——涉及酶和小分子——作用于磷脂过氧化级联的不同水平（缩写：ETC，电子传递链；FSP1，铁死亡抑制蛋白1；Fe2+，二价铁；Fe3+，三价铁；GPX4，谷胱甘肽过氧化物酶；LOX，脂氧合酶；POR，细胞色素P450氧化还原酶；L•，脂质自由基；L-H，脂质；L-O•，烷氧基自由基；L-OO•，过氧自由基；L-OH，脂质醇；L=O，脂质羰基，NOX，NADPH氧化酶；OH−，氢氧根离子；O2·−，超氧阴离子；RTA，自由基捕获抗氧化剂）。

铁死亡

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]显然，多种代谢反应可以导至细胞产生PLOOHs，越来越多的证据表明代谢在铁死亡中扮演着核心角色。江及其同事的研究，旨在确定代谢如何影响细胞命运的决定，揭示了铁死亡与代谢之间复杂的关系。他们首先追踪了自噬这一难以捉摸的促进细胞死亡的功能。作为一种关键的生存机制，自噬在应对各种压力时是否也能促进细胞死亡（即“自噬性细胞死亡”）已经争论了几十年。出乎意料的是，他们发现，在氨基酸饥饿（一种触发强烈自噬的条件）的情况下，自噬促进了一种快速的非凋亡、非坏死性的细胞死亡形式，但这只在全血清存在的情况下发生。随后，他们发现血清中的铁载体转铁蛋白和氨基酸谷氨酰胺是这种细胞死亡形式所必需的，而从细胞培养基中剥夺氨基酸半胱氨酸足以触发死亡。因此，这种细胞死亡是由半胱氨酸饥饿（模仿erastin）引起的铁死亡，依赖于铁-转铁蛋白。自噬在半胱氨酸剥夺引起的铁死亡中的作用是通过自噬降解铁储存蛋白铁蛋白（也称为铁蛋白吞噬作用），这导至细胞可变铁含量的增加，从而使细胞对铁死亡敏感。谷氨酰胺代谢或谷氨酰胺分解对半胱氨酸剥夺引起的铁死亡的需求直接将铁死亡与细胞代谢联系起来。谷氨酰胺分解在生成α-酮戊二酸以供线粒体TCA循环使用方面的补充功能表明线粒体的正常代谢功能参与了铁死亡，这一点随后通过多种药理学、细胞学和遗传学分析得到了验证。值得注意的是，线粒体早期已被证明是氧化死亡的积极参与者。   

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]线粒体在铁死亡中的参与强调了其代谢特性，并基于这些发现，人们还可以提出许多假设和问题。例如，葡萄糖作为线粒体TCA循环的主要燃料，是否会调节铁死亡？实际上，最近的研究已经表明葡萄糖饥饿可以抑制铁死亡。然而，从机制上看，这似乎主要是由于AMPK信号通路，而不是TCA循环的参与。此外，如果谷氨酰胺的铁死亡功能仅仅是通过其在TCA循环中的补充作用，那么即使在细胞培养中存在丰富的葡萄糖，谷氨酰胺如何对半胱氨酸剥夺引起的铁死亡至关重要？因此，有必要对谷氨酰胺分解在铁死亡中TCA循环依赖和独立的作用进行详细研究。此外，对于铁死亡来说，线粒体代谢是否通过生成PLOOH合成的特定脂质前体（TCA循环的中间体可以参与脂质生成），或通过产生活性氧（ROS；氧化代谢反应的自然副产品）来促进铁死亡？观察到线粒体活性和谷氨酰胺分解对半胱氨酸剥夺引起的铁死亡至关重要，但对GPX4抑制引起的铁死亡则不是必需的，这为后一种机制提供了更多支持。   

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]除了线粒体，植物细胞还拥有另一个专门从事代谢的独特细胞器——叶绿体，用于进行光合作用，这包括一系列氧化还原合成反应。由于在植物中观察到了铁死亡，一个有趣的推测是叶绿体也可能在植物铁死亡的调节中发挥重要作用。

铁在铁死亡中的作用

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]细胞代谢，特别是磷脂过氧化，在铁死亡中的基本功能，为这种死亡方式依赖铁提供了洞见。首先，参与磷脂过氧化的代谢酶LOXs和POR需要铁作为催化的必需元素；铁也是许多参与细胞ROS生成的代谢酶所必需的。其次，非酶促的、铁依赖的芬顿链反应可能对铁死亡至关重要：当GPX4被抑制时，PLOOHs可以持续更长时间，启动芬顿反应迅速放大PLOOHs，这是铁死亡的标志。PLOOHs可以与二价铁和三价铁离子反应，分别生成自由基PLO•和PLOO•，这些自由基与PUFA-PLs反应，进一步促进PLOOHs的产生。

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]鉴于铁在细胞生存和死亡中的核心作用，细胞铁稳态受到精细调控并不令人意外。这种调控主要由铁调节蛋白IRP1和IRP2通过转录后网络来实现，以调节细胞内铁的储存/释放和进出口。可以想象，许多细胞过程通过改变细胞内可变铁含量来改变细胞对铁死亡的敏感性。转铁蛋白及其受体共同作用，通过将铁导入细胞来促进铁死亡。相反，增强细胞铁出口的机制已被证明可以使细胞对铁死亡更具抵抗力。如前所述，铁蛋白及其自噬降解也可以调节铁死亡。此外，通过血红素氧化酶-1（HO-1）介导的血红素降解释放铁也与铁死亡有关；然而，一系列相互矛盾的数据表明HO-1可能促进或抑制铁死亡。

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]最近的体内小鼠模型研究进一步说明了铁调控在铁死亡中的作用。例如，铁蛋白重链的遗传缺失促进了心肌病的发展，可能是通过增强铁死亡。有趣的是，小鼠中转铁蛋白基因的肝细胞特异性敲除导至了意想不到的表型：给敲除小鼠喂食高脂饮食增加了肝细胞中铁的负荷，肝细胞通常负责体内转铁蛋白的合成，这使得小鼠更容易受到肝纤维化的影响，而脂溶性RTAs可以缓解这种情况。这项研究表明，在缺乏转铁蛋白的情况下，肝细胞中的SLC39A14被补偿性上调，导至铁的过量进口。   

GPX4独立的监控途径

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]尽管胱氨酸-GSH-GPX4轴被认为是哺乳动物中铁死亡调控的主要系统，但最近的全基因组筛选揭示了独立于GPX4的机制。Conrad团队和Olzmann团队通过遗传抑制子筛选或合成致死CRISPR-Cas9筛选，独立地鉴定出铁死亡抑制蛋白1（FSP1）作为铁死亡的第二大支柱，其作用与硫醇依赖轴不同。FSP1以前被称为AIFM2，因为它与AIFM1（诱导凋亡的线粒体相关因子1）具有同源性。AIFM1最初被认为是促凋亡的（像AIFM2一样），但现在被认为是介导线粒体内膜蛋白的转运和正确折叠。同样，FSP1缺乏显著的促凋亡功能，而是保护细胞免受GPX4抑制或遗传缺失引起的铁死亡。

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]FSP1是肉豆蔻酰化的，并与包括质膜、高尔基体和核周结构在内的多种细胞膜结构相关联。肉豆蔻酰化位点的突变会消除其细胞保护功能。在机制上，由于其NADH:辅酶Q氧化还原酶活性，FSP1通过还原辅酶Q10（CoQ10）/半氢化辅酶Q10产生辅酶Q醇，这可能直接减少脂质自由基以终止脂质自氧化，或通过再生氧化的α-生育酚自由基（维生素E）间接进行，这是脂质中最强大的天然链断裂抗氧化剂。这些研究因此也解决了一个长期存在的谜团，即为什么一些细胞和组织中有如此多的线粒体外辅酶Q10，与其在线粒体电子传递链中的经典角色形成对比。

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]通过基于CRISPR/Cas9的激活筛选，最近报道GTP环水解酶1（GCH1）通过其代谢产物四氢生物蝶呤（BH4）和二氢生物蝶呤（BH2）保护细胞免受铁死亡。BH4被证明可以防止含有两个多不饱和脂肪酸尾的磷脂的耗竭，可能涉及双重机制，即作为直接的RTA和参与CoQ10合成。虽然GCH1在保护组织和器官免受铁死亡中的作用仍有待阐明，但敲除研究显示，小鼠中Gch1的缺失导至心动过缓和妊娠中期胚胎死亡。除了这些直接作用于脂质双层过氧化物或通过天然存在的RTAs作用于磷脂自由基的系统外，可能还存在其他细胞内在机制，以防止有害的脂质过氧化。在这种情况下，胆固醇途径的代谢物鲨烯的积累被报道在胆固醇营养依赖性ALK（间变性淋巴瘤激酶）阳性的间变性大细胞淋巴瘤细胞系和原发肿瘤中具有抗铁死亡活性，尽管这是否是癌症亚型特异性效应还是一种普遍的保护机制仍有待证明。   

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]该图描述了通过多个代谢事件（如脂质合成、自噬和线粒体三羧酸循环）和信号传导途径（如E-钙粘附素-NF2-Hippo-YAP途径、葡萄糖调节AMPK信号传导以及p53和BAP1肿瘤抑制功能）调节ferroptosis。详细信息请参阅文本。缩写：TfR，转铁蛋白受体；PL-OOH，磷脂过氧化物；PUFA-PL，含有多不饱和脂肪酸链的磷脂；ROS，活性氧物质；TCA，线粒体三羧酸循环；Gln，谷氨酰胺；Glu，谷氨酸；αKG，α-酮戊二酸。

铁死亡的调节

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]可以想象，调节促进铁死亡或监控分子、氧化还原和铁稳态以及细胞代谢的生物过程可能会影响铁死亡。正如预期的那样，应对氧化应激的转录因子NRF2可以通过刺激其多个典型靶基因的表达来减轻铁死亡。此外，越来越多的证据表明，在特定的生物学背景下，多种信号通路可以决定细胞对铁死亡的敏感性。   

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]

GPX4和FSP1的调节

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]尽管GPX4和FSP1对铁死亡至关重要，但目前对于它们在生理和病理条件下如何在转录、翻译以及同样重要的翻译后/活性水平上被调节知之甚少。然而，似乎GPX4和FSP1至少在某种程度上与甲羟戊酸途径相交：异戊二烯基化稳定了硒半胱氨酸特异性tRNA（Trsp），这是合成包括GPX4在内的硒酶所必需的，而作为甲羟戊酸途径的最终代谢产物之一，辅酶Q10（CoQ10）是FSP1的主要底物。

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]作为人类25种专门的硒蛋白之一，GPX4的表达受到严格调控。例如，硒补充已被证明可以通过SP1和TFAP2c依赖的方式在神经元中提高其表达。然而，需要注意的是，GPX4可以被视为一种在大多数组织和器官中持续表达的管家蛋白，不像那些真正的硒响应蛋白，如硒蛋白P（SELENOP）、GPX1和GPX3。其他已被报道调节GPX4表达的转录因子包括肠细胞中的CEBP1和C/EBPs，以及某些癌细胞中的NF-Y。在转录后水平，鸟嘌呤富集序列结合因子1（GRSF1）被报道与线粒体形式的Gpx4 mRNA的5'UTR结合，导至线粒体GPX4的翻译增加，这在精子发育过程中起着重要作用。然而，这些调节事件与铁死亡的相关性尚未明确。

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]越来越多的证据表明，GPX4在活性和稳定性水平上受到调节。例如，由于持续的氧化应激和伴随的GSH缺乏，活性位点硒半胱氨酸的GSH依赖性还原受损，可能导至GPX4通过形成β-断裂过程中的氧化还原死亡脱氢丙氨酸而发生不可逆失活。此外，硒酸与邻近氨基酸之间形成的硒酰胺可能保护酶免受不可逆失活。然而，需要进一步探索这些机制是否在病理条件下发挥作用，如缺血/再灌注损伤（IRI），尽管已有报道称肠道IRI与GPX4水平显著降低相关。此外，包括RSL3在内的几种已确立的铁死亡诱导剂最终导至GPX4耗竭，无论是通过共价抑制活性位点硒半胱氨酸、损害甲羟戊酸代谢或一般的铁依赖性氧化应激。

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]作为另一个突出的铁死亡抑制剂，FSP1最初被描述为p53响应基因，因此最初被称为p53响应基因3（PRG3）。FSP1是转录因子NRF2、CEBP和PPARα的靶标。有趣的是，在T细胞淋巴母细胞瘤细胞中，FSP1的表达据报道受到长非编码RNA（lncRNAs）母系表达3（MEG3）基因的上调和miR-214的抑制，这两种调控RNA参与肿瘤发展。除了转录调控之外，关于FSP1的氧化还原酶活性如何被调节以及其不同的亚细胞定位如何影响其在不同生理和病理生理过程中的作用几乎一无所知。但FSP1对还原和氧化底物（包括NADH、NADPH、CoQ10和α-生育酚）的多样性反应表明其复杂的调节。   

E-钙粘蛋白-NF2-Hippo-YAP信号通路与铁死亡

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]Hippo-YAP信号通路参与了多种生物学功能，包括细胞增殖和器官大小控制。对这一通路在铁死亡中作用的研究始于一个有趣的观察：高密度培养的细胞通常对由半胱氨酸剥夺和GPX4抑制引起的铁死亡更具抵抗力。这一观察让人想起早期的观察，其中一个直接相关的是，如果细胞在极高密度或球形状态下培养，它们可以在Gpx4基因敲除后存活。在机制上，上皮细胞中铁死亡的细胞密度效应是通过E-钙粘蛋白介导的细胞-细胞接触介导的，这种细胞间相互作用通过NF2/merlin肿瘤抑制因子激活细胞内Hippo信号通路，从而抑制致癌蛋白YAP的转录共调节活性；YAP的多个靶基因，包括ACSL4、TfR1，以及其他可能的基因，是铁死亡的调节因子。与这一发现一致的是，YAP的近亲同源物TAZ也在肾癌细胞中表现出以细胞密度调节的方式增强铁死亡。此外，对YAP和TAZ的靶基因谱的进一步分析表明，YAP和TAZ在转录水平上调节与铁死亡相关的多种过程，包括铁稳态、氧化应激反应和细胞代谢。

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]E-钙粘蛋白-NF2-Hippo-YAP通路在决定铁死亡敏感性方面的作用具有重要意义。首先，由于这一通路的多个组分在癌症中经常发生突变，诱导铁死亡可能被作为一种潜在的治疗策略，用于治疗这些特定类型的癌症，这一点稍后将进一步讨论。其次，由于在不表达E钙粘蛋白的非上皮细胞中也观察到了细胞密度依赖的铁死亡，其他钙粘蛋白或细胞粘附分子是否也会介导类似的铁死亡抑制机制？第三，Hippo-YAP通路在发育中很重要，并与其他多种信号通路相互作用，因此人们可能会通过其与Hippo-YAP通路的联系来研究铁死亡在正常生物学中的潜在功能。推测性地，钙粘蛋白是否在多细胞生物中演化出一种方式，不仅在物理上连接细胞，通过将信号转导到细胞内机制来介导细胞间通信，而且还作为保护细胞免受氧化应激挑战及其最严重后果——铁死亡的古老机制？所有这些事件对于多细胞生物的存在至关重要。确实，钙粘蛋白蛋白的表达可以追溯到一些古老的多细胞动物物种。