铁死亡已成为国自然关注的热点，下面我们将从背景介绍、研究手段、方法、结果分析等角度深入解析这一主题。
1
【背景介绍】铁死亡是什么？
铁死亡（ferroptosis）是一种非常独特的细胞死亡方式，与凋亡、坏死或自噬等其他细胞死亡形式有明显区别。它首次被描述是在2012年，主要由美国医学博士Brent Stockwell等人提出。铁死亡是通过铁依赖性的过程引发的，主要特点是细胞内脂质过氧化反应的累积。
概念
铁死亡指的是一种由细胞内铁离子过量积累和脂质过氧化反应失控共同触发的细胞死亡形式。这种死亡方式对于铁离子和脂质过氧化物非常敏感。
原理与机制
铁的角色：
铁离子（Fe2+）在铁死亡中起着核心作用。在细胞内部，铁离子可以催化产生自由基，特别是通过Fenton反应产生的羟基自由基（·OH），这些高活性的自由基可以引发脂质过氧化。
脂质过氧化：
在铁死亡中，脂质过氧化是关键事件。特别是多不饱和脂肪酸（PUFAs）在受到铁离子的催化下，极易形成脂质过氧化物。脂质过氧化的产物，如4-羟基烷烯（4-HNE）和丙二醛（MDA），能够进一步损伤细胞膜，引发细胞结构和功能的崩溃。
抗氧化防御机制的失效：
正常情况下，细胞通过各种抗氧化剂和酶系统，如谷胱甘肽（GSH）和谷胱甘肽过氧化酶4（GPX4），来控制脂质过氧化的水平。在铁死亡中，这些防御机制的失效导致脂质过氧化无法被适当控制，最终触发细胞死亡。
遗传因素：
一些遗传因素，如GPX4基因的突变或功能丧失，也会增加铁死亡的敏感性。
研究意义与应用
铁死亡在许多疾病中的作用逐渐受到重视，例如在某些癌症、神经退行性疾病、心血管疾病中，铁死亡的调控可能成为一种新的治疗策略。通过抑制或诱导铁死亡，可以开发出新的药物治疗方法，从而在控制疾病发展、延缓病情方面发挥重要作用。
总体来说，铁死亡是细胞死亡研究领域中的一个相对较新的概念，对疾病治疗和生物医学研究具有重要的理论和实际意义。
2
【研究手段与方法】铁死亡如何研究？
铁死亡的研究涉及多种技术手段和检测指标，以解析其复杂的生化途径和调控机制。以下是一些关键的研究方法和技术：
1. 生物化学方法
（1） 铁含量检测：通过使用原子吸收光谱法、彩色显微镜法（如Prussian blue staining）或铁离子探针（如FerroOrange）检测细胞和组织中的铁含量。
（2） 脂质过氧化测定：使用化学探针（如C11-BODIPY）和其他分析技术（如马拉酮测试和TBA反应物测定）来定量脂质过氧化物的水平。
（3） 抗氧化防御系统的评估：通过测定谷胱甘肽（GSH）水平、谷胱甘肽过氧化酶（GPX）活性和其他相关抗氧化酶的活性来评估细胞的抗氧化防御状态。
2. 分子生物学技术
（1）基因敲除与敲低：利用CRISPR/Cas9、shRNA或siRNA技术敲除或敲低与铁死亡相关的关键基因（如GPX4、ACSL4）来研究它们的功能和作用机制。
（2）过表达研究：通过转染相关基因的过表达载体，研究特定蛋白的功能以及它们在铁死亡中的作用。
（3）转录组分析：通过RNA测序等方法，分析铁死亡条件下的基因表达变化，寻找新的相关基因和调控通路。
3. 细胞生物学方法
（1）活细胞成像：使用基于荧光的活细胞成像技术来观察与铁死亡相关的细胞内变化，如ROS生成、膜脂过氧化和细胞形态变化。
（2）流式细胞术：通过流式细胞术分析细胞死亡的类型和比例，可以使用特定的染料，如安尼星染料（Annexin V）和丙啶碘（PI）来区分不同的细胞死亡方式。
4. 药理学方法
（1）铁死亡诱导剂和抑制剂的使用：使用诸如硫代硫酸钠（Erastin）、RSL3（GPX4抑制剂）等已知的铁死亡诱导剂，以及铁螯合剂如去铁胺来抑制铁死亡，研究其对细胞生存的影响。
（2）药物筛选：通过高通量筛选方法来识别新的铁死亡调控剂，这些化合物可以是潜在的疗法候选物。
5. 动物模型
疾病模型：在疾病相关的动物模型中，如癌症模型或神经退行性疾病模型，通过诱导或抑制铁死亡来研究其对疾病进程的影响。
3
【结果分析】铁死亡实验结果怎么看？
下面我们来举2个例子带大家一键看懂铁死亡实验结果。
1. 共聚焦显微镜显示CDKN2A 缺失使 GBM 细胞脂质过氧化水平增加。
（PMID：37236196，《Cancer Cell》，中科院一区，IF：48.8）
图片分析
显微镜图像部分
染色说明：
C11 BODIPY (non-oxidized)：未氧化状态的C11 BODIPY染料显示为红色，表示正常脂质。
C11 BODIPY (oxidized)：氧化状态的C11 BODIPY染料显示为绿色，表示脂质过氧化产物。
DAPI：用来染色细胞核的DAPI呈蓝色。
图像对比
CDKN2A WT（上排）与CDKN2A null（下排）细胞的比较显示，缺失 CDKN2A 的细胞中橙色（氧化的C11 BODIPY）更为明显，表明这些细胞经历了更高水平的脂质过氧化。
数据图部分
柱状图：
图中的柱状图显示了不同细胞株（GS104, GS116, GS142, 等等）的脂质过氧化水平，通过计算氧化与非氧化C11 BODIPY的比值（C11Ox/C11 Non-Ox）来表示。
每个柱子代表一个细胞样本，蓝色代表CDKN2A WT，红色代表CDKN2A null。
星号（****）表示统计学上的显著性差异，这里指的是在 CDKN2A null 细胞中，脂质过氧化显著增加。
结论
从这张图可以分析出CDKN2A基因的缺失可能与细胞脂质过氧化的增加有关，这是铁死亡路径中一个重要的观察点。铁死亡是通过脂质过氧化的累积触发的，而这种过氧化状态的增加表明CDKN2A缺失的细胞可能更倾向于经历铁死亡。
2. Sytox Green染色显示1-十六醇作为铁死亡诱导剂。
（PMID：33731874，《Cell Death And Differentiation》，中科院一区，IF：13.7）
图片分析
Ctrl组：展示了正常未经处理的细胞，细胞形态规则，无明显的死亡或损伤迹象。
RSL3组：细胞显示明显的形态改变，有大量细胞表现出细胞膜损伤或死亡的迹象，这些细胞可能被Sytox Green染色（亮绿色标记），指示细胞死亡。这是由于RSL3诱导铁死亡，导致脂质过氧化和细胞损伤。
RSL3 + Fer-1组：在这组中，细胞形态与对照组相似，显示出较少的死亡细胞。Fer-1作为铁螯合剂，有效抑制了RSL3诱导的铁死亡，表明铁死亡可以通过药物干预被逆转。
Sytox Green染色
作用机制：Sytox Green是一种高亲和力的核酸染料，只有在细胞膜完整性受损时才能穿透细胞膜并与DNA结合，从而发出荧光。因此，Sytox Green的荧光强度可以作为评估细胞膜完整性和细胞死亡的一个直接指标。
结论
通过对比不同处理组，可以观察到铁死亡的特征和药物干预的效果。RSL3显著增加了细胞死亡，而Fer-1有效抑制了这一过程，显示了铁死亡在药物作用下的可逆性。
4
【国自然中标统计】铁死亡热度如何？
2023年医学科学部“铁死亡”中标项目419个，已成为一大热点
部分中标项目
总而言之，铁死亡的研究不仅揭示了其在多种疾病中的关键作用，而且为开发新的治疗策略提供了可能。随着国自然资助的研究项目增多，未来将有更多关于铁死亡机制的深入了解，以及对其调控的更精细化控制。通过创新的研究手段和方法，我们有望揭开铁死亡在细胞命运决定中的更多秘密，并可能开发出针对性的药物，用于治疗铁死亡相关的疾病，如癌症和神经退行性疾病。因此，铁死亡研究的未来充满希望，预计将在生物医学领域产生重要影响。
仅用于文献解读和分享，不作为商业使用。版权归文章原作者所有，若有侵权请联系删除
2024年度国自然医学部50大科研热点的中标数统计如下：
往期精彩文章
