长春应化所姜秀娥研究员：单线态氧，铁死亡中“隐匿”的凶手

Fundamental Research 2022年第2卷第1期封面

单线态氧，铁死亡中“隐匿”的凶手

关键词：铁死亡，分子机理，磷脂过氧化，单线态氧，光谱分析

铁死亡是一种新型的细胞程序性死亡途径，其核心过程是铁依赖性磷脂过氧化反应。磷脂过氧化是一个复杂的生物化学过程，包含一系列自由基介导的链反应，由此产生的脂质活性氧的积累导致细胞死亡。这种独特的细胞死亡方式受到多种细胞代谢途径以及与疾病相关的各种信号通路的调控。铁死亡的调控对于治疗耐药性癌症，缺血性器官损伤和其他与脂质过氧化相关的退行性疾病具有巨大潜力。然而，铁依赖性脂质过氧化的传播和代谢过程的下游分子事件仍有待阐明。

针对这一问题，中国科学院长春应用化学研究所姜秀娥团队应用多种谱学技术分析，揭示了通过铁离子依赖性的方式通过罗素机制产生的单线态氧是参与铁死亡的新型活性氧物种，研究结果在国家自然科学基金委员会主管、主办的 Fundamental Research 期刊上发表。研究发现，铁离子介导芬顿反应产生的羟基自由基能够诱发仿生磷脂膜发生过氧化，产生脂质氢过氧化物，进而通过铁离子依赖性的链式反应促进磷脂过氧化反应传播。产生的脂质过氧自由基可以进一步通过罗素机制产生单线态氧，进一步促进了脂质过氧化反应传播（图1）。原位谱学分析揭示尽管单线态氧的产生量约占膜相关活性氧中的20%，但其却诱发了近50%的仿生膜结构破坏。因此，产生的单线态氧能够显著促进磷脂过氧化链式反应的传播和脂质活性氧的累积。这些结果表明，长久以来认为的两种过氧自由基之间的相互作用是脂质过氧化反应终止步骤的观点需要重新审视。另一方面，该研究为脂质过氧化链式反应和铁死亡提供了新的认识。

图1. 脂质过氧化反应通过罗素机制产生的单线态氧显著促进磷脂过氧化链式反应的传播和脂质活性氧的累积，诱发细胞铁死亡。

以上内容节选自期刊Fundamental Research 2022年第1期发表的文章“X. Zhang, L. Wu, W. Zhen, et al., Generation of singlet oxygen via iron-dependent lipid peroxidation and its role in Ferroptosis, Fundamental Research 2(1)(2022) 66-73”。