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国自然热点 | 铁死亡机制及检测方法

更新时间:2023-12-25      点击次数:665

什么是铁死亡?

 

铁死亡(ferroptosis)是细胞在小分子物质诱导下发生的氧化性细胞死亡,具有铁离子依赖性。研究发现,铁死亡与神经退行性疾病、肿瘤、动脉硬化、糖尿病、急性肾损伤等多种疾病相关,致病机理复杂,并可通过激活或抑制铁死亡来干预疾病的发展,因此铁死亡成为近年来的研究热点。


图1 铁死亡发生机制[1]

 

铁死亡发生机制

 

铁死亡是亚铁离子和活性氧(reactive oxygen species,ROS)依赖的脂质过氧化物累积引起的。铁死亡的发生机制如图1,其上游通路是通过直接或间接影响谷胱甘肽过氧化物酶(glutathioneperoxidase,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,引起铁死亡的发生。此外,在亚铁离子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。铁死亡的本质是谷胱甘肽的耗竭,谷胱甘肽过氧化物酶(GPX4)活性下降,脂质氧化物不能通过GPX4催化的谷胱甘肽还原酶反应代谢,之后亚铁离子氧化脂质产生活性氧,从而促使铁死亡的发生。

 

铁死亡形态特点

 

目前,研究较多的细胞死亡方式包括铁死亡(ferroptosis)、细胞凋亡(apoptosis) 、细胞坏死(necrosis)和细胞自噬(autophagy),它们在形态上的区别如图2。


铁死亡:线粒体皱缩、膜密度增加、线粒体嵴减少或消失;
细胞凋亡:染色质凝集、核固缩、碎裂;形成凋亡小体、线粒体形态无明显变化;
细胞坏死:细胞器肿胀、质膜损坏、细胞裂解、细胞内容物溢出、组织损伤;
细胞自噬:双层膜自噬体(内含胞浆成分,如线粒体、内质网、核糖体等)或单层膜自噬溶酶体(胞浆成分已降解)形成。


图2 细胞铁死亡、凋亡、坏死和自噬的形态症状[2]

 

铁死亡的调节通路

 

研究表明,铁死亡可以被多种化合物诱导(表1),其发生受胱氨酸谷氨酸转运受体(System xc-)、p53、GPX4、电压依赖性阴离子通道(voltage-dependent anion channels,VDACs)等通路的调节。此外,诱导脂质过氧化反应也可导致铁死亡;血红素加氧酶1(heme oxygenase-1,HO-1)、转铁蛋白是细胞内铁的来源,它们也参与了铁死亡的调节过程[3]

 

表1 铁死亡诱导剂和抑制剂


铁死亡诱导剂

铁死亡抑制剂

化合物

机制

化合物

机制

Erastin

System xc-,VDAC2/3

Trolox

亲脂性抗氧化剂

RSL3

GPX4

Glutathione

氧化途径/细胞内铁

Sulfasalazine

System xc-

Ferrostatin-1

ROS、脂质过氧化

Sorafenib

System xc-

Liproxstatin-1

ROS、脂质过氧化

Artesunate

氧化途径

Deferoxamine Mesylate

铁螯合剂

Cisplatin

GSH

Deferasirox

铁螯合剂

FIN56

GPX4

Zileuton

脂氧合酶抑制剂

BAY 87-2243

ROS

PD-146176

脂氧合酶抑制剂




 

铁死亡的判断与检测

 

细胞发生铁死亡,其在生化特征上表现为铁积累、脂质过氧化、线粒体膜电位降低等。因此可以通过检测以下特异性元素:GPX4和GSH、ROS和脂质过氧化、铁离子水平、线粒体活性等多方向,尽可能全面地验证铁死亡[4]

 

1、GPX4和GSH检测方法:


1)比色测定法评估GPX4活性;

2)通过抗GPX4的抗体检测。

 

2、ROS与脂质过氧化检测方法:


1)特异性荧光探针(如DCHF-DA)进行半定量分析;

2)ELISA和TBAR检测脂质ROS下游副产物(如4-HNE蛋白质加合物和MDA);

3)抑制剂:利用特异性抗氧化性铁死亡抑制剂,如Ferrostatin-1协同分析。

 

铁离子水平:

1) 可通过使用例如菲洛嗪等化合物的比色反应来检测铁离子水平,该化合物与铁结合时能显色;

2) 影响铁离子浓度的螯合剂或基因操纵(如转铁蛋白受体、铁蛋白和线粒体铁蛋白)也会影响铁死亡。

 

线粒体检测:

1)观测线粒体发生铁死亡特征性形态改变,线粒体膜密度增加,嵴减少,膜电位降低;

2)GPX4功能降低后几个小时会有细胞碎裂的现象,可使用线粒体标记物如MitoScene Green I检测线粒体的形态。

 

铁死亡作为新型程序性细胞死亡方式,近年来在疾病研究中的重要作用逐渐被揭示。虽然目前对其特点、发生机制有了初步的了解,但依旧有许多问题亟待解答,比如进一步揭示铁死亡在各种疾病中的详细调控机制,开发新的铁死亡特异性标志物检测技术等。



参考文献


[1] 周文博,孔晨飞,秦高伟,等.铁死亡发生机制的研究进展[J].生物化学与生物物理进展, 2018, 45(1):7.

[2] Dixon SJ, Lemberg KM, Lamprecht MR, et al. Ferroptosis: an iron-dependent form of nonapoptotic cell death[J]. Cell, 2012, 149( 5): 1060-1072.

[3] Gao M, Monian P, Quadri N, et al. Glutaminolysis and transferrin regulate ferroptosis. Mol Cell, 2015, 59(2): 298-308.

[4] 孙悦,付松波,李亦兰.心肌细胞铁死亡及其检测方法[J].心血管病学进展, 2023, 44(2):167-171.

 

铁死亡诱导剂:


货号

品名

CAS号

规格

abs810466

Cisplatin

15663-27-1

50mg

abs810744

Erastin

571203-78-6

5mg

abs811256

BAY 87-2243

1227158-85-1

10mg

abs813393

Sulfasalazine

599-79-1

1g

abs814525

FIN56

1083162-61-1

5mg

abs816204

RSL3

1219810-16-8

5mg

abs816675

Artesunate

88495-63-0

10mg

abs817880

Sorafenib

284461-73-0

10mg




 

铁死亡抑制剂:


货号

品名

CAS号

规格

abs47006920

Glutathione

70-18-8

20mg

abs810754

Liproxstatin-1

950455-15-9

5mg

abs812898

Deferoxamine Mesylate

138-14-7

100mg

abs813072

Ferrostatin-1

347174-05-4

10mg

abs813448

Zileuton

111406-87-2

100mg

abs814552

PD-146176

4079-26-9

10mg

abs817234

Deferasirox

201530-41-8

2mg

abs817347

Trolox

53188-07-1

50mg




 

铁死亡研究相关抗体/蛋白:


货号

品名

规格

abs126100

Rabbit anti-4 Hydroxynonenal Polyclonal Antibody

100μL

abs136221

Rabbit anti-GPX4 Polyclonal Antibody

50μg

abs154673

Mouse anti-GSTO1 Monoclonal Antibody(JMMR-2558)

100μL

abs154718

Rabbit anti-GSTP1 Monoclonal Antibody(JRMR-10123-28)

100μL

abs156086

Rabbit anti-CD71/Transferrin Receptor Monoclonal Antibody

50μL

abs159872

Rabbit anti-Transferrin Receptor 1 Monoclonal Antibody(6H2)

100μL

abs44077956

重组人转铁蛋白

100mg

abs47014917

牛转铁蛋白

100mg




 

铁死亡研究检测试剂盒:


货号

品名

规格

abs580011

丙二醛(MDA)检测试剂盒

96T

abs580105

铁离子检测试剂盒

96T

abs580006

谷胱甘肽检测试剂盒

96T

abs580042

谷胱甘肽还原酶检测试剂盒

96T

abs580136

谷胱甘肽过氧化物酶检测试剂盒

96T




 

死亡研究荧光探针与染料:


货号

品名

CAS号

规格

abs42007826

菲啰嗪一钠盐(铁离子检测指示剂)

69898-45-9

1g

abs42197174

DCFH-DA(ROS探针)

4091-99-0

100mg

abs45153746

TMRM Perchlorate(线粒体染料)

115532-50-8

25mg

abs47047744

JC-10线粒体膜电位荧光探针

1mg

abs47048146

4-Di-1-ASP(线粒体染料)

68971-03-9

20mg

abs47048147

MitoScene Green I(线粒体绿色荧光染料)

 201860-17-5

50μg




 

温馨提示:absin所有产品仅用于科学研究,请勿药物、家用或其他用途。

 

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