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为探究细胞死亡过程中磷脂代谢与细胞命运的关系，因斯布鲁克大学等机构的研究人员开展相关研究，发现细胞毒性应激通过 RTK-PI3K 轴增加磷脂中多不饱和脂肪酸（PUFA）比例，使细胞对膜过氧化和铁死亡更敏感，该研究为理解细胞死亡机制提供新视角。
细胞就像一个个精密的小工厂，时刻进行着各种复杂的生命活动。在这个微观世界里，细胞死亡是一个至关重要的过程，它如同工厂的 “关停程序”，一旦出现异常，就可能引发各种健康问题，比如神经退行性疾病、自身免疫疾病，甚至是癌症。细胞死亡过程与细胞内的代谢变化密切相关，其中磷脂代谢的改变尤为关键。然而，目前科学家们对于磷脂代谢在细胞死亡过程中的具体调控机制，以及它如何影响细胞命运，还没有完全弄清楚。就像在黑暗中摸索，虽然已经知道方向，但具体的路径还模糊不清。
为了揭开这个神秘的面纱，因斯布鲁克大学等机构的研究人员展开了深入研究。他们的研究成果发表在《Nature Communications》上，为我们理解细胞死亡机制带来了新的曙光。
研究人员运用了多种先进的技术方法来探索这一复杂的过程。在脂质分析方面，通过 UPLC-MS/MS 技术，对细胞中的磷脂和脂肪酸进行精确的提取和分析，以此来确定细胞死亡过程中脂质成分的变化。蛋白质分析则采用蛋白质印迹技术，检测相关蛋白质的表达和磷酸化水平，从而了解细胞内信号通路的激活情况。此外，免疫荧光显微镜技术用于观察特定蛋白质在细胞内的定位和分布，帮助研究人员直观地了解细胞的变化。
不同细胞死亡条件增加 PC 中 PUFA 比例
研究人员用多种细胞毒性试剂，通过内在凋亡途径诱导成纤维细胞发生程序性细胞死亡。这些试剂作用机制各不相同，比如缬氨霉素（VAL）破坏细胞 K?稳态，桃金娘烯醛 A（MC）诱导线粒体蛋白聚集等。研究发现，多种细胞死亡诱导条件下，细胞内甘油磷脂含量减少，游离脂肪酸（FFA）增多，同时心磷脂（CL）含量增加。进一步分析发现，磷脂酰胆碱（PC）、磷脂酰乙醇胺（PE）等磷脂中，含有 PUFA 的种类比例显著上升，这一变化在不同细胞系和多种细胞死亡诱导条件下都很明显。通过改变培养基、细胞周期阻断以及凋亡诱导等实验，研究人员发现凋亡诱导在调节 PUFA-PC 比例增加中起主要作用，而非细胞周期阻断。
细胞死亡诱导的脂肪酸代谢转变
细胞死亡过程中，磷脂的变化促使研究人员探究脂肪酸代谢的改变。他们发现，多种细胞死亡条件下，脂肪酸从头合成减少，β- 氧化增加。用乙酰辅酶 A 羧化酶（ACC）抑制剂处理细胞后，PUFA-PC 比例上升，这表明脂肪酸从头合成的减少会促进 PUFA-PC 的积累。代谢通量研究显示，ACC 抑制后，细胞增加了外源 PUFA 的掺入，而非促进 PUFA 的生物合成。进一步研究发现，细胞死亡诱导剂通过多种机制抑制脂肪酸从头合成，包括降低 ACC 和脂肪酸合酶（FAS）的表达、抑制 ACC 的磷酸化、限制底物供应以及消耗细胞能量等。定量蛋白质组学分析还发现，细胞死亡诱导会干扰多种代谢途径，改变酰基辅酶 A 合成酶（ACSL）同工酶的表达，这些变化共同影响着脂肪酸的代谢和磷脂的组成。
细胞毒性应激减弱胰岛素和生长因子信号
研究人员还关注到细胞毒性应激对上游信号通路的影响。通过定量蛋白质组学分析，发现细胞毒性应激会降低生长因子受体酪氨酸激酶（RTK）、受体稳定蛋白、衔接蛋白以及下游信号成分的水平，同时上调胰岛素样生长因子结合蛋白 6（IGFBP6）的表达。这一系列变化导致 RTK-PI3K/Akt 信号通路受到抑制，PI (3,4,5) P?水平下降，Akt 磷酸化减少。抑制 IGF1R、PI3K、Akt 或 SREBP1 会增加 PUFA-PC 比例，表明这条信号通路在调节脂肪酸代谢和磷脂组成中起着关键作用。此外，研究还发现 Akt 的激活状态与细胞死亡和脂肪酸代谢相关，在某些细胞毒性条件下，Akt 对细胞死亡的调节似乎与脂肪酸生物合成无关。
胰岛素 / 生长因子对膜 PUFA 比例的调节
为了明确 RTK 信号对磷脂脂肪酸组成的影响，研究人员用胰岛素、血小板衍生生长因子（PDGF）或碱性成纤维细胞生长因子（bFGF）刺激成纤维细胞。结果发现，这些 RTK 配体能够诱导 PI (3,4,5) P?形成和 Akt 磷酸化，同时降低细胞磷脂中 PUFAs 的比例，且这种变化在多个亚细胞组分中都能观察到。进一步研究表明，PI3K/Akt 和 MEK/ERK 等信号通路参与了这一调节过程，不同信号通路对 PUFA/20:4 组成的磷脂的调节方向相反。
生长因子 withdrawal 的后果
生长因子的缺失会对细胞产生显著影响。研究人员发现，血清饥饿（模拟生长因子 withdrawal）会诱导细胞凋亡和坏死，降低 PI (3,4,5) P?水平，减少 Akt 磷酸化，降低核内 SREBP1 的可用性。这些变化导致总磷脂水平下降，FFA 水平和 PC、PE 中 PUFA 比例上升。机制研究表明，血清饥饿抑制 SREBP1 靶基因的表达，降低细胞能量状态，激活 AMPK，抑制脂肪酸从头合成并促进其降解。此外，血清饥饿还会诱导 ACSL4 表达，促进 PUFA 掺入膜磷脂，使细胞对铁死亡更敏感。
对细胞死亡氧化成分的影响
越来越多的证据表明，细胞死亡程序之间存在关联，研究人员推测凋亡过程中磷脂 PUFA 比例的增加可能会提高细胞对（铁死亡）膜过氧化的敏感性。实验结果证实，抑制脂肪酸生物合成会增加磷脂 PUFA 比例，使细胞对铁死亡更敏感；而减少膜 PUFA 比例则能降低细胞对铁死亡的敏感性。进一步研究发现，部分细胞死亡诱导剂（如血清饥饿、VAL、MC）诱导的细胞死亡具有（过）氧化成分，细胞毒性应激会使细胞对铁死亡更敏感，且凋亡和膜过氧化可能发生在同一细胞中。此外，研究还发现 RTK 信号和脂肪酸生物合成相关基因的表达与铁死亡敏感性有关，干扰脂肪酸生物合成会促进细胞死亡后期的坏死 / 晚期凋亡过程。
在这项研究中，研究人员发现细胞毒性应激会通过 RTK-PI3K 轴抑制生长因子信号，导致 Akt 和 SREBP1 信号减弱，进而抑制饱和脂肪酸（SFA）和单不饱和脂肪酸（MUFA）的生物合成。这使得外源或释放的 PUFAs 能够更有效地掺入磷脂中，增加了细胞膜对过氧化和铁死亡的敏感性。这一发现揭示了细胞死亡过程中磷脂代谢的关键调控机制，为理解细胞死亡程序之间的相互作用提供了重要线索。同时，也为开发针对相关疾病的治疗策略提供了新的潜在靶点，有望为癌症、神经退行性疾病等的治疗带来新的思路和方法。
