高糖环境下，细胞的铁死亡与自噬的相爱相杀

导语

最常见的两种细胞死亡形式是坏死和凋亡。随着研究的不断深入，研究者发现了其他细胞死亡方式，如细胞自噬、坏死性凋亡、细胞焦亡、铁死亡等。其中，细胞自噬是一种程序性的细胞死亡，可以消除过度错误折叠的蛋白和受损的细胞器。而铁死亡是铁依赖性的、非细胞凋亡性的细胞死亡形式，以脂质活性氧堆积为特点。在高糖浓度和高浓度刺激后，细胞中会产生过量的活性氧（ROS），可导致ROS的过度积累，最终这个持续的氧化应激引发糖尿病。ROS的积累会促进细胞自噬依赖性死亡，而细胞发生铁死亡时，也会有ROS的积累，脂质过氧化，线粒体外膜破裂等表现。可见，细胞的自噬与铁死亡之间存在着微妙的关系。然而这种关系目前尚未有清楚的解释。那么，细胞自噬与铁死亡之间存在着怎样的相互联系和潜在机制呢？

论文信息

最近，中国农业大学的王军军教授在Journal of cellular physiology发表了一篇题为《SIRT3 deficiency is resistant to autophagy‐dependent ferroptosis by inhibiting the AMPK/mTOR pathwayand promoting GPX4 levels》的文章，报道了Sirt3沉默可以通过阻止AMPK/mTOR通路并促进GPX4的表达来抑制自噬依赖性铁死亡。对自噬和铁死亡的相互关系做出了新的阐述。

研究发现

1.高糖处理的HTR8/Svneo和pTr2细胞Sirt3的表达增多，Sirt3的过表达，引起铁死亡并促进自噬的激活。

2.利用western blot来检测在Sirt3沉默时，AMPK是否被激活，发现AMPK磷酸化的表达降低，同时mTORC1的活性增加，通过对自噬关键调控蛋白的检测，发现此时自噬受到抑制（图1）。

图1. Sirt3通过调节AMPK表达抑制自噬

3.当AMPK被抑制时，会降低Sirt3导致的铁死亡。

4.当Sirt3沉默时，通过GPX4 的蛋白表达增多来抑制高糖诱发的细胞铁死亡（图2）。

图2. Sirt3沉默时，GPX4过表达

Sirt3激活是细胞调整能量代谢的模式的一个重要机制，在细胞对代谢应激的适应性反应中有重要的作用。在本研究中，将人和动物的滋养细胞暴露于高糖环境中，显著降低细胞活力，引发细胞内ROS的聚集，导致细胞发生铁死亡。而Sirt3 可以通过调节AMPK的磷酸化，从而抑制mTOR活性来保护细胞，这与自噬的机制相一致，同时Sirt3沉默时显著降低了LC3B-II的积累和beclin1蛋白质表达，暗示Sirt3在自噬的调节过程中具有关键作用。另外，溶酶体功能障碍和不受控制或不适当的自噬参与铁死亡中的铁代谢障碍。另外有研究表明，AMPK在介导铁死亡中会引起 beclin1磷酸化， 这表明Sirt3通过激活 AMPK-mTOR 通路来诱导自噬，自噬被激活，导致脂质过氧化和铁积累，又诱导细胞发生铁死亡。同时Sirt3沉默时通过GPX4表达的增加来抑制铁死亡。综上所述Sirt3沉默通过抑制 AMPK/mTOR 通路和增加 GPX4 水平来抑制高糖诱导的滋养细胞的自噬依赖性铁死亡（图3）。

 图3. 自噬依赖性铁死亡的信号通路

更多的研究也表明，自噬和铁死亡之间存在相互联系，铁死亡的激活依赖于自噬的诱导，而铁死亡调节蛋白也可能参与调控自噬。

该实验研究证明了滋养层细胞在高糖处理后导致Sirt3 蛋白水平上调，这反过来通过激活自噬加剧了诱导铁死亡的化合物引发的铁死亡。并且Sirt3的过表达可以通过激活 AMPK-mTOR 途径引发自噬激活，促进铁积累和脂质过氧化，诱导铁死亡。同时，Sirt3 沉默时通过调节 GPX4 水平抑制铁死亡。因此，Sirt3沉默对高糖环境下Erastin诱导的滋养细胞自噬依赖性铁死亡有抑制作用，且通过抑制 MPK/mTOR 通路和增加 GPX4蛋白表达水平来实现。铁死亡和自噬之间的这种相爱相杀，为今后细胞死亡提供了新的研究方向和新的理论。

Dandan Han, Lili Jiang, Xiaolong Gu, Shimeng Huang, Jiaman Pang, Yujun Wu, Jingdong Yin, Junjun Wang. SIRT3 deficiency is resistant to autophagy-dependent ferroptosis by inhibiting the AMPK/mTOR pathway and promoting GPX4 levels. Journal of cellular physiology 2020, 235(11):8839-8851. DOI: 10.1002/jcp.29727. 

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