【思路解读】一篇 10 分 SCI 文章，教你入手「铁死亡」的国自然课题设计思路

「铁死亡」是一种铁依赖性的，不同于凋亡、坏死、自噬的新型细胞程序性死亡方式。自「铁死亡」被人们发现伊始，就以一己之力摧枯拉朽般地激起了广大研究人员的研究狂潮，且被关注热度逐年升温，俨然成为了当前的热点话题。

今天，笔者将带领大家了解一下什么是「铁死亡」，以及盘点一下「铁死亡」的相关研究进展。

同时，引用一篇近期发表于著名期刊《PNAS》的 SCI 文章，将该文章在热点「铁死亡」方面的详细研究设计思路和实验过程分享给大家。希望通过对这一国自然热点话题文章的解读给大家带来些许启发，以期为大家成功中标 2021 年国自然尽上绵薄之力！

一、「铁死亡」简介

1. 什么是「铁死亡」

「铁死亡」，是 2012 年由 Dr. Brent R Stockwell 实验室首次发现的一种铁离子依赖性的非凋亡性细胞坏死。

「铁死亡」是依赖铁离子及活性氧诱导脂质过氧化导致的调节性细胞坏死，其在形态学、生物学及基因水平上均明显不同于凋亡、坏死、自噬等其他形式的调节性细胞坏死。

使用小分子物质（Fer-1）可以抑制细胞「铁死亡」，而坏死抑制剂却不能抑制细胞调节性细胞死亡 [1]。

图片来源：参考文献 1 Figure 4

2. 「铁死亡」的相关通路

「铁死亡」的发生和执行依赖氨基酸、脂质和铁代谢的相互作用，但「铁死亡」的敏感性也受到其他一些途径和过程的调节 [2]。

图片来源：参考文献 2 Figure 2

3. 「铁死亡」通路相关的关键代谢物与酶

「铁死亡」通路涉及许多关键的代谢物和酶，其中包括谷氨酸（Glu）水平对胱氨酸（Cys）输入的调节、脂质代谢调节，以及铁催化自由基介导脂质氧化连锁反应等 [3]。

图片来源：参考文献 3 Figure 1

4. 「铁死亡」与疾病

「铁死亡」可引起神经系统疾病、心脏病、肝病、胃肠道疾病、肺部疾病、肾脏疾病和胰腺疾病等 [4]。

图片来源：参考文献 4 Figure 1

二、研究趋势分析

根据 2020 年国家自然科学基金查询系统显示，2020 年与「铁死亡」相关的国自然标书有 128 篇，可谓是新兴的研究热点！

图片来源：2020 国家自然科学基金查询系统

从受资助的「铁死亡」相关项目来看，大多数研究都是将「铁死亡」作为一种新型信号通路，用来调控疾病的发生与发展。

图片来源：2020 国家自然科学基金查询系统

那么「铁死亡」对疾病的调控作用，应当如何设计实验方案来验证呢？

三、相关文献解读

接下来，给大家安利一篇 2020 年发表于《PNAS》的文章，题目为「Oncogenic activation of PI3K-AKT-mTOR signaling suppresses ferroptosis via SREBP-mediated lipogenesis」。

该文章首次揭示了 PI3K-AKT-mTOR 信号的高活性突变通过 SREBP1/SCD1 介导的脂肪生成保护癌细胞免受氧化应激和「铁死亡」的影响，为治疗携带 PI3K-AKT-mTOR 通路致瘤突变的癌症患者提供了一种潜在的治疗手段 [5]。

参考文献 5 标题

具体研究思路及方法从以下几个方面展开：

1. PI3K-AKT-mTOR 信号通路致癌激活赋予癌细胞对铁死亡的抗性

首先，为了研究「铁死亡」和癌症中频发突变的信号通路与功能学之间的关系，研究者分析了一组具有明确遗传突变的人类癌细胞系。

研究发现，带有 PIK3CA 激活突变或 PTEN 缺失的癌细胞似乎对 RSL3（GPX4 抑制剂）有更强的抵抗力，这些突变导致 PI3K-AKT 信号传导通路的激活。

为了确定对「铁死亡」的抗性是 PI3K-AKT 信号通路激活的结果，研究者通过药理学手段抑制了该通路，发现 PI3K 抑制剂 GDC-0941 和 AKT 抑制剂 MK-2206 均使 BT474 和 MDA-MB-453 细胞（均具有该通路的激活突变）对「铁死亡」敏感，表明 PI3K-AKT-mTOR 通路的持续激活可保护癌细胞免受细胞「铁死亡」。

图片来源：参考文献 5 Figure 1

2. mTORC1，而不是 mTORC2，可以抑制「铁死亡」

mTOR 信号传导可经由 mTORC1/mTORC2 所介导，为确定「铁死亡」的发生是通过何靶点所调控，研究者利用了可抑制 mTORC1 活性的雷帕霉素类似物 Temsirolimus（CCI-779）进行实验，发现 CCI-779 可以使癌细胞对「铁死亡」敏感。

由于 CCI-779 和 mTOR 催化抑制剂 Torin 都可以恢复癌细胞对「铁死亡」的敏感性，研究者假设 mTORC1 而不是 mTORC2，负责具有 PI3K-AKT 通路突变癌细胞的抗性。

研究发现，短发夹 RNA 介导的 RAPTOR（mTORC1 的组成部分）沉默使 MDA-MB-453 和 BT474 细胞对 RSL3 诱导的「铁死亡」敏感，而 RICTOR（mTORC2 的组成部分）沉默不能。

图片来源：参考文献 5 Figure 2

3. NRF2 不是 mTORC1 抑制「铁死亡」的主要介质

随着研究的不断进行，研究者还发现 RSL3 诱导的 NRF2 积聚可以被 Torin 治疗所消融，但 HT1080 细胞中的 NRF2 基因敲除只是温和地增强了 erastin（xc-半胱氨酸/谷氨酸逆向转运蛋白系统的化学抑制剂）诱导的铁死亡，而对 RSL3 诱导的「铁死亡」没有产生明显影响。

这些结果表明，mTORC1 抑制对「铁死亡」的增敏作用主要是通过 NRF2 的非依赖性机制所实现。

图片来源：参考文献 5 Figure 3

4. mTORC1 通过上调 SREBP1 抑制「铁死亡」

那么，mTORC1 是如何抑制「铁死亡」的呢？

研究者随后进一步研究了 mTORC1 的下游靶标 SREBP1，发现在多种 RSL3 抵抗的癌细胞类型中，mTORC1 抑制剂 CCI-779 可使 SREBP1 成熟形式水平降低。与此同时，Fatostatin A (SREBP 抑制剂) 或 CRISPR/cas9 导致的 SREBF1 基因缺失均使这些细胞对「铁死亡」敏感。

此外，在 SREBF1 敲除细胞中，mTOR 抑制剂（Torin 和 CCI-779）、PI3K 抑制剂（GDC-0941）和 AKT 抑制剂（MK-2206）都未能进一步增强 RSL3 诱导的「铁死亡」。

这些结果说明 mTORC1 通过上调 SREBP1 导致癌细胞对「铁死亡」产生抗性。

图片来源：参考文献 5 Figure 4

5. SREBP1 通过活化 SCD1 保护细胞免受「铁死亡」

SREBP1 作为一种转录因子，可以调控多个脂质合成相关基因，如 ACLY、ACACA、FASN 和 SCD。

在带有 PI3K-AKT-mTOR 通路突变的受试细胞系中，SREBF1 敲除比其他靶标更显著地降低了硬脂酰 CoA 去饱和酶-1（Stearoyl-CoA desaturase-1，SCD1）的表达。

这一结果和最近报道的 SCD1 抗「铁死亡」功能共同提示了研究者：SCD1 是否是介导「铁死亡」抗性的 SREBP1 主要下游靶标。

研究发现 SCD1 抑制剂 CAY10566 使癌细胞对 RSL3 诱导的「铁死亡」敏感，而且 CRISPR/Cas9 介导的 SCD 敲除也会增加细胞对「铁死亡」的敏感。

因而，得出了 SREBP1 主要通过上调 SCD1 来保护癌细胞免于「铁死亡」的结论。

图片来源：参考文献 5 Figure 5

6. mTORC1 抑制与「铁死亡」联合导致体内肿瘤消退

为了探索联合 mTORC1 抑制与「铁死亡」的癌症治疗潜力，研究者分析了两种人类癌症小鼠异种移植模型。

首先，研究者在 PI3K 突变的 BT474 乳腺癌细胞中通过强力霉素（Dox）诱导产生了 GPX4 敲除，发现尽管 CCI-779 减慢了肿瘤的生长，但 Dox 治疗与 CCI-779 联合却使肿瘤几乎完全消退。

在另一种小鼠模型中，研究者使用 imidazole ketone erastin（IKE）诱导肿瘤细胞「铁死亡」，PTEN 缺陷的 PC-3 前列腺癌细胞用于产生异种移植肿瘤，发现仅利用 IKE 对肿瘤生长没有影响，但将其与 CCI-779 联合使用可导致肿瘤显著消退。

总的来说，联合 mTORC1 抑制与「铁死亡」是 PI3K-AKT-mTORC1 通路激活癌变非常有前途的治疗方法。

图片来源：参考文献 5 Figure 6

以上就是本文对「铁死亡」与相关肿瘤的全部研究过程，该研究发现了 PI3K-AKT-mTOR 信号通路的致癌激活通过 SREBP1 介导的脂肪生成抑制「铁死亡」，同时，对该通路的抑制可使癌细胞对「铁死亡」敏感。

从机制上讲，癌细胞对「铁死亡」的这种抗性需要依赖 mTORC1 持续激活及 SREBP1 上调。此外，SREBP1 的转录靶标 SCD1 上调也是癌细胞免受「铁死亡」的条件。

更值得一提的是，该研究发现在 PI3K 突变的乳腺癌和 PTEN 缺陷型前列腺癌的异种移植小鼠模型中，mTORC1 抑制与「铁死亡」联合应用可导致肿瘤几乎完全消退。

该研究不仅揭示了调控「铁死亡」的机制，更为治疗 PI3K-AKT-mTOR 通路致癌突变的癌症患者提供了一种潜在的癌症治疗方法。

希望大家通过此文，能够增加对「铁死亡」的了解，并产生一定的课题设计思路。

最后，祝大家早日中标国自然！