鐵死亡是近年來發(fā)現(xiàn)的一種新型細胞死亡方式，通常伴隨著細胞死亡過程中大量的鐵積聚和脂質(zhì)過氧化。鐵死亡的發(fā)生是鐵依賴性的，鐵死亡誘導(dǎo)因子可通過不同途徑直接或間接影響谷胱甘肽過氧化物酶（GPX），導(dǎo)致細胞抗氧化能力下降和脂質(zhì)活性氧積累，最終導(dǎo)致細胞氧化死亡。越來越多的證據(jù)支持神經(jīng)元鐵死亡是神經(jīng)退行性疾病的關(guān)鍵因素。神經(jīng)退行性疾病和認(rèn)知障礙中存在鐵穩(wěn)態(tài)失調(diào)、氧化應(yīng)激和GPX4抑制等鐵死亡發(fā)生的主要特征，下文將從這三個方面介紹鐵死亡與神經(jīng)退行性疾病的關(guān)聯(lián)。

Part 1 鐵穩(wěn)態(tài)

鐵離子對于神經(jīng)細胞的存活和分化起著重要作用。它是細胞色素、核酸等的重要組成部分，還參與神經(jīng)遞質(zhì)合成、線粒體呼吸、髓磷脂合成和硫簇蛋白合成等過程，對神經(jīng)系統(tǒng)正常運行至關(guān)重要。而衰老是神經(jīng)退行性疾病的主要風(fēng)險因素，伴隨著大腦鐵的積聚。大量證據(jù)表明，許多神經(jīng)退行性疾病的特征是在中樞神經(jīng)系統(tǒng)和/或外周神經(jīng)系統(tǒng)的特定區(qū)域積聚鐵。阿爾茨海默病（AD）患者嚴(yán)重受損的海馬體中的鐵水平顯著升高。帕金森病（PD）的主要病理生理特征是富含鐵的黑質(zhì)致密部多巴胺能神經(jīng)元的變性。肌萎縮側(cè)索硬化癥（ALS）是一種影響大腦皮層、脊髓和腦干運動神經(jīng)元的神經(jīng)退行性疾病。在ALS67的病變區(qū)域可以檢測到脊髓中大量的鐵積聚。因此，鐵被認(rèn)為是促進神經(jīng)退行性過程的重要因素。

鐵穩(wěn)態(tài)由鐵調(diào)節(jié)蛋白（IRPs：IRP1和IRP2）和鐵反應(yīng)元件（IRE）信號通路維持。IRPs可以與未翻譯區(qū)中含有IRE的RNA干環(huán)結(jié)合，以操縱靶mRNA的翻譯。然而，鐵可以與IRPs結(jié)合，導(dǎo)致IRPs與IRE分離，并改變靶轉(zhuǎn)錄物的翻譯。最近在淀粉樣蛋白前體蛋白（APP）和α-突觸核蛋白（α-Syn）轉(zhuǎn)錄物的5'-UTR中發(fā)現(xiàn)了IRE。IRPs可以下調(diào)α-Syn、APP和淀粉樣蛋白β肽（Aβ）的水平以及蛋白質(zhì)聚集，但在鐵積聚的情況下這些蛋白上調(diào)表達。研究發(fā)現(xiàn)，鐵螯合劑可抑制腦組織中IRE調(diào)節(jié)的APP和α-Syn的表達，對人類神經(jīng)退行性疾病具有治療意義。一種廣泛使用的鐵螯合劑去鐵胺（DFO），在動物研究中，可以抑制APP加工和Aβ聚集。而一種口服生物可利用的腦滲透性鐵螯合劑去鐵酮（DFP），被證明可以減輕神經(jīng)功能評分并改善鐵相關(guān)的神經(jīng)退行性變癥狀。

Part 2 氧化應(yīng)激

腦組織因高代謝活性特別容易受到氧化應(yīng)激的影響。氧化應(yīng)激增加也是多種神經(jīng)退行性疾病的共同特征。研究發(fā)現(xiàn)，通過使用抗氧化劑可以抑制鐵死亡，從而干預(yù)并減緩神經(jīng)退行性疾病病程發(fā)展。在三種常用的帕金森病嚙齒類動物模型中，一種天然多酚虎杖苷（piceid）能通過選擇性調(diào)節(jié)谷胱甘肽（GSH），丙二醛（MDA）以及超氧化物歧化酶（SOD）等抗氧化因子的水平發(fā)揮抗氧化活性并減弱多巴胺能神經(jīng)退行性變。此外，神經(jīng)元膜富含易于氧化的多不飽和脂肪酸（PUFA），因此脂質(zhì)過氧化可能導(dǎo)致與神經(jīng)退行性變相關(guān)的氧化應(yīng)激。氘化多不飽和脂肪酸（D-PUFA）可有效降低阿爾茨海默病APP/PS1轉(zhuǎn)基因小鼠模型中的脂質(zhì)過氧化和Aβ水平。α-硫辛酸（ALA）是一種脂溶性和水溶性抗氧化劑，也是一種具有降低脂質(zhì)過氧化特性的天然酶輔因子，可抑制鐵死亡，顯著緩解P301S tau轉(zhuǎn)基因小鼠的AD病理癥狀。在P301S-tau轉(zhuǎn)基因小鼠中，ALA通過減少tau過表達和過度磷酸化誘導(dǎo)的鐵積聚、脂質(zhì)過氧化和上調(diào)表達谷胱甘肽過氧化酶4（GPX4），有效抑制認(rèn)知能力下降（圖1）。

圖1. ALA在抑制Tau磷酸化和鐵死亡引發(fā)的神經(jīng)元丟失中的作用

（圖片來自《Redox Biol.》）

Part 3 鐵死亡抑制因子GPX4

鐵死亡抑制因子GPX4在神經(jīng)元鐵死亡中發(fā)揮著重要作用。GPX4是一種多功能蛋白質(zhì)，能夠減少過氧化的脂質(zhì)，這種減少膜內(nèi)脂質(zhì)過氧化的特性決定了其在抑制鐵死亡中的主要作用。

圖2.  GPX4丟失導(dǎo)致神經(jīng)退行性變

（圖片來自《Redox Biol.》）

2021年，Ruilin Tian, Anthony Abarientos團隊發(fā)現(xiàn)在氧化應(yīng)激條件下神經(jīng)元傾向于發(fā)生鐵死亡，通過對iPSC分化的人類神經(jīng)元在正常條件和氧化應(yīng)激條件進行全基因組篩選，發(fā)現(xiàn)鐵死亡抑制因子GPX4及GPX4合成通路上的基因是神經(jīng)元在氧化應(yīng)激刺激條件下生存所必需的。此外，神經(jīng)元中GPX4靶向突變會導(dǎo)致小鼠的神經(jīng)元毒性和神經(jīng)元快速死亡，并伴有多種鐵死亡特征。靶向敲除成年小鼠前腦神經(jīng)元中GPX4會導(dǎo)致AD樣認(rèn)知障礙和神經(jīng)退行性變（圖2），這些認(rèn)知障礙和退行性變可被脫鐵抑制劑減弱。此外，GPX4的表達可能在PD病理學(xué)中發(fā)揮神經(jīng)保護作用。研究表明，GPX4在黑質(zhì)神經(jīng)元中的上調(diào)，與帕金森腦紋狀體營養(yǎng)不良軸突的相關(guān)性，表明其可能具有神經(jīng)保護作用。

硒水平是GPX4活性的關(guān)鍵因素，在AD患者中，硒水平可能與疾病的病理進展有關(guān)。硒阻斷脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物4-羥基壬烯醛（HNE）誘導(dǎo)的β分泌酶（BACE1）轉(zhuǎn)錄，從而減弱Aβ的產(chǎn)生，并保護原代培養(yǎng)的神經(jīng)元免受aβ介導(dǎo)的毒性影響。在百草枯誘導(dǎo)的大鼠PD模型中，硒喂養(yǎng)也可以減少運動遲緩和DNA損傷。

云克隆可提供上述研究中涉及到的阿爾茨海默?。ˋD）動物模型以及帕金森?。≒D）動物模型。

帕金森病(PD)小鼠模型

建模方法：
腹腔注射 MPTP 20mg/kg/d，連續(xù)注射14天。對照組使用等體積生理鹽水進行腹腔注射，操作及注意事項相同。MPTP 給藥結(jié)束后，模型建立成功。
藥物給以相應(yīng)的藥物處理；正常組、PD模型組使用等體積PBS進行腹腔注射，操作及注意事項相同。

阿爾茨海默病(AD)大鼠模型

建模方法：

麻醉大鼠，麻醉后繼而固定于腦立體定位儀上。按照大鼠腦立體定位圖譜，以前囟為零起點，前囟后3.5mm處為穿刺點，中線右側(cè)旁開2mm，而后牙科鉆鉆開顱骨，采用微量注射器自腦表面垂直進針3mm，即：(AP=-3.5mm, ML=2.0mm, DV=3.0mm)，雙側(cè)海馬CA1區(qū)緩慢勻速注射Aβ1-40各10μg(1μL)，留針5min，退針后縫合傷口。造模后3d后，開始尾靜脈注射，注射生理鹽水，大鼠每只給藥100μL/次/d，連續(xù)給藥21天后，進行水迷宮行為學(xué)檢測。

云克隆還開發(fā)了上述研究中涉及到的相關(guān)靶標(biāo)的蛋白、抗體以及試劑盒產(chǎn)品。靶標(biāo)及核心貨號如下，供參考。