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铁死亡与其他细胞死亡类型的区别

 Elabscience 2022-03-21

铁死亡

定义

铁死亡(Ferroptosis)是于2012年被命名的一种新的细胞死亡类型,其主要特征为脂质活性氧增多及细胞内亚铁离子累积。铁死亡的机制研究是近几年来的研究热点,已有研究表明,铁死亡的发生可以被脂质、铁、氨基酸等几种代谢途径调控[1]。

图1. 铁死亡相关的代谢途径[2]

特征

① 形态方面

● 细胞发生铁死亡的主要特征,体现在线粒体的形态变化上。过量铁负载引发的质膜过氧化,会改变质膜的流动性和完整性,使线粒体外膜破裂,体积缩小,嵴减少或消失,最终导致线粒体功能缺失。

② 代谢方面

● 在铁死亡的发生过程中,除了细胞内铁和亚铁离子的积累、活性氧物质(ROS)的增加,通常还伴随着谷胱甘肽代谢水平的降低及其他变化。

检测方式

① 形态学检测

● 主要通过电镜,检测线粒体的形态变化及细胞膜的完整性;

相关基因的检测

● 如GSH稳态调节基因、CHAC1、NFE2L2等基因的变化;

相关蛋白的检测

●如CHAC1蛋白、GPX4蛋白的变化等;

相关代谢的检测

●细胞内铁/亚铁离子、ROS、脂质过氧化产物的变化。

除铁死亡外,已知的细胞死亡常见类型还有凋亡、坏死、自噬等,它们的特征及诱发机制存在明显的区别。研究中可以利用这些特征,来区分细胞的死亡类型。

其他细胞死亡类型&调控机制

细胞凋亡(Apoptosis)

细胞凋亡是一种受到基因激活与精确调控的、细胞程序性死亡的过程。

细胞凋亡的过程大致可以分为四个阶段:

凋亡信号的接收与转导;

凋亡基因的激活与相关酶类等物质的合成;

由核酸内切酶和胱天蛋白酶(caspase)主要执行的凋亡过程;

凋亡小体的清除。

Caspase是细胞凋亡过程的中心环节,其活化主要通过死亡受体途径(也称外部途径)和线粒体途径(也称内部途径)来实现。

  图2. 细胞凋亡相关调控途径[3]


细胞坏死(Necrosis)

细胞坏死被认为是一种不受调节的非程序性细胞死亡过程,通常由各种病理因素,如缺氧、物理或化学应激、病原体刺激、免疫反应等造成,是一种被动的细胞死亡方式。其过程涉及TNF受体超族成员6(Fas)和肿瘤坏死因子受体(TNFR)的激活,细胞应激诱导的激酶受体相互作用蛋白1(RIP1)和RIP3相互作用及激活。

  图3. 细胞坏死相关的调控途径[4]

细胞自噬(Autophagy)

细胞自噬是真核生物中保守地对细胞内物质进行周转的重要过程。在这一过程中,一些被损坏的蛋白等大分子,或整个细胞器,被双层膜结构的自噬小泡包裹后,运送至溶酶体(动物)或液泡(酵母和植物)中降解,产生小分子物质。这些物质将成为细胞自我更新所需的营养元素和材料。自噬的发生有四个阶段:诱导、成核、延伸和融合。调控主要涉及自噬相关基因(ATG)家族和微管结合蛋白1轻链3(LC3)蛋白的转化。








图4. 细胞自噬相关信号通路[5]


总结

研究证明,铁死亡与肿瘤、神经系统疾病等多种疾病的病理生理过程密切相关,所以铁死亡研究是近年来疾病研究的热点和焦点。

铁死亡调控也涉及其他细胞死亡类型。铁死亡研究中一个重要的目标,是确定铁依赖性ROS的代谢途径,与其他的细胞死亡类型区分开来

了解每一种细胞死亡类型的特点及特征指标,在研究中通过相关指标的检测去判断,对铁死亡调控机制,及铁死亡与其他细胞死亡类型关系的探究,具有异常关键的意义。

几种常见的细胞死亡类型对比

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参考文献

[1] Li J, Cao F, Yin H L, et al. Ferroptosis: past, present and future. Cell Death Dis, 2020, 11(2): 88.

[2] Zhang S, Xin W, Anderson G, et al. Double-edge sword roles of iron in driving energy production versus instigating ferroptosis. Cell Death and Disease, 2022(13): 40-53.

[3] Tummers B, Green D R. Caspase-8: regulating life and death. Immunol Rev, 2017(277): 76-89.

[4] W, Hou, Q, et al. Strange attractors: DAMPs and autophagy link tumor cell death and immunity.[J]. Cell Death & Disease, 2013.

[5] Zhineng J, Yang, Cheng E, et al. The role of autophagy in cancer: therapeutic implications.[J]. Molecular cancer therapeutics, 2011.

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