本文选自NCB，2013年，讲述了铁和ROS在细胞死亡中的作用
过渡金属铁对生命至关重要，但在富氧环境中，潜在的有毒铁催化活性氧是不可避免的。铁和活性氧越来越被认为是各种生物体和病理情况下细胞死亡的重要引发剂和介质。在这里，我们回顾了最近关于铁和活性氧参与细胞死亡机制的发现。我们描述了铁在触发细胞死亡中的不同作用，介导细胞死亡的铁依赖性活性氧的靶点和一种新的铁依赖性细胞死亡形式，称为铁死亡。最近在理解铁和活性氧在细胞死亡中的作用方面的进展提供了意想不到的惊喜，并提出了治疗癌症、器官损伤和退行性疾病的新治疗途径。
铁与活性氧的形成和破坏密切相关，活性氧是部分还原的含氧分子的总称，包括超氧化物(O2-)、过氧化物(H2O2和ROOH)和自由基(HO和RO)(图1a，b)。虽然一定量的铁和活性氧对正常细胞和器官功能至关重要，但铁、活性氧或两者的异常积累与数量惊人的急性创伤和慢性退行性疾病有关。因此，了解铁和活性氧是如何导致细胞死亡的，以及是否可以控制这些物质的水平以达到理想的治疗效果是非常有趣的。
细胞内铁催化活性氧的来源
铁和铁衍生物(例如，血红素或铁-硫[铁-硫]簇)被结合到ROS产生酶中，并且是ROS产生酶的功能所必需的，例如烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氢化物(NADPH)氧化酶(NOXs)、黄嘌呤氧化酶、脂氧合酶(LOXs)、细胞色素P450酶和线粒体电子转运链的亚单位(图1a，b)。在过氧化物酶体中发现的过氧化氢酶的活性位点也发现了铁(图1b)。(真核细胞的)胞质溶胶和线粒体基质中存在少量不稳定(‘松散配位’，‘氧化还原活性’)Fe2+；溶酶体还含有一个氧化还原活性铁池，细胞外来源，以及铁蛋白和富含铁的细胞内细胞器如线粒体的分解代谢。这些氧化还原活性铁池能够通过芬顿化学反应直接催化有害自由基的形成(图1a，b)。由于这个原因，铁螯合剂如去铁酸盐、去铁酮、去铁胺和氯喹啉已经提出作为与铁或活性氧积累相关的各种病理的治疗方法。铁依赖性产ROS酶和不稳定铁都被认为是导致ROS依赖性细胞损伤和死亡的原因。这是如何发生的是一个新兴的研究领域，在很大程度上是由于难以确定与死亡相关的活性氧的目标和作用以及铁积累对细胞功能的影响。下面我们考虑一下这些方面的最新进展。
ROS影响增殖及活力的直接靶标
超氧化物的靶标
对超氧化物和其他活性氧的破坏作用的研究在大肠杆菌等细菌中进展最大。在这里，可以在特定的环境条件下，在没有特定抗氧化酶的情况下生长细胞，从而使超氧化物从内源积累。由于氨基酸合成受损，缺乏超氧化物歧化酶活性的突变体的生长受到抑制。这种生长抑制是由于超氧化物对a，b-二氢异戊酸脱氢酶的酶促必需的、暴露于溶剂的[4Fe-4S]簇的攻击，使得剩余的[3Fe-4S]+簇处于非活性状态7(图2)。超氧物攻击还会释放游离铁，它可以结合DNA并催化芬顿化学依赖的DNA损伤(图2)。在真核生物中，线粒体活性氧积累似乎可能以类似的方式通过干扰必需代谢(例如，柠檬酸循环中[铁-硫]-依赖性乌头酸脱水酶8的失活)和铁的释放来触发细胞死亡和线粒体DNA损伤
与氧化剂诱导损伤的高度保守途径的存在相一致，缺乏线粒体超氧化物歧化酶2(Sod2–/–)的小鼠出生后不久就死亡，并伴有各种生化缺陷，这些缺陷可追溯到超氧化物介导的线粒体酶失活，包括乌头酸酶和电子转运链的复合物I和II。然而，内源性超氧化物(或其超氧化物歧化产物H2O2)的目标来源于在诸如兴奋毒性细胞死亡或细菌诱导的结肠上皮细胞死亡过程中NOX酶的异常激活，例如，这是完全未知的，并且是一个主要的开放研究问题。
H2O2的靶点
对细菌的研究最近阐明了H2O2的靶点，H2O2的失活在各种条件下损害了细胞的生长和生存能力。大肠杆菌突变株(Hpx –)缺乏所有三种主要的H2O2降解酶，即catalases KatG和KatE以及过氧化物清除酶Ahp，这使得有可能检测与内源性产生的H2O2(通常约1mM)积累相关的影响。由于芬顿化学依赖的DNA损伤，阻止了HPX-的生长，如果Hpx-中H2O2应激反应转录因子OxR或DNA修复酶RecA缺失，它们就会死亡。在正常培养基中，由于异丙基苹果酸异构酶(一种参与亮氨酸生物合成的含[4Fe-4S]簇的脱水酶)的氧化失活，Hpx细胞不能增殖。其他含[铁-硫]的脱水酶(6-磷酸葡萄糖酸脱水酶和富马酸酶A和B)在Hpx细胞中也同样失活。在Hpx细胞中，H2O2还直接破坏负责合成[Fe-S]簇(Isc系统)的酶，并使一类单核铁酶失活，包括核酮糖-5-磷酸-3-差向异构酶、肽脱甲酰基酶、苏氨酸脱氢酶和胞嘧啶脱氨酶，这些酶现在已知在体内中使用铁。鉴于细胞内金属蛋白酶体的定义不明确，很可能还有其他含铁的酶易受ROS介导的失活影响有待发现。这些额外的铁依赖性酶的失活可能会以特定的方式阻止生长或引发死亡。
在真核生物中，过氧化物胁迫导致细胞死亡的直接目标更难识别。培养的癌细胞暴露于外源性H2O2或含过氧化物桥接的小分子青蒿琥酯可通过需要溶酶体铁的过程触发铁依赖性(即，可被铁螯合剂抑制)凋亡细胞死亡，但该途径的体内相关性仍不清楚。虽然目前还没有与细菌Hpx菌株相当的菌株，可以用于检查内源性H2O2积累对细胞活力的影响，但脂质过氧化物积累的影响可以在缺乏必需脂质过氧化物代谢酶谷胱甘肽过氧化物酶4(Gpx4)的小鼠中进行研究。结果表明，在缺乏Gpx4的情况下，无节制的脂质过氧化物积累触发了涉及铁依赖性LOX酶的非凋亡细胞死亡途径。
ROS介导细胞死亡
在细菌中，ROS的积累可以通过直接抑制特定的必需代谢酶和引起DNA损伤来阻止细胞生长或引发死亡。在真核生物中，情况更复杂，因为活性氧可以作为由其他酶引发的细胞死亡的介质。在这里，我们回顾了一些不同的方式，活性氧已被发现以这种方式导致死亡。
线粒体超氧化物的异常积累
在一些真核物种中，线粒体衍生的活性氧与细胞死亡的诱导直接相关。在单细胞真核酿酒酵母中，高度保守的AAA ATPase Cdc48/VCP(CDC48S565G)中的点突变特异性地破坏Cdc48和Vms1之间的相互作用，这是Cdc48定位于受损线粒体所必需的。在缺乏适当的Cdc48线粒体定位的情况下，受损的线粒体产生高水平的活性氧，最终导致细胞死亡，其许多特征使人想起凋亡。CDC48S565G突变体中的克隆生长是通过用自由基自旋陷阱n-叔丁基-α-苯基硝酮或(2，2，6，6-四甲基哌啶-1-基)氧基(TEMPO)处理、通过线粒体电子链复合物III的抑制剂、通过消除线粒体DNA(mtDNA)或通过在缺氧环境中孵育细胞来挽救的，这表明即使在简单的真核生物中，细胞死亡也可以由ROS积累触发。线粒体活性氧的过量产生如何触发该系统的死亡尚不清楚，但对这个问题的更好理解可能与理解与Cdc48/VCP突变相关的人类疾病有关。
在哺乳动物中，线粒体活性氧介导的促死亡途径的证据最近从一项对母系遗传性耳聋的研究中获得，该耳聋是由于mtDNA点突变(A1555G，在12S rRNA基因中)导致体内内耳神经元凋亡29。A1555G突变导致线粒体核糖体超甲基化，这干扰了正常的线粒体翻译，直接导致线粒体超氧化物产生增加。活性氧随后激活逆行的线粒体至细胞核信号通路，包括腺苷酸激活的蛋白激酶(AMPK)和转录因子E2F1(图3a)。线粒体SOD2的过度表达抑制了含有A1555G突变的细胞中的AMPK激活、E2F1上调和凋亡死亡，表明线粒体超氧化物对触发这种致死途径至关重要。值得注意的是，在模拟动物体内A1555G突变效应的转基因小鼠模型中，这种致死途径的激活似乎仅限于经历死亡的细胞。确定其他活性氧依赖的逆行信号通路的激活是否能在体内其他细胞类型或情况下诱导细胞死亡将是有趣的。
线粒体ROS调节凋亡
在分子水平上，凋亡被细分为两个主要分支，内在途径和外在途径。在内源性凋亡途径中，不归位点涉及促死亡蛋白BAX和BAK的线粒体外膜通透性（MOMP）。MOMP导致线粒体促死亡效应物的释放，如血红素蛋白细胞色素c，其触发凋亡小体的形成，导致caspase-3和caspase-7的激活。细胞色素c通常与心磷脂结合，心磷脂是一种存在于线粒体内膜外表面的脂质。在凋亡刺激后观察到细胞色素c血红素蛋白自身的过氧化物酶活性对这种脂质的氧化，并认为这是随后的细胞色素c释放、caspase激活和死亡执行所必需的(图3b)。事实上，在大鼠创伤性脑损伤期间，心磷脂氧化是激活caspase-3/7依赖性神经元凋亡所必需的。一个主要问题仍然是引发心磷脂氧化的信号的性质。有人认为，BAX插入线粒体外膜增强了细胞色素c的过氧化活性，但需要进一步的工作来确定这一机制。
当试图理解ROS在细胞凋亡执行中的作用时，一个复杂的因素是它们最有可能在细胞色素c释放和caspase激活的上游(如上所述)和下游都有作用(图3b)。至少在体外，通过半胱天冬酶介导的线粒体电子传递链复合物I亚单位NDUFS1 (p75)的切割，线粒体活性氧的产生在半胱天冬酶激活的下游得到增强，NDUFS1是一种含铁/硫的蛋白质。切割的NDUFS1产生ROS，ROS起到放大线粒体中凋亡信号的作用，并且不可消除的NDUFS1蛋白的表达减缓但不能防止凋亡死亡的发生34。此外，据观察，细胞色素c的释放一旦在细胞的一部分开始，就高度同步36。最近有人提出，细胞色素c的同步释放是由线粒体发出的ROS波协调的，ROS波扫过凋亡细胞。这些同步活性氧的来源、目标和作用仍有待确定，但一个合理的模型是，在细胞一个区域的凋亡过程中早期切割的NDUFS1亚单位产生的超氧化物促进了心磷脂过氧化和细胞色素c在细胞其他区域的释放。
铁及ROS作为细胞死亡的执行者
坏死性凋亡
坏死是最近描述的一种非凋亡细胞死亡形式，可在某些细胞中因肿瘤坏死因子、FAS配体和其他刺激而触发，似乎与大脑和肾脏缺血再灌注损伤(IRI)后观察到的病理性细胞死亡特别相关。在培养的小鼠细胞中，坏死可能包括作为终末事件的线粒体活性氧产生的增加。已经初步提出了两个过程来解释这些细胞中线粒体活性氧的增加:(1)信号转导子和转录激活子3 (STAT3)与线粒体电子传递链复合物I亚基GRIM-19(也称为NDUFA13)之间的受体相互作用蛋白激酶1(RIP1)磷酸化依赖性相互作用，导致线粒体呼吸和活性氧产生的增加，（2）RIP3与谷氨酸-氨连接酶(GLUL)、谷氨酸脱氢酶1(GLUDI1)和糖原磷酸化酶(PYGL)之间的物理相互作用，这可能增强能量代谢和线粒体活性氧的产生。其他人认为，至少在肿瘤坏死因子刺激的细胞中,细胞表面的NOX复合物与肿瘤坏死因子受体相互作用，事实上是坏死时死亡诱导活性氧的更重要来源。无论来源如何，这些活性氧如何促进细胞死亡仍有待确定。也有一些证据表明，不稳定的铁水平调节坏死，但这些结果在很大程度上仅限于体外研究的一种细胞类型(小鼠L929纤维肉瘤)。最后，来自人类Jurkat和其他细胞的数据表明，没有活性氧也可以发生坏死,进一步阐明坏死途径有望成为未来几年细胞死亡研究最活跃的领域之一。
铁死亡：最近在哺乳动物癌细胞和成纤维细胞中描述了一种称为铁死亡的铁依赖性氧化细胞死亡形式。铁死亡可由结构多样的小分子(例如伊拉斯汀、柳氮磺胺吡啶和RSL3)触发，在形态学、生物化学和遗传学上不同于凋亡、自噬和报告的坏死形式。铁死亡可通过亲脂性抗氧化剂(如trolox和维生素E)和铁螯合剂(如去铁胺)来预防，但不能通过众所周知的凋亡、坏死或自噬小分子抑制剂来预防；这种敏感性模式定义了这种类型的死亡，在目前所研究的所有情况下都是如此。有趣的是，通过去铁胺的铁螯合还可以防止H2O2和青蒿琥酯诱导的溶酶体铁介导的死亡(如上所述)，但这两种致死触发因素不会导致铁中毒。这突出了一个重要的观点:并非哺乳动物细胞中所有铁螯合剂敏感的细胞死亡都涉及相同的致死过程。一种可能的解释是，不同的铁物种(例如，不稳定的与酶结合的[铁-硫]和血红素)或铁池(例如，溶酶体对线粒体对细胞质)参与介导对不同致死刺激的独特细胞死亡表型。钴可以从含铁单核酶的活性位点置换铁，我们推测一种或多种对铁死亡至关重要的含铁酶通过铁螯合或活性位点铁被活性较低的钴原子置换而失活。在这方面，一个有趣的候选物是PHD1(也称为EGLN2)，一种O2-，2-氧戊二酸-和铁依赖性酶。在一个模拟铁死亡(如下所述)许多特征的神经元细胞死亡模型中，PHD1被证明是细胞死亡的关键，也是解释铁螯合介导的死亡抑制的候选靶点。PHD1的铁依赖性羟化酶活性是否以及如何导致铁死亡需要进一步分析，但在上述研究中，它被证明与对这种酶的典型靶标HIF-1的影响无关。另一个候选者是铁依赖的脂质修饰酶的LOX家族(图1b)。这些酶被谷胱甘肽耗竭激活，被铁螯合抑制。LOX酶的激活也与下文描述的相关细胞死亡途径有关。
氧化性谷氨酸毒性
铁死亡似乎与另一种称为氧化谷氨酸毒性(或氧化病)的死亡表型密切相关。当某些脑细胞在没有胱氨酸的情况下培养或用高浓度谷氨酸盐(或谷氨酸盐类似物)处理时，观察到氧化谷氨酸盐毒性，从而抑制系统xc-功能。与伊拉斯汀和柳氮磺吡啶治疗肿瘤细胞的情况类似，高水平的谷氨酸导致谷胱甘肽耗竭和氧化细胞死亡，这可以通过铁螯合来抑制。然而，在神经元细胞中观察到的氧化谷氨酸毒性需要膜脂损伤下游的额外事件来发生细胞死亡，包括LOX激活、Ca2+流入细胞，线粒体ROS产生增多，线粒体碎片化及线粒体凋亡诱导因子释放（AIF）.后者这一种情况在经历缺铁的癌细胞和成纤维细胞中是不必要的。一种可能性是，细胞类型之间可氧化膜脂质的可用性或膜修复酶活性的差异，或两者的差异，解释了与铁死亡相比，氧化谷氨酸毒性中这些额外下游事件的需求。
不管具体的机制关系如何，更好地理解谷氨酸铁和氧化毒性机制可能具有重要的医学意义。在暴露于高谷氨酸盐或缺乏胱氨酸的早产儿少突胶质细胞中观察到铁依赖性氧化细胞死亡表型。在神经系统内，这些前髓鞘细胞的丢失导致脑室周围白质软化症(PVL病)，这种疾病的特征是大脑内白质病变，是大脑麻痹发展的前兆。在大脑中，系统xc-表达在脑室周围区域最高，靠近通常在PVL中观察到白质损伤的区域，这可能是为了支持对高氧化脑脊液施加的氧化应激的增强防御。过量谷氨酸对xc-介导的胱氨酸输入系统和谷胱甘肽合成的抑制可能导致早产儿的铁死亡；因此，专门针对这一过程是治疗PVL的一个可能途径。
铁引发或者介导了细胞死亡信号
虽然特定的ROS产生酶在细胞死亡中的作用越来越清楚，但铁本身的作用却不是。下面，我们重点介绍铁似乎作为细胞死亡的引发剂或介质起直接作用的例子。
遗传性血色病中的细胞内慢性铁积聚：在人类中，HFE病(血色病)、HFE2(血色病2型(幼年型))、TFR2(转铁蛋白受体2)和HAMP病(铁调素抗菌肽)的隐性突变导致饮食中铁的过度吸收和组织铁负荷，导致一系列不良后果，包括肝硬化、心力衰竭和癌症。这种病理，最明显的是心肌病，与在缺乏线粒体超氧化物歧化酶的小鼠中观察到的病理有一定程度的重叠。以及缺乏线粒体铁伴侣frataxin的动物，这导致了铁依赖的、ROS介导的对线粒体酶和线粒体功能的损伤可能是铁超载诱导的病理生理学的根源。该模型与最近的报告相一致，该报告表明与膳食铁超载相关的肝脏毒性可以通过线粒体靶向抗氧化剂来改善。然而，重要的是，高水平的铁并非普遍对细胞增殖和生存能力有害，事实上与许多癌症有关，包括在一些患有遗传性血色病本身的患者中观察到的肝细胞癌。无论是通过细胞对组织微环境的非自主效应，还是通过细胞对突变状态、铁依赖性酶功能或细胞信号的自主效应，理解和区分促进细胞死亡的细胞内铁超载效应和促进某些组织和细胞类型中细胞增殖或存活的细胞内铁超载效应都很重要。
神经变性中的细胞内慢性铁积聚：越来越多的神经退行性疾病与神经细胞内异常水平的铁积聚有关。铁在帕金森病中的作用可能是最容易理解的。在帕金森病的情况下，铁的积累与Tau蛋白的耗竭有关，Tau蛋白是通过铁转运蛋白-淀粉样前体蛋白(APP)复合物输出铁所必需的。帕金森病患者和接受神经毒素(MPTP)治疗的小鼠中的Tau蛋白水平与细胞内铁的水平呈反比。铁积累与疾病进展有因果关系，因为铁螯合剂治疗或铁蛋白的过度表达可以减轻Tau敲除或MPTP治疗动物模型中的细胞损失和改善疾病症状。与遗传性血色病一样，一个主要的悬而未决的问题是铁的积累实际上是如何促进细胞死亡的，无论是通过增强的芬顿化学介导的损伤、铁依赖性酶的激活还是替代方法。
一个相关的问题涉及在帕金森病和其他神经退行性疾病中观察到的细胞类型特异性细胞死亡。最近观察到帕金森病中易变性的多巴胺能神经元群体产生特别高水平的线粒体ROS，我们推测，这些线粒体衍生的活性氧与增加的铁水平协同作用，选择性地将这些细胞推向死亡。有趣的是，铁螯合剂去铁酮和去铁胺通过自噬(有丝分裂)促进线粒体破坏。铁螯合剂触发的有丝分裂可以通过增强线粒体的清除来防止帕金森氏症和其他疾病中的神经元变性，线粒体是产生有害水平的活性氧的原因。这代表了一种有趣的“间接”机制，可以解释铁螯合剂在某些情况下减轻氧化应激的能力。
兴奋毒性中的急性细胞外铁内流：铁作为死亡信号传导介质的一个重要作用来自对小鼠初级皮质神经元群体对N-甲基-d-天冬氨酸(NMDA)的兴奋毒性死亡的分析。这一过程被证明需要通过铁转运蛋白二价金属转运蛋白1(DMT1)从细胞外输入铁，这在体外和最有可能在体内都是如此。NMDA治疗导致ROS产生增加和细胞死亡，这两者都被铁螯合减弱。将这些结果与显示NDMA诱导的死亡也需要氮氧化物衍生的超氧化物产生的数据进行协调和整合将是有趣的。一个有趣的可能性是，铁输入和氮氧化物衍生的活性氧协同增强有毒活性氧的产生，导致神经元死亡。
溶酶体急性铁释放作为坏死介质：铁作为死亡信号传导介质的另一个重要作用来自亲环素D依赖性坏死死亡的分析。亲环素D(由基因PPIF编码)是一种肽基-脯氨酰基顺反子异构酶，定位于线粒体基质，在体外和体内的各种情况下执行非凋亡坏死细胞死亡所需。亲环素D通过调节线粒体通透性转换孔复合体(mPTPC)的开放来控制死亡，溶酶体铁在mPTPC开放中的作用最近被提出。在不同的死亡情况下，如药物诱导的肝毒性和IRI病，从溶酶体释放的铁被线粒体吸收，并刺激亲环素D依赖性通透性转换孔开放，最终导致死亡。这样的模型解释了铁螯合剂保护免受IRI和相关损伤的能力，但是无数的问题仍然没有答案。例如，在IRI过程中触发溶酶体铁释放的信号的性质，铁如何进入线粒体，以及过量的线粒体铁如何实际上增强通透性转换孔径都有待解决。
无活性氧的铁依赖性死亡：在目前所考虑的例子中，铁被认为或被假定通过活性氧的积累引发细胞死亡。野生型酿酒酵母细胞可以在有氧条件下，在生长培养基中高达10mM的铁存在下正常生长，这表明暴露于如此高的浓度不一定对真核细胞有毒。在细胞内，高浓度的铁激活转录因子Yap5，导致空泡铁转运蛋白Ccc1的表达，从而促进空泡内铁的螯合，空泡是功能上等同于后生动物溶酶体的结构。缺乏Ccc1的酵母菌(ccc1D突变体)积累高水平的细胞溶质铁，并且在存在高浓度外源铁的情况下不能生长。有趣的是，ccc1D突变体的生存能力不能通过抗氧化酶(如Sod1、Sod2或过氧化氢酶)的过度表达或厌氧条件下的生长来恢复，这表明铁催化的活性氧产生可能不能解释这种生物体中铁超载的致死效应。
对这些观察结果提出了两种可能的解释。首先，高水平的细胞溶质铁可能有利于必需酶的错配和失活(例如，插入铁代替类似的金属，如锰)。第二，铁超载诱导的死亡可能激活特定的致死途径(图5)。最近，发现7mM氯化铁的致死性被天然产物肉豆蔻素或内质网驻留蛋白Orm2和Orm1的过表达所抑制。肉豆蔻素是丝氨酸棕榈酰转移酶复合物的天然产物抑制剂，丝氨酸棕榈酰转移酶复合物是鞘脂产生途径中的第一种酶。Orm2和Orm1蛋白是丝氨酸棕榈酰转移酶功能的高度保守负调节因子。高铁水平促进鞘脂长链碱基和长链磷酸碱基的积累，这些增加被Orm2过表达或肉豆蔻素处理抵消。高水平的鞘脂长链碱基刺激Phk1-Ypk1-Smp1蛋白激酶途径，该途径对致死性至关重要，独立于已建立的酵母死亡效应物，如Mca1和Mma111。高铁如何激活鞘脂的产生，鞘脂如何增强激酶途径的活性，以及激酶途径的激活如何引发死亡还有待确定。鉴于Orm2和Orm1在鞘脂生物合成中的功能在人类细胞中是保守的，确定哺乳动物细胞中类似的途径是否会导致与病理性铁超载相关的毒性将是有趣的。
新的治疗机会
对铁和活性氧在细胞死亡中的作用的进一步理解为治疗干预创造了新的机会。下面我们重点介绍最近取得进展的两个领域。
靶向抗氧化剂：一种对抗活性氧积累毒性效应的新兴策略是设计或鉴定在特定细胞内位点优先清除活性氧的小分子。在一种方法中，线粒体内膜电位被用来驱动抗氧化剂进入线粒体基质以清除线粒体活性氧。化合物MitoQ是泛酮(线粒体电子链的内源性电子载体)和积累在线粒体基质中的带正电荷的三苯基鏻离子的融合体。米托蒽醌治疗可以改善阿尔茨海默病小鼠模型的记忆功能和延迟凋亡神经变性，并改善脓毒症诱导的器官衰竭大鼠模型的器官功能。另一种药物是XJB-5-131，其积累与内膜电位无关，XJB-5-131是小分子自由基自旋陷阱TEMPO和源自抗生素格兰米西丁S87的肽线粒体靶向序列(Leu-d-Phe-Pro-Val-Orn)的缀合物。XJB-5-131似乎通过防止mtDNA和线粒体心磷脂的氧化来改善线粒体功能和防止细胞死亡，后者事件先前与凋亡的诱导有关(如上所述)。XJB-5-131在亨廷顿氏病小鼠模型中显示出减轻创伤性神经元脑损伤和运动神经元损伤的前景
除了线粒体之外，ROS产生和积累的其他位点可能对不同病理情况下的细胞死亡很重要，针对这些位点的靶向剂可能被证明是有益的。合成的小分子铁抑制素-1(Fer-1)是在铁抑制抑制剂的表型筛选中发现的，随后被证明可以防止大鼠海马切片培养中的谷氨酸毒性。构效关系分析表明，环己基部分作为亲脂性膜锚，而两种胺最有可能提供还原当量。Fer-1似乎在某种程度上适应了铁依赖的致死机制，因为它不抑制其他形式的细胞死亡，包括星形孢菌素诱导的凋亡和铁依赖的H2O2诱导的死亡。我们推测，Fer-1是针对一种特定的非线粒体膜。
扰乱活性氧体内平衡的抗癌剂：铁和活性氧依赖性死亡的另一个潜在应用是在癌症治疗中。最近在各种基因工程小鼠癌症模型中的研究表明，在某些癌症中，KRAS和p53突变等改变可以促进高NADPH产生和低ROS水平，这对肿瘤细胞增殖和存活至关重要。NADPH是维持谷胱甘肽稳态所必需的，因此对这些和许多以前结果的一种解释是肿瘤细胞需要高度减少的细胞内环境才能存活。这为测试降低谷胱甘肽水平和/或增加氧化应激水平是否能特异性地将癌细胞推向衰老或死亡提供了理论基础。一个有希望的方法是通过使细胞的抗氧化防御能力丧失来增加致死性活性氧的积累。利用靶向细胞谷胱甘肽抗氧化网络中节点的小分子，包括谷氨酸半胱氨酸连接酶的催化亚单位、谷胱甘肽过氧化物酶和谷胱甘肽本身(孤雌激活肽和苯基乙基异硫氰酸酯)、谷胱甘肽S-转移酶pi 1和羰基还原酶(荜茇酰胺)和系统xc–(柳氮磺吡啶和伊拉汀)，已经获得了有希望的临床前结果。这些化合物作为靶向某些肿瘤干细胞群的药物可能特别有价值，这些肿瘤干细胞群由于谷胱甘肽合成途径中酶的高表达而显示出对放射治疗诱导的、活性氧介导的细胞死亡的内在抗性。
展望
在许多情况下，我们缺乏重要问题的答案，例如铁是如何通过增强活性氧的产生或替代手段促进死亡的，以及与细胞死亡有关的活性氧的来源、类型和靶点。在许多生物中，从细菌到哺乳动物，铁和活性氧在细胞死亡中的作用继续引起争议。对这些问题的更详细的理解无疑将受益于新探针的应用，例如线粒体靶向的比率质谱探针有丝分裂硼酸和遗传编码的传感器Orp1-roGFP2，这将使活性氧水平与体内细胞死亡相关。最后，开发新的探针，可以报告细胞内游离铁的水平(例如，铁探针1)将有助于进一步研究铁在细胞死亡中的作用。这方面的进一步进展将确保铁和活性氧在细胞生死中的作用仍然是未来研究的一个重要领域。