引言：铁死亡作为一种细胞死亡方式，在各种领域备受期待。姜学军教授多年来一直进行着细胞代谢与信号转导相关的工作。由他及其同事联合执笔的本文着重介绍了脂质代谢在铁死亡中的重要关系。
# 摘要
铁死亡是一种新出现的调节性坏死型细胞死亡方式，已被证明在多种疾病中发挥重要作用，包括癌症、神经退行性疾病和器官缺血再灌注损伤。越来越多的证据也表明它在肿瘤抑制和免疫方面有着潜在的生理功能。铁死亡的执行是由铁依赖的磷脂过氧化驱动的。因此，生物脂质的代谢通过控制磷脂过氧化，以及与磷脂过氧化相关的各种其他细胞过程来调节铁死亡。在这篇综述中，我们提供了一个全面的分析，重点分析了脂质代谢如何影响磷脂过氧化的启动、传播和终止；多种信号转导途径如何通过调控脂质代谢来和铁死亡进行沟通；以及如何利用铁死亡与脂质代谢和相关信号通路的这种密切交流来开发合理的治疗策略。
# 简介
程序性细胞死亡，如细胞凋亡，发挥着重要的生理和病理作用。同时，还有其他的程序性或调节性细胞死亡模式，在机理和功能上与细胞凋亡不同。其中，铁死亡是一个由铁依赖性磷脂（PL）过氧化驱动的死亡过程。从概念上讲，铁死亡可以被认为是细胞代谢的副产物：氧和铁是新陈代谢的基本驱动力，而导致的副产物活性氧（ROS）的产生是不可避免的；如果一类特定的 ROS，磷脂过氧化物（PLOOH）不能被有效中和，反而积累并破坏质膜完整性，细胞将发生铁死亡（图 1）。在细胞中，PL 过氧化的底物是 Sn2 位含有多不饱和脂肪酰基（PUFA）的 PL；在生物活性铁的存在下，PUFA-PL 可以通过酶性和非酶性脂质过氧化反应转化为 PLOOH。由于所有的哺乳动物细胞都含有一定水平的 PUFA-PLs 和生物活性铁，因此需要有特定的监视或保护机制来保护它们免受不必要的铁中毒的影响（图 1）。典型的保护机制是由谷胱甘肽过氧化物酶 - 4（GPX4）介导的，这是唯一已知的可以催化磷脂氢过氧化物还原成磷脂醇的哺乳动物酶。同时也存在与 GPX4 无关的机制，可以减轻铁死亡。例如，FSP1、GCH1 和 DHODH 等酶会产生拥有自由基捕获活性的代谢物，这些化合物可以终止芬顿自由基连锁反应（Fenton 反应），防止脂质过氧化反应的放大。
不出所料，铁死亡的发生是由 PL 过氧化和铁死亡保护两种因素谁能压倒另一个决定的。虽然 PL 过氧化可以被认为是脂质代谢的一个特定过程，但各种铁死亡保护机制也被证明受到细胞脂质和脂质代谢的高度调控（后面将讨论）。因此，细胞脂质和脂质代谢对铁死亡的调节起着核心作用。
在各类细胞脂质中，磷脂（PLs）与鞘脂和胆固醇一样，是细胞膜的主要组成部分。磷脂的化学多样性来自两个脂肪酰基链（指定为 sn1 和 sn2）的组合和头基。sn1 位置倾向于被饱和脂肪酸（SFA）或单不饱和脂肪酸（MUFA）占据，而 sn2 位置可以是 SFA、MUFA 或 PUFA。膜脂质组成在生物体、细胞类型、细胞器、甚至膜亚域中高度多样化，并且受到动态调节。一般来说，SFA-PL 使细胞膜更加坚硬，而具有较高不饱和度的 PL 则使膜更加柔韧。PL 含量由多种机制调节，包括脂肪酸的合成、摄取、储存、释放和 β- 氧化，以及被称为 Lands 循环的 PL 合成和 PL 重塑过程（图 2）。耐人寻味的是，尽管增加细胞膜中的 PUFA-PL 含量可以通过改善细胞的流动性来实现许多细胞功能，但它也增加了对铁死亡的内在敏感性（PUFA-PL 是 PL 过氧化的底物）。在生理条件下，这种铁死亡易感性的改变受到密切的调节；同时，这种相同的特性可以被用作治疗靶标，以治疗人类疾病，如癌症。在这篇综述中，我们将详细讨论脂质在死亡过程中发挥的重要作用，特别讨论在正常生物学和疾病的背景下，脂质代谢如何动态调节细胞功能和铁死亡保护的平衡，以及细胞信号通路如何与脂质代谢交流以调节铁死亡。
图一
# 磷脂的过氧化
作为铁中毒的承诺事件，PL 过氧化发生在三个步骤：启动、传播和终止（图 3）。PL 的脂肪酰基链的过氧化是由双烯丙基基团（-CH=CH-CH2-CH=CH-）促进的，由于连接中心亚甲基中的氢的弱键。这些键很弱，强氧化剂可以将其劈开，形成一个自由基。由于这个原因，PUFA-PLs，即在 PUFA 链中含有双烯基，最容易被氧化。由于周围的双键，自由基可以被异构化为热力学上更有利的状态：共轭二烯（图 3A）。最后，该自由基与分子氧反应，形成过氧化氢。当一个脂质自由基与附近脂质上的另一个双烯基中的亚甲基氢反应时，脂质过氧化可以被传播。有趣的是，似乎单个脂肪酸链中的多个双烯丙基基团也可以传播脂质过氧化。最后，当传播不能再继续时，或者没有更多可用的脂质底物，或者当细胞抗氧化剂减少氧化的脂质时，铁死亡过程就会终止。
脂质过氧化可以在细胞中以酶促和非酶促方式启动。脂质的非酶性过氧化是由氧化还原活性金属催化的，特别是铁。在细胞内，铁通常结合在一个复合物内，如血红素（众多蛋白质的一个修复基团，如血红蛋白）、铁硫簇（许多酶的辅助因子）和铁蛋白（一种专门的铁储存蛋白）。细胞内有少量的铁没有以这种方式结合，称为不稳定铁池。不稳定铁池具有高度反应性，特别是与过氧化氢（H2O2）的反应。这种反应被称为芬顿反应，在铁离子（Fe2+）和铁离子（Fe3+）之间循环，将 H2O2 转化为氢氧根离子（OH）和羟基（HO）自由基或质子和过氧自由基（HOO）（图 3B）。羟基和过氧自由基都可以启动脂质过氧化反应。像 H2O2 一样，PLOOH 也可以进行铁催化的 Fenton 反应，生成脂质羟基自由基 PLO，和脂质过氧自由基 PLOO。如果 PLOOH 的形成没有被迅速中和，它可以在不稳定的存在下将过氧化传播到邻近的 PUFA-PLs。因此，导致细胞不稳定铁池增加的细胞过程，如铁蛋白的自噬降解，转铁蛋白的吸收，或铁输出载体 ferroportin 的抑制都可以使细胞对铁死亡敏感。
多种酶已被证明可以驱动脂质过氧化。重要的是，这些酶都依赖于铁。脂氧酶是一个对若干信号通路至关重要的酶家族，其活性含有非血红素铁，直接催化脂质自由基的形成。在人类中，脂氧合酶因其首选花生四烯酸（AA）作为氧化位点而被命名，并且在底物选择偏好（目标位点和底物定位）方面有所不同。例如，ALOX5 将 AA 转化为 5-HPETE，这是白三烯的前体，是一种炎症信号脂质家族。应该注意的是，尽管 ALOXs 的酶活性可以使细胞对铁死亡敏感，但由于 PL 过氧化的其他酶性和非酶性机制的存在，使它们在铁死亡发展中并不是不可或缺的。此外，应谨慎使用 ALOXs 的药理抑制剂，因为它们中的许多是强自由基捕获剂，因此独立于 ALOXs 而抑制铁死亡作用。在铁死亡研究中常用的一些细胞系中几乎检测不到 ALOX 基因的表达，这表明 ALOX 家族成员在铁死亡中的作用有限，可能只在表达 ALOX 的组织中。驻扎在 ER 的 P450 氧化还原酶（POR）也被证明是启动 PL 过氧化和铁死亡的关键。P450 系统是一个含血红素的酶家族，对许多药物、蛋白质或异物在内质网中通过氧化进行代谢和解毒至关重要。POR 可以向细胞色素 p450 家族（CYP）的一个成员提供电子，使 CYP 能够氧化和代谢另一个分子。CYP 家族成员，特别是 CYP4A 家族，已被证明可以直接氧化 AA 作为底物。尽管 POR 的表达是无处不在的，但 CYP 异构体的表达具有高度的组织特异性；例如，许多 CYP4A 异构体只在肝脏或肾脏中表达。最近的研究表明，POR 可以增强脂质过氧化而不影响细胞的脂质组，而且 POR 不需要 CYP 来诱导铁死亡。相反，POR 以及另一个驻 ER 的氧化还原酶 CYB5R1 直接产生 H2O2，通过 Fenton 反应诱导脂质过氧化。重要的是，与受到严格调控的 ALOX 酶不同，POR 是普遍表达的，这表明 POR 是 PL 过氧化作用的组成型催化因素。
图二
# 终止 PL 的过氧化和铁死亡的保护
PL 过氧化只能传播一定的距离；最终，细胞死于铁死亡或者继续生存，这取决于连锁反应是耗尽底物，还是有因素阻止它的发展。GPX4 可以催化有毒的 PLOOH 还原成无毒的 PL 醇（PLOH），代表了铁死亡保护的典型模式。通过靶向其硒半胱氨酸位点直接抑制 GPX4 的酶活性，或通过靶向谷氨酸 / 胱氨酸转运系统 xc-，从而间接抑制谷胱甘肽的合成，会导致 PL 过氧化的传播，PLOOH 的积累，最终导致铁死亡。GPX4 是一个重要的基因，因为系统性的 GPX4 敲除的小鼠胚胎致死，条件性的 GPX4 会敲除引发疾病，如急性肾衰竭，这可能是由于死亡。
除了 GPX4 对 PLOOH 的酶促还原，亲脂性自由基捕获抗氧化剂（RTA）可以终止 PL 过氧化的传播，从而阻断由 GPX4 缺乏引起的铁死亡。最近的研究表明，各种酶通过催化内源性 RTA 的产生来抑制铁死亡，代表了另一种保护机制（图 4）。辅酶 Q10 是氧化磷酸化机制的一个重要组成部分，因为它能够携带两个电子，因为它有三种氧化还原状态：泛醌（完全氧化）、半醌和泛醇（完全还原）。辅酶 Q10 具有高度的亲脂性，可以（以泛醌形式）充当自由基捕获剂。FSP1（也称为 AIFM2）是一种细胞膜 NADH - 泛醌氧化还原酶，被确认为具有通过生成泛醌终止 PL 过氧化的能力。FSP1 也可能是通过泛醌还原 a - 生育酚，解释了 FSP1 强大的抗铁死亡活性，尽管泛醌的生物活性相对较弱。同样，线粒体蛋白 DHODH 已被证明可以通过在线粒体内膜内将泛醌还原为泛醇来抑制铁死亡。四氢生物蝶呤，也被称为 BH4，是另一种内源性 RTA，其作用类似于 a - 生育酚。两个 CRISPR 合成筛查铁死亡的新型调节因子，发现四氢生物蝶呤合成途径中的少数基因，包括 GCH1、PTS 和 SPR，可以促进 GPX4 抑制后的细胞生存。
然而，研究发现了一种令人惊讶的与 GPX4 无关的机制，细胞可以通过一氧化氮（NO）来抵御铁死亡。一氧化氮是许多细胞过程的重要信号分子，由一氧化氮合成酶（NOS）产生，这些酶在特定组织和环境中表达。一氧化氮可与超氧化物反应并形成活性氮（RNS），会对脂质和蛋白质造成损害，同时还会与过渡金属结合或通过 S - 亚硝基化半胱氨酸残基改变蛋白质结构。然而，一氧化氮也是一种有效的 RTA，浓度低至 30nM 的一氧化氮可以取代大约 20mM 的 a - 生育酚的生理作用。最近的研究已经确定了 NO 在铁死亡中的作用。表达 NOS 家族中 iNOS 成员的 M1 巨噬细胞，具有较高的 NO 浓度。脂多糖和 IFN-g 的刺激有效地抑制了 M1 巨噬细胞的铁死亡，敲除 iNOS 使这些细胞对 RSL3 诱导的铁死亡敏感。进一步的研究发现，感染铜绿假单胞菌后，巨噬细胞中 iNOS 活性的提高可以避免损害气道上皮细胞的脂质过氧化产生。另一项研究发现，NO 供体 NOC 也可以通过这种机制抑制铁死亡的发生。尽管在某些情况下，NO 似乎是一种有效的铁死亡抑制剂，但由于 RNS 的破坏性影响和 NO 的多种信号作用，需要谨慎地运用这一潜在机制。
RTAs 与 PL 自由基的反应相当复杂，没有得到充分的探索，目前还不清楚剩余的非自由基 PLOOHs 或其副产品是如何解毒的，特别是当 GPX4 活性不足时。最近，与 Ca2 + 无关的磷脂酶 A2b（iPLA2b）被确定为铁死亡的抑制剂，因为它能够优先去除 PLs 的氧化脂肪酰基链。这可能代表了除了由 GPX4 和 RTAs 介导的机制之外的另一种保护机制（图 4）。然而，这样的机制是否足以在没有 GPX4 和 RTA 生成酶的功能的情况下保护细胞免受铁死亡的影响还不清楚。
图三
# 脂质在铁死亡中的多功能作用
# 多不饱和脂肪酸
细胞膜的组成是决定细胞在铁死亡触发条件下是生存还是死亡的一个重要因素。正如所讨论的，PUFA-PLs 可以促进脂质过氧化，这是执行铁死亡的核心。在动物细胞中，AA 是最丰富的 PUFA 种类之一。作为一种 u-6 脂肪酸，AA 有 20 个碳链和 4 个不饱和键（称为 20：4）。在 sn2 位置有 AA 或肾上腺酸（AdA，22:4）的 PLs 已被确定为对 PL 过氧化特别敏感，可能是因为 AA 和 AdA 都有两个双烯丙基基团。在哺乳动物中，这些种类的 PUFA 比其他 PUFA-PL 更容易被氧化，例如那些含有亚油酸（LA，18:2），它只有一个双烯丙基基团的 PUFA-PL。然而，补充 LA 可以增强哺乳动物细胞的铁死亡，而含有 LA 作为主要 PUFA 种类的拟南芥在热应激下可以发生铁死亡。此外，二十二碳六烯酸（22:6），一种具有三个双烯基的 PUFA，可能比 AA 或 AdA 更容易被氧化，尽管它在大多数组织的 PLs 中含量较少。
虽然 AA 很容易从饮食中的肉类中吸收，但它也可以从另一种 u-6 PUFA 的 LA 中通过一系列的伸长和脱饱和反应产生。LA，从植物食物来源获得的主要 PUFA，可以首先由脂肪酸去饱和酶 FADS2 转化为 AA，它将 LA 转化为 g-LA（18：3）。ELOVL5 是一种长链脂肪酸延长酶，主要负责将 18 碳脂肪酸延长到 20 碳。ELOVL5 将 g-LA 转化为 dihomo-g-LA（DGLA，20：3）。最后，FADS1 将 DGLA 去饱和为 AA（图 2）。可想而知，FADS1、FADS2 和 ELOVL5 都被确定为铁死亡的增强因子。
要使游离脂肪酸（FA）酯化成 PL，脂肪酸必须首先与辅酶 A（CoA）连接。酰基 - CoA 合成酶长链（ACSL）家族的连接酶以底物特定的方式催化这一反应（图 2）。例如，体外研究已经确定 AA 和二十烷酸（20:5）是 ACSL4 的主要底物。脂肪细胞特异性敲除 Acsl4 的小鼠，含有花生四烯酸或二十二碳五烯酸（22:5）FA 链的 PLs 急剧减少，同时 LA 链增加。不出所料的，ACSL4 是铁死亡的核心因子。在许多细胞系中，ACSL4 的缺失严重抑制了细胞的铁死亡，但并没有完全阻断其发生，这表明有和 ACSL4 缺失的互补机制。
ACSL4 的丧失导致未酯化花生四烯酸酯的增加。虽然游离的 AA 对过氧化仍然敏感，但这种过氧化不足以诱发铁死亡。因此，PLs 的过氧化而不是 FAs 的过氧化似乎是铁死亡的关键。这突出了该领域使用的最重要检测工具的局限性：脂质过氧化的荧光探针。BODIPY 581/591 C11 等探针被广泛用于检测 PL 的过氧化。然而，这种方法不能将 PL 过氧化与脂肪酸或其他膜脂的过氧化区分开来。
脂肪酰基 CoA 可以被酯化到溶血磷脂（lysoPL）的 sn2 位，从而形成磷脂（PL）。这一反应是由溶血磷脂酰 CoA 酰基转移酶或 LPCAT 家族催化的。和 ACSL 家族一致，各个 LPCAT 家族成员有不同的底物偏好。LPCAT3 主要负责将 AA 酯化为溶血磷脂，因此也是铁死亡的一个重要角色。其他 LPCAT 家族成员在铁死亡中的潜在作用还没有得到系统的研究。
# 单不饱和脂肪酸
与 PUFAs 不同，单不饱和脂肪酸（MUFAs）已被证明是铁死亡的有效抑制剂。以 ACSL3 依赖的方式，外源性 MUFAs 能够有效地阻断铁死亡作用，并限制质膜上的脂质过氧化。虽然这种表型是相当清楚的，但其基本机制尚未确定。一个可能的解释是，MUFAs 与 PUFAs 竞争 PL 的合成。然而，这种机制需要过量的 MUFAs 而不是 PUFAs；它还表明 SFAs 会有类似的抑制活性，但事实并非如此。另一种可能性是，外源性 MUFAs 可以重组细胞内的脂质代谢。多余的脂质可以以三酰甘油（TAG）的形式储存在细胞内的专门的细胞器 -- 脂滴，这是一种特别的非反应性的脂质形式（图 2）。然而，当油酸（18:1）被添加到细胞中时，抑制 DGAT1/2（将脂肪酰基 CoA 转化为 TAG 的酶）无法恢复细胞的死亡。因此，MUFAs 如何抑制铁死亡仍然是一个重要的但未解答的问题。
# 醚磷脂
最近的研究表明，脂质的 sn2 位置并不是决定对铁锈病敏感性的唯一因素。sn1 脂肪酸，通常是一种 SFA，可以通过酯连接（如 sn2 脂肪酸）或通过醚连接与甘油分子相连。醚连接的 PLs 虽然在动物中不如酯连接的 PLs 常见，但在 PL 池中占很大比例。虽然大多数 PLs 完全在内质网产生，但醚连接的 PLs 在过氧化物酶体中开始产生。最近，CRISPR-Cas9 筛选发现，参与醚类脂质合成途径的多个过氧化物酶体基因是铁死亡的诱导因素。这是第一个表明 sn1 脂肪酰基链也能影响铁死亡敏感性的证据。重要的是，这表明两个独立的合成途径汇聚在 PL 的生产上，以控制铁死亡。为了验证这一点，ACSL4 敲除比单独敲除参与过氧体醚 PL 合成的基因进一步抑制了对铁死亡的敏感性。
醚类 PLs 的一个亚类被称为缩醛磷脂，是通过乙烯基醚连接来辨别的。乙烯基醚连接完成后，新生的 PL 被运送到内质网，在那里添加 Sn2 脂质。由 PEDS1（也称为 TMEM189）催化的另一个步骤使醚基之后的第一个 C-C 键不饱和，形成乙烯基醚。这个乙烯基醚分子可能是关键的；它可能作为一种抗氧化剂，可以阻止脂质过氧化的传播。研究人员没有观察到有或没有 PEDS1 的铁死亡敏感性差异。然而，后来的一项研究报告说，尽管过氧化物酶体合成醚类脂质对铁死亡至关重要，但 PEDS1 依赖的缩醛磷脂合成抑制了铁死亡的发生。这些矛盾值得进一步深入研究，以调和 PEDS1 和缩醛磷脂对铁死亡的看似矛盾的调节。
# 胆固醇
胆固醇（Ch）是哺乳动物膜的另一个基本脂质成分，是维持膜完整性、流动性和膜微结构所必需的。大多数哺乳动物细胞通过内源合成和外源摄取获得胆固醇（图 2）。胆固醇通过甲羟戊酸途径合成，甲羟戊酸途径通过一系列异戊二烯中间物生成其前体角鲨烯：异戊烯基焦磷酸（IPP）、牻儿苗属 - PP 和法尼基 - PP。IPP 也是蛋白质预尼化、CoQ10 和多羟基化合物合成所需要的。戊二烯酸途径被认为以三种不同的方式影响铁蛋白的形成：（1）作为一种硒蛋白，GPX4 的合成需要一种独特的硒半胱氨酸 tRNA（Sec-tRNA）。IPP 通过 37 位（i6A）的腺苷异戊烯化调节 SectRNA 的成熟，因此 GPX4 的合成需要它的参与。(2）捕获自由基的抗氧化剂 CoQ10 是由 IPP 的 10 个异戊二烯单位与羟基苯甲酸骨架共轭产生的，因此抑制甲羟戊酸途径会减少 CoQ 的合成。(3）胆固醇合成途径中的一些代谢中间产物可以作为 RTAs。事实上，由于甲羟戊酸途径与 GPX4 和 CoQ10 的独特联系，抑制甲羟戊酸盐途径中的限速酶 HMGCR，可以诱导一些癌细胞的铁死亡。此外，最近的研究显示，7 - 脱氢胆固醇还原酶（DHCR7），催化远端胆固醇生物合成的最后一步，对铁死亡起到了意想不到的促生存功能。抑制 DHCR7 会导致 7 - 脱氢胆固醇（7-DHC）的积累，它对过氧化氢自由基有良好的反应性。同样，另一项研究表明，角鲨烯单氧酶（SQLE）是胆固醇生物合成途径中的限速酶，它的损失导致角鲨烯的积累，并赋予胆固醇辅助细胞对铁死亡的保护。
有趣的是，Ch 容易过氧化产生各种 Ch-OH 产物，同时 GPX4 也能够将 Ch-OH 还原为 Ch-OH。理论上，在铁的存在下，Ch-OOH 可以传播过氧化到邻近的脂质，包括 PUFA-PLs。因此，一个与其相关的问题是，Ch 过氧化是如何被诱导的，它能导致铁死亡吗？此外，Ch 及其代谢物可以作为肿瘤微环境（TME）中的信号分子，并被报道可以调节癌细胞的铁死亡。TME 中的 Ch 可以上调肿瘤浸润的 CD8+T 细胞中 CD36（编码脂肪酸转运体）的表达。因此，CD36 介导的脂肪酸摄取会诱导脂质过氧化和铁死亡，导致 CD8+T 细胞衰竭和抗肿瘤功能受损，这一现象可以通过阻断 CD36 或抑制铁死亡来逆转。27 - 羟基胆固醇（27HC）是质膜和血液中最丰富的氧化甾醇。用 27HC 长期治疗雌激素受体（ER）阴性的乳腺癌细胞，可以选择更有侵略性的细胞，这些细胞表现出细胞对脂质的摄取量增加或脂质生物合成增加。然而，这也将增加细胞对 GPX4 的依赖性，以抑制 27HC 耐药细胞的铁死亡，因为 GPX4 敲除可以减弱 27HC 耐药细胞增强的致瘤性和转移活性。
图四
# 脂质代谢和铁死亡
细胞脂质的组成是动态调节的，以实现各种细胞功能。虽然一个特定的细胞功能可能需要特定的脂质成分，但相同的脂质成分也可能使细胞更容易受到某些压力源的影响。因此，细胞可能采用复杂的机制来感知和调节 PL 的组成。与本综述相关的一个例子：由于 PUFA-PLs 使细胞膜更加灵活，它们促进了涉及频繁的膜弯曲和形态变化的过程，如内吞作用和细胞迁移；然而，过多的 PUFA-PLs 使细胞容易发生铁死亡。因此，细胞通过改变相关的脂质代谢来应对升高的 PUFAs，如增加饱和磷脂酰胆碱（PC）的合成。事实上，脂质代谢可以通过调整 MUFA-PL 和 PUFA-PL 之间的平衡影响 PL 的组成，从而影响细胞对铁死亡的敏感性。脂质代谢通过两个主要机制控制 PL 的组成：（1）通过合成、摄取、储存和 beta 氧化调节 FA 的供应；（2）调节 PL 合成和重塑并调控相关酶的表达。
# FA 的合成
SFA 和 MUFA 可以在细胞内从头合成。简单地说，乙酰 - CoA 被乙酰 - CoA 羧化酶（ACC）羧化形成丙二酰 - CoA，然后丙二酰 - CoA 被脂肪酸合成酶（FASN）进一步转化为棕榈酸，一种 SFA。然后棕榈酰 - CoA 或硬脂酰 - CoA 可以被 SCD1 去饱和，形成棕榈油酸和油酸，两者都是 MUFA。ACC、FASN 和 SCD1 的表达受转录因子 LXR 和甾醇调节元件结合蛋白 - 1（SREBP-1）的控制。ACC、FASN 和 SCD1 在一些依赖 FA 合成能量的癌细胞中过表达。敲除 SREBP1 或 SCD1 将使癌细胞对铁死亡敏感。与 SFA 或 MUFA 不同，长链 u-3 或 u-6 PUFAs 不能由哺乳动物细胞从头合成。因此，上调的脂质合成增加了 MUFA-PL 含量，并赋予对铁死亡的抵抗力。哺乳动物通过饮食摄取必需的 PUFAs a - 亚麻酸（ALA；18：3n-3）和 LA（18：2n-6），然后可以通过一连串的去饱和和延伸反应（使用丙二酰 - CoA 作为碳源）合成其他长链 PUFAs，这些反应由各种去饱和酶（FADS1/2）和延伸酶（例如 ELOVL5）催化（图 2）。FADS1、FADS2 和 ELOVL5 都已被确定为铁死亡的诱导因子。
# 脂质的摄取
饮食中的 FA 是 FA 库的另一个重要来源，特别是对于缺乏脂质合成的细胞。游离的 FA 或脂蛋白通过 CD36、FA 转运蛋白（FATPs）和 FA 结合蛋白（FABPs）被吸收。饮食中 FAs 的含量（MUFA 与 PUFA）极大地影响了细胞的 FAs 库，最终改变了细胞的 PL 和对铁死亡的敏感性。经由血管转移的黑色素瘤细胞已被证明对铁死亡敏感，给药铁死亡抑制剂可显著增强这些细胞的血管转移。耐人寻味的是，这些黑色素瘤细胞从淋巴管中吸收富含 MUFA 的脂蛋白，重塑质膜，使其具有更高的 MUFA-PLs，并保护细胞免受铁死亡。
在某些情况下，脂质摄取可以促进细胞中的 PUFA 含量和铁死亡敏感性。例如，CD36 介导的脂肪酸摄取可促进 B1 和边缘区 B（MZB）细胞的铁死亡以及肿瘤浸润性 CD8+T 细胞的铁死亡，这对抗肿瘤免疫有消极的调控作用。据报道，补充 u-3 或 u-6 PUFAs 可以选择性地诱导环境酸化下的癌细胞铁死亡。酸性 pH 值促进自分泌的 TGFb2 信号，诱导 CD36 促进 FA 的吸收并刺激脂滴的形成。在超过甘油三酯储存到脂滴的缓冲能力后，u-3 和 u-6 PUFA 在过氧化后产生细胞毒性作用，同时在有抑制脂滴形成的二酰甘油酰基转移酶抑制剂的情况下会加剧。与富含 MUFA 的饮食相比，富含长链 U-3 PUFA 的饮食明显延缓了小鼠肿瘤的生长，这种效应在服用 DGAT 抑制剂或铁死亡诱导剂时进一步加剧。由于饮食中的 PUFA 会影响癌症和免疫细胞形成特异性的 PL 谱，因此需要进一步的研究来测试饮食中的 PUFA 是否能与药理学方法互补，通过铁死亡抑制肿瘤生长。
# Beta 氧化
一般认为，β- 氧化作用通过减少未酯化的 PUFAs 的可用性从而抑制铁死亡。首先酰基 CoA 与肉碱相连，这一反应由肉碱棕榈酰转移酶 1（CPT1）催化，使其通过肉碱 - 酰基肉碱转运酶（CACT）进入线粒体。酰基 - CoA 由线粒体中的 CPT2 从肉碱中释放，使其进入 β- 氧化循环。在每个循环中，随着两个碳原子从酰基链上裂解（裂解发生在 β 碳上），一个分子的乙酰 - CoA 被释放。当不饱和脂肪酸被还原时，需要一个额外的步骤，因为这些键在氧化前必须是饱和的。2,4 - 二烯酰 - CoA 还原酶 1（DECR1）是 PUFA 还原的限速酶，因为它在线粒体中催化这一步骤（图 2）。在人类前列腺癌（PCa）中，β- 氧化是主要的生物能量途径，也是一个有希望的治疗靶点。DECR1 经常在 PCa 组织中过量表达，并与低生存率有关。DECR1 敲除诱导 ER 应激，并使 PCa 细胞在体外和体内对铁死亡敏感，抑制 β- 氧化增强了癌细胞的铁死亡。
# 磷脂的合成和重塑
铁死亡的敏感性不仅受到催化 FA 合成的酶的影响，也受到催化 FA 酯化为 PLs 的酶的影响。ACSL3 和 ACSL4 酶被证明可以调节 PLs 的组成和铁死亡敏感性，因为它们分别对 MUFAs 和 PUFAs 有不同的底物偏好。活化的 FAs 通过两种不同的途径被纳入甘油骨架的 sn-2 位置：从头合成途径和重塑途径。在新的合成途径中，酰基 - CoA 和甘油 - 3 磷酸盐（糖酵解的副产品）结合形成溶血磷脂酸。另一个酰基 - CoA，通常是 MUFA-CoA 或 PUFA-CoA，被溶血磷脂酸酰基转移酶（LPAATs，也被称为 AGPATs）酯化形成磷脂酸。磷脂酸被一种磷脂酰磷酸酶转化为二酰基甘油（DAG），在哺乳动物中被称为脂蛋白。DAG 可以通过 DGAT 蛋白转化为三酰甘油（TAG），或者与磷脂头相连（图 2）。在 PL 重塑途径（Lands' 循环）中，磷脂酶 A2（PLA2）水解 PLs sn-2 位置的酰基链，生成 1 - 酰基 - lysoPL，然后可被溶脂酶（LPLATs）重新酰化（图 2 和 4）。由于各个 LPAAT 或 LPLAT 酶对 FA 底物和 lysoPL 目标的偏好不同，这个过程因此产生了不同的 PL 种类。LPCAT3（LysoPC 酰基转移酶 3）和 AGPAT3（1 - 酰基甘油 - 3 - 磷酸 O - 酰基转移酶 3，也叫 LPAAT3）被证明可以促进铁死亡。这两种酶都喜欢用 PUFA-CoA 作为底物，并通过增加 PUFA-PLs 的比例使癌细胞对铁死亡敏感。有趣的是，LPCAT3 对肝细胞中的 SREBP1 成熟至关重要。LPCAT3 的耗竭减少了 PUFA - 磷脂酰胆碱（PC），损害了 SREBP1 的翻译后加工。需要进一步研究以更好地了解 LPLATs 的底物偏好，以及它们中是否有对 MUFAs 合成 PLs 的过程有偏好性。
# 脂质的储存和释放
细胞的 FA 可以以 TAG 的形式储存在脂滴中（图 2）。当需要时，FA 可以通过脂肪分解从脂滴中释放出来，这是一个由脂肪酶介导的过程，或者通过噬脂作用，即脂滴的自噬降解。脂滴和铁死亡之间的关系很复杂，似乎起着重要作用。例如，PUFAs 可以以 PUFA-TAG 的形式从 PLs 重定向到脂滴，这将防止 PUFA 在膜上的氧化，从而使细胞不那么容易被铁死亡。事实上，有报道称脂滴可以保护果蝇胶质细胞龛和神经干细胞免受破坏性 PUFA 过氧化的影响。相反，PUFA-TAG 可以作为 PUFA-PL 合成的 PUFA 来源。例如，在透明细胞肾细胞癌中，通常具有较高的脂滴基础水平，研究表明 PUFAs 在 PLs 和脂滴中都富集；在肝细胞中，有报道称 RAB7A 相关的噬脂作用对脂滴的选择性降解增加了游离 FAs 的产生，用于后续的脂质过氧化和铁死亡。ccRCC 细胞以 TAG 的形式聚集 MUFAs（尤其是油酸），并在外源脂质和 / 或氧气供应充足的情况下将其储存在脂滴内，这一点很有意思。然而，一旦细胞外脂质和氧气变得有限，油酸就会被释放并合成为 PLs。这至少部分解释了缺氧如何通过 ccRCC 中的 PL 重塑来抑制铁死亡的形成。
# 铁死亡，脂质代谢和癌症信号传导
鉴于脂质和脂质代谢在铁死亡中的核心作用，可以想象，直接或间接调节脂质代谢的信号通路可能在铁死亡中发挥重要功能。尽管铁死亡与多种疾病有关，包括癌症、神经变性和缺血性器官损伤，但脂质代谢和铁死亡的调控信号通路仅在癌症中得到了广泛研究。正如下文所讨论的，这些途径的致癌突变可能会增强 MUFA-PLs 或 PUFA-PLs 的合成，以及其他相关过程的改变，使癌细胞对铁死亡的诱导更具抵抗力或敏感性（图 5）。因此，可以相应地设计治疗方法，以特异性地诱导癌细胞的铁死亡。
# PI3K-AKT-mTOR 通路
哺乳动物雷帕霉素靶点蛋白（mTOR）是一个中央信号枢纽，负责调控细胞内的许多过程，包括蛋白质合成、转录和细胞周期，它是癌症治疗的一个重要靶点。脂肪合成是 PI3K-AKT-mTOR 轴的一个重要功能，它支持癌细胞的生长。mTORC1 激活转录因子 SREBP1，一个通过转录控制多个脂肪生成因子的调控脂肪生成的调控因子。这其中包括 SCD1，它将 SFAs 转化为 MUFAs。最近，研究人员发现，由于 SREBP1 依赖性的 SCD1 上调，对 PIK3CA（编码磷酸肌苷 3 - 激酶（PI3K）的催化亚单位 p110a）的激活性突变或对磷酸酶 PTEN（抵消 PI3K 的活性）的失活突变的癌细胞会对铁死亡产生强大的抵抗。值得注意的是，mTORC1 也被证明可以通过促进 GPX4 的合成来调节铁中毒。此外，对 PI3K、AKT 或 mTORC1 的药物抑制都使这些细胞对铁死亡敏感，这表明有一种新的潜在组合疗法来治疗有 PI3K-AKT-mTOR 途径的致癌性突变的癌症。
除了致癌的 PI3K-mTOR 信号外，癌细胞可能通过其他突变获得 SCD1 介导的铁死亡抑制。例如，10% 的肺腺癌患者同时出现 LKB1 和 KEAP1 的突变。这些患者的预后非常差。KEAP1 是主抗氧化转录因子 NRF2 的抑制剂，它也能上调 SCD1 的表达。最近的研究报道，LKB1 和 KEAP1 突变的肺部肿瘤对 SCD1 的活性产生强烈的依赖。因此，在携带 PI3K-mTOR 激活或 LKB1/KEAP1 失活的癌症中，运用相同机制的疗法可能是有效的：将铁死亡诱导与导致 SCD1 抑制的直接（SCD1 抑制剂）或间接（PI3K/AKT/mTORC1 抑制剂）药理学药物相结合来治疗相关癌症表型。
# LKB1-AMPK 通路
铁死亡与细胞代谢紧密相连，因此，AMP 激活的蛋白激酶（AMPK）作为细胞能量压力的主要传感器，被报道在抑制铁死亡方面发挥作用并不令人惊讶。AMPK 在细胞内 ATP 的减少和 AMP 的升高时被激活。AMPK 的许多作用之一是关闭合成代谢过程；由于这种能力，AMPK 对脂质代谢有深刻的影响。AMPK 磷酸化并抑制 ACC1（乙酰 - CoA 羧化酶 1）和 ACC2 的活动，ACC1 和 ACC2 将乙酰 - CoA 转化为丙二酰 - CoA，在脂肪酸合成酶（FASN）介导的新脂肪生成中至关重要。此外，ACC2 通过抑制 CPT1 抑制脂肪酸氧化。因此，AMPK 的激活将同时抑制脂肪酸的合成和增加脂肪酸的氧化。有研究表明，激活 AMPK 和抑制 ACC 或 FASN 都可以有效地阻断铁死亡，LKB1/STK11，一种肿瘤抑制因子和激活 AMPK 的丝氨酸 / 苏氨酸激酶，也可以抑制铁死亡（Li 等人，2020）。耐人寻味的是，哺乳动物不能通过新的脂肪生成产生 PUFAs。那么，为什么抑制 ACC-FASN 途径和下游 SFA/MUFA 的合成会抑制铁死亡？通过非靶向的脂质组学分析，研究人员发现，激活 AMPK 导致脂肪酸（包括 SFA、MUFA、PUFA 和各种 PLs）的整体减少，而 AMPK 敲除导致细胞内脂肪酸的整体增加。Lee 等人提出的一个可能的机制是丙二酰 - CoA（由 ACC 产生）不仅在 SFA/MUFA 的合成中需要，而且在长链 PUFA 合成的延长步骤中也需要，例如从 g - 亚麻酸（C18:3）到 DGLA（20:3）。另一个可能的机制是，AMPK 的抑制导致脂肪酸氧化的减少，从而导致脂肪酸丰度的整体增加，包括 PUFA 和 PUFA-PL。另外，会不会是参与铁死亡的蛋白质需要棕榈酰化，或者 SFAs 在铁死亡中发挥着积极作用？这些问题值得进一步研究。最后，有证据表明 AMPK 激活对许多类型的癌症有治疗效果；因此，确定联合诱导 AMPK 激活和铁死亡是否是一种有效的疗法将是有意义的。
# E-cadherin-Hippo-YAP/TAZ 通路
Hippo 途径感知细胞 - 细胞接触，并在细胞开始相互作用时被激活，接着激活一个信号级联，以抑制促癌转录辅助因子 Yes - 相关蛋白（YAP）和具有 PDZ 结合位点的转录辅助因子（TAZ）的活性。Hippo 感知细胞 - 细胞接触的方式之一是通过粘附蛋白 E-cadherin。E-cadherin 的敲除或 Hippo 途径的失活都使这些高密度培养的细胞对铁死亡敏感。过量表达构成性活性的 YAP 或 TAZ 突变体也可以使这些细胞对铁死亡敏感。YAP 和 TAZ 的下游有多个效应因子能够增加对铁死亡的敏感性，包括转铁蛋白受体、NADPH 氧化酶 NOX2 和 NOX4 以及 ACSL4。这可能会导致细胞状态整体上对铁死亡敏感。转铁蛋白受体将不稳定铁输入细胞，NOX2/4 产生 ROS，ACSL4 介导 PUFA-PLs 的合成。它们共同为铁死亡作用提供火种、燃料和引火源。重要的是，由于 Hippo 途径的功能丧失突变是一种重大的恶性突变，会使癌细胞对普通疗法产生抗性，由这些相同的突变引起的铁死亡增加表明，这些突变可以作为生物标志物来预测癌症对铁死亡靶向治疗的反应性。
值得注意的是，尽管 E-cadherin 确实是包括胃癌和乳腺小叶癌在内的癌症的肿瘤抑制因子，其功能的丧失被认为是癌细胞转移的关键步骤。，然而最近的一项研究表明，在乳腺导管癌中，E-cadherin 的丧失可能反而是转移的障碍：缺乏 E-cadherin 的循环癌细胞具有更高的 ROS 水平，并形成较少的转移灶。这一发现推测 E-cadherin 有抑制铁死亡的功能，并提供了一个诱人的容易测试的治疗相关方案。
# VHL-HIF 通路
关于铁死亡在缺血再灌注损伤中的作用已经进行了大量的研究，越来越多的证据表明，抑制铁死亡可以改善缺血性中风、心脏病发作和急性肾损伤的预后。这可能是由于再灌注时出现的大量 ROS 爆发，助长了不可控制的脂质过氧化，并杀死了细胞。然而，人们较少关注缺氧细胞中铁死亡的分子机制。缺氧下的癌细胞脂质代谢发生了重大改变，以适应缺氧环境。这些变化之一是脂滴的积累，脂滴是储存过多脂质的细胞器，主要以非常不活跃的中性脂质形式存在：三酰甘油和胆固醇酯。
脂滴不仅在各种正常组织或细胞类型（如脂肪细胞和肝细胞）中含量丰富，在某些癌症中地含量也很丰富，如透明细胞肾细胞癌（ccRCC）。ccRCC 是一种肾癌，可通过内部存在大量的脂滴来识别。这是 von Hippel-Lindau 蛋白（VHL）高比率突变的结果，VHL 是一种抑制低氧诱导因子 1 和 2α（HIF1/2a）稳定性的肿瘤抑制剂。HIF1/2a 的组成性激活改变了大量的细胞过程，包括糖和脂质的代谢。据报道，VHL 突变通过改变脂质地储存策略来提高对铁死亡的敏感性。此外，HIF2a 被发现通过直接上调 HILPDA（一种脂滴相关蛋白）来增加 PUFAs 在三酰甘油和磷脂中的结合。HILPDA 可以结合并抑制脂肪甘油三酯脂肪酶，这是一种负责分解三酰甘油的蛋白质，似乎可以刺激 PUFA 连接的 TAGs 向 PLs 转化。HIF1a 也被发现能够通过表观遗传学抑制 SCD1 而增强铁死亡。然而，HIF1a 也抑制了 FADS2，而 FADS2 促进了 LA 的去饱和化为 AA。因此，缺氧对脂质代谢和铁死亡地作用的影响是复杂的，可能取决于环境。
# 结论
近年来，我们见证了铁死亡研究的实质性进展，包括对这种独特的细胞死亡形式的机制和病理功能的理解。尽管脂质代谢和相关信号通路已被确定作为铁死亡的核心角色，但即使在这一特定领域，许多基本问题仍有待回答，并将成为未来研究的重点。仅举几个例子。首先，由于各种脂质的分布和代谢具有精致的组织特异性，以组织特异性的方式调查它们与铁死亡的相互作用，为确定铁死亡的新生理功能提供了更好的机会。这显然是很重要的，因为考虑到铁死亡的生理作用（如果有的话）还没有被定义。其次，从技术上讲，广泛用于测量脂质过氧化的荧光探针不能区分磷脂的过氧化和游离脂肪酸的过氧化，这是该领域的一个主要技术障碍。因此，迫切需要开发新的技术来准确测量细胞中的磷脂过氧化，也许基于质谱的方法对细胞地（氧化）脂质组进行测量是可行地。基于脂质组学的方法是有优势的，因为它可以确定氧化磷脂的具体身份，有助于回答该领域的一个紧迫问题：铁死亡是否如之前建议的那样，由某些特定磷脂（磷脂酰乙醇胺，而不是其他磷脂）的过氧化引发；如果是这样，过氧化的选择性和这些特定氧化磷脂在铁死亡中的作用有哪些机制。与此相关且在概念上重要的是，尽管磷脂过氧化被认为是介导铁死亡的不可逆的最终执行者，但从形式上看，有可能在磷脂过氧化的下游存在一个特定的分子介质（这样的机制可以解释为什么磷脂酰乙醇胺过氧化可能对铁死亡特别关键）。如果是这样，这种特定的分子可能会被用作体内和病人样本中铁死亡的精确生物标志物，并且比所有目前使用的标志物更好，因为其它的这些标志物不能明确区分铁死亡和某些其他细胞事件，如一般氧化应激。在治疗方面，我们可以预见，对脂质代谢和相关信号传导在铁死亡中的作用的进一步机理剖析将提供新的药物靶点、生物标志物和治疗策略 -- 铁死亡诱导剂作为单一药物或与其他靶向药物联合用于癌症治疗，铁死亡抑制剂作为治疗神经变性和缺血器官损伤的潜在药物。
