“火出圈”的全新细胞死亡形式：双硫死亡，有什么研究新思路？一文给你概括全了
细胞死亡是指细胞发生致死性代谢、结构和功能障碍，引起细胞的不可逆性损伤，是细胞生命到达终点的状态。细胞死亡作为新陈代谢的环节之一，与细胞增值、分化一样，正常的细胞死亡维持着生物生命发展的稳态。
增殖分裂过程中，由于端粒酶的存在，细胞是无法无限制进行分裂复制的，正常的新生细胞会替代损伤或死亡的细胞进而维持身体得到发展。然而，肿瘤细胞是一种基因变异的特殊细胞，可以无限制的进行分裂，具有不死性、迁移性及侵袭性等特点，进而影响机体的健康与平衡。
细胞死亡方式发现时间轴
长期以来的对于细胞死亡方式的分类一直被认为是两种，程序性细胞死亡和非程序性细胞死亡。常见的程序性细胞死亡包括凋亡、自噬、焦亡、铁死亡、铜死亡以及最近发现的双硫死亡。
程序性细胞死亡是指手特定分子途径控制并可通过遗传或者哟力学操作进行调控的细胞死亡方式，能够维持机体和细胞的稳态，而其失调也会导致包括肿瘤在内多种疾病的发生。常见的程序性细胞死亡方式的诱发因素以及关键检测指标如下：
下文，让小瑞🙋♀️带着我们一起了解铁死亡、铜死亡和详细分析一下新晋热点双硫死亡。
01.关于铁死亡
铁死亡是一种依赖于铁离子的程序性细胞死亡形式，是由于多种因素（如药物或基因因素）造成代谢过程的改变和过氧化脂质的积累，使细胞膜结构受损而引起。其发生的形态学变化有线粒体变小，线粒体膜密度增高，线粒体嵴减少或消失，线粒体外膜破裂。
自2012年被发现以来，已有8030篇相关研究。
02.关于铜死亡
2022年3月，哈佛大学和麻省理工学院布罗德研究所的TODD R. GOLUB团队在Science上发表的研究性论文Copper induces cell death by targeting lipoylated TCA cycle proteins， 首次发现了铜积累导致细胞死亡的调控机制，并将其命名为铜死亡（Cuprotosis）。
铜死亡是铜离子的过度积累导致硫辛酰化蛋白异常聚集，干扰线粒体呼吸相关的铁硫簇蛋白，引起蛋白质毒性应激反应，最终导致细胞死亡的死亡方式。其具体发生的形态学变化有线粒体皱缩伴随着线粒体膜破裂。
自2022年被发现以来，相关研究仅有40篇，仍待探索。
03.新晋热点：双硫死亡
2023年2月6日，来自University of Texas MD安德森癌症中心甘波谊教授和陈俊杰教授团队合作在 Nature Cell Biology 发表了题为：Actin cytoskeleton vulnerability to disulfide stress mediated disulfidptosis 的研究论文，该研究发现和鉴定了一种全新细胞死亡类型——双硫死亡(DOI:10.1038/s41556-023-01091-2)。
其定义是在葡萄糖缺乏的SLC7A11 过表达的癌细胞中，大量积累的二硫化物分子导致肌动蛋白细胞骨架蛋白之间的异常二硫化物键合，干扰其组织，最终导致肌动蛋白网络崩溃和细胞死亡，这种二硫化物应激诱导的全新细胞死亡方式称为双硫死亡。
全文大致研究思路如下：
首先，葡萄糖饥饿会诱导SLC7A11高表达的细胞死亡。这种死亡方式是明显区别于以往常见的凋亡、坏死以及铁死亡的。因为这种死亡不能被其他细胞的死亡的抑制剂逆转且不来源于细胞内ATP的耗竭，但能被硫醇氧化试剂增强。
并且在葡萄糖饥饿的条件下，细胞肌动蛋白细胞骨架中的二硫键数量明显增多，饥饿1 H，NADP+/NADPH比例显著升高；饥饿2 H，肌动蛋白细胞骨架蛋白间形成多个二硫键；饥饿4 H，可以观察到明显的细胞死亡。由此推测，饥饿诱导的肌动蛋白细胞骨架蛋白中的二硫键形成是NADPH 耗竭引发的结果。
然后，通过全基因组CRISPR/Cas9筛选以及共染色等实验发现肌动蛋白丝在双硫死亡中具有重要作用。其相关基因NCKAP1编码WAVE调节复合物WRC的一个亚基，这一复合物能促进肌动蛋白的聚合和片状伪足的形成，而NCKAP1的缺失可以在不影响SLC7A11水平、胱氨酸摄入或NADPH消耗的情况下，减弱葡萄糖饥饿诱导的二硫键形成和肌动蛋白骨架收缩。并且，葡萄糖转运蛋白GLUT1抑制剂能有效抑制细胞葡萄糖摄入，进而在SLC7A11高表达细胞中诱导双硫死亡；抑制剂也能显著抑制小鼠体内对SLC7A11高表达的肿瘤生长。
双硫死亡的主要特征是，当SLC7A11蛋白高表达的细胞遭受葡萄糖饥饿时，就会触发双硫死亡。在临床前模型中，用葡萄糖转运体抑制剂（GLUT抑制剂）治疗可诱导SLC7A11蛋白高表达的癌细胞发生双硫死亡，有效抑制肿瘤生长，且对正常组织无明显毒性。
对全文进行总结，双硫死亡的主要原因是NADPH供应不能满足细胞将胱氨酸还原成为半胱氨酸的过程，造成二硫化物应激，诱导肌动蛋白细胞骨架蛋白二硫键交联和细胞骨架收缩，进而从细胞质膜上剥离，并最终导致细胞死亡。细胞葡萄糖摄入不足和胱氨酸摄入过量都可能诱导双硫死亡。
确定细胞死亡方式既可以促进人们对细胞稳态的了解，又能为治疗癌症等多种疾病提供新的思路。该研究为开发癌症治疗创新药物，提供新的策略。
🔬验证方法总结：
📌体外实验
1.排他实验（反向验证）
铁死亡，自噬，凋亡抑制剂处理不能逆转细胞死亡。
2.正向验证
二硫应激还原剂（DTT, 2ME, TCEP）促进细胞死亡。
3.透射电镜扫描
细胞质中胱氨酸积累。
4.细胞形态观察
共聚焦观察F-actin/CellMask共染色，可观察到F-actin收缩，与质膜脱离。
5. 基于双硫死亡是SLC7A11依赖性的，探索沉默SLC7A11后，观察双硫死亡现象能否被逆转。
6.检测NADP+/NADPH比值变化，发生双硫死亡导致NADPH耗竭，比值增加。
📌体内实验：
1.BAY-876（GLUT抑制剂）处理，诱导双硫死亡，抑制肿瘤生长，促进肿瘤细胞死亡。
2.HE/IHC观察组织切片病理变化。
关于双硫死亡，自2023年被发现至今，仅17篇相关研究，双硫死亡有望成为继铁死亡、铜死亡后的下一个热点细胞死亡方式，仍有大片空白有待大家去探索发现。
04.双硫死亡：还有很大的研究空间
双硫死亡的发现是细胞死亡研究的新突破，同时为肿瘤治疗带来了新的研究方向，有望为肿瘤代谢治疗提供新途径，但是关于双硫死亡还有许多需要进一步研究和确认的内容。
首先，文章是基于SLC7A11高表达以及葡萄糖匮乏状态下背景下进行的双硫死亡的研究，但最终引起双硫死亡的关键因素是蛋白质间二硫键的异常形成，导致蛋白质稳定性和生物活性受到影响而引起，那么在这个过程中，SLC7A11基因的表达是否是双硫死亡发生的必须因素，同理，葡萄糖饥饿或葡萄糖摄取抑制是否是双硫死亡发生必要条件。
文章研究过程，发现导致双硫死亡的关键蛋白是肌动蛋白细胞骨架蛋白二硫键的异常形成导致的，而NADPH的耗竭及二硫化物的积累会导致整个蛋白质组二硫键的变化，肌动蛋白二硫键的异常是其中一个变动因素，那么肌动蛋白的变化是否是诱发双硫死亡的关键因素，是否还在存在其他关键蛋白由于二硫键的变化导致细胞发生的死亡的情况。
双硫死亡是一种基于葡萄糖摄取代谢的新的死亡方式，葡萄糖同时维持着正常细胞的运转，葡萄糖摄取抑制是否会破坏正常细胞内稳态？因此，在肿瘤治疗手段及药物的研发过程中，如何确保靶向肿瘤抑制葡萄糖摄取，同时不影响正常细胞胞内稳态这个很重要。
总的来说，关于双硫死亡的研究还有很多值得我们关注的内容，其本质就是双硫键的改变引发的细胞死亡，而SLC7A11高表达及葡萄糖摄取抑制只是引起双硫键改变的原因之一，肌动蛋白骨架蛋白双硫键异常引起细胞死亡也是双硫键改变导致的其中一种结果。因此，不管是引起双硫键改变的原因还是双硫键引发的改变，在生物机制的研究领域上还有很大的研究空间。
双硫死亡作为一种新的细胞死亡方式，与细胞铁死亡、铜死亡类似，都将为肿瘤靶向治疗带来新思路，靶向双硫死亡机制的新药研发及机制研究具有非常重要的意义。
因此，双硫死亡在肿瘤学研究领域还是具有非常大的价值空间的，很有可能会比肩铁死亡、铜死亡成为新的研究热点。
05.关于双硫死亡能快速上手课题
☑️双硫死亡标签基因的筛选：前面也说到，不管是引起双硫键积累的机制还是双硫键导致的后续变化，双硫死亡机制研究的空间是相对较大的，其中SLC7A11的高表达和肌动蛋白二硫键的变化也许并不是唯一的诱因，基于此，最简单的思路就是通过基因集合的分析与筛选，参考SLC7A11的机制，快速分析筛选出与双硫死亡相关的基因集合。
☑️双硫死亡疾病分型及预后分析：生信分析双硫死亡相关基因，并对肿瘤疾病进行疾病分型及预后分析。
☑️泛癌分析：换汤不换药，围绕双硫死亡分析不同的癌种并对不同癌种进行预后分析，可纯生信分析，亦可以生信加实验并行研究，增强结果的说服力；
☑️药物研究：基于双硫死亡的不同机制，增加关于药物的分析，由于药物种类较多，只要把有效的药物套进双硫死亡的机制中，研究思路及灵感将会层出不穷；
☑️纯机制研究：基于双硫死亡，深挖双硫死亡的不同机制，结合生信分析及生物学研究，将会挖掘更多新的东西；
06.总结与展望
随着研究的深入，双硫死亡作为一种新发现的细胞死亡方式，将会在肿瘤的治疗过程中发挥越来越重要的作用。双硫死亡作为一种独立的细胞死亡方式，是否可以与其他类型的细胞死亡方式一起在肿瘤中发挥作用。SLC7A11低表达的细胞以及非肿瘤细胞是否会发生双硫死亡仍待进一步研究。
在调控铁死亡、铜死亡、焦亡、自噬以及焦亡等细胞死亡模式方面存在一些共同点，那么这些不同类型的细胞死亡之间有何联系？是协同作用还是对抗作用？SLC7A11低表达诱导铁死亡，SLC7A11过表达诱导缺氧条件下的双硫死亡，那么铁死亡和双硫死亡之间存在着某种抑制关系吗？这些不同的细胞死亡方式能否整合成一个完整的调控网络还需要进一步的探索。
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参考文献：
【1】Liu X, Nie L, Zhang Y, Yan Y, Wang C, Colic M, Olszewski K, Horbath A, Chen X, Lei G, Mao C, Wu S, Zhuang L, Poyurovsky MV, James You M, Hart T, Billadeau DD, Chen J, Gan B. Actin cytoskeleton vulnerability to disulfide stress mediates disulfidptosis. Nat Cell Biol. 2023 Mar;25(3):404-414. doi: 10.1038/s41556-023-01091-2. Epub 2023 Feb 6. PMID: 36747082; PMCID: PMC10027392.
【2】Zheng P, Zhou C, Ding Y, Duan S. Disulfidptosis: a new target for metabolic cancer therapy. J Exp Clin Cancer Res. 2023 Apr 27;42(1):103. doi: 10.1186/s13046-023-02675-4. PMID: 37101248; PMCID: PMC1013464
【3】Zheng T, Liu Q, Xing F, Zeng C, Wang W. Disulfidptosis: a new form of programmed cell death. J Exp Clin Cancer Res. 2023 May 31;42(1):137. doi: 10.1186/s13046-023-02712-2. PMID: 37259067; PMCID: PMC10230712.
【4】Meng Y, Chen X, Deng G. Disulfidptosis: a new form of regulated cell death for cancer treatment. Mol Biomed. 2023 Jun 15;4(1):18. doi: 10.1186/s43556-023-00132-4. PMID: 37318660; PMCID: PMC10271997.
最后编辑于 2023-07-20 · 浏览 1858
