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为探究氧化死亡 / 铁死亡（oxytosis/ferroptosis）是否参与阿尔茨海默病（AD），研究人员分析 AD 细胞、动物模型及人脑样本的转录组特征，发现 TrioSig 特征富集且与整合应激反应（ISR）相关，为 AD 治疗提供新方向。
阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease, AD）作为一种常见的神经退行性疾病，严重威胁着老年人的健康和生活质量。随着全球老龄化的加剧，其发病率逐年上升，但目前仍缺乏有效的治疗手段。AD 的病理机制复杂，涉及 β- 淀粉样蛋白（Aβ）沉积、tau 蛋白过度磷酸化、神经炎症、氧化应激等多种因素。近年来，一种非凋亡性程序性细胞死亡方式 —— 氧化死亡 / 铁死亡（oxytosis/ferroptosis）引起了研究者的关注。它以氧化还原平衡的特定改变导致致命的脂质过氧化为特征，且衰老被认为可能使大脑易于在 AD 中激活这种细胞死亡方式。然而，氧化死亡 / 铁死亡在 AD 大脑中的发生情况尚不清楚，缺乏直接的转录组学证据支持，这限制了针对该途径的治疗药物开发。
为解决这一关键问题，美国索尔克生物研究所（The Salk Institute for Biological Studies）的 Antonio Currais、Pamela Maher 等研究人员开展了相关研究。他们旨在通过检测 AD 细胞模型、动物模型及人类 AD 脑样本中氧化死亡 / 铁死亡的转录组特征，探究其在 AD 中的发生情况。研究成果发表在《BMC Biology》上。
研究人员采用的主要关键技术方法包括：开发 TrioSig 基因特征，该特征来自用氧化死亡 / 铁死亡诱导剂处理的人类小胶质细胞、星形胶质细胞和神经元的转录组数据；利用基因本体（GO）分析、 Ingenuity 通路分析（IPA）等生物信息学方法对基因特征进行功能分析；运用细胞培养实验，如 HT22 小鼠海马神经细胞和 MC65 人类神经母细胞瘤细胞培养，通过 Western blotting、RNA 测序（RNA-seq）等技术检测相关分子的表达和信号通路的激活情况；分析多个 AD 小鼠模型（如 hAβ-KI、APP/PS1、3xTg-AD、5xFAD）和人类 AD 脑样本（来自 Mayo、ROSMAP、MSBB 等研究）的转录组数据，包括单细胞核 RNA 测序（snRNA-seq）数据。
氧化死亡 / 铁死亡基因特征的选择与验证
研究人员测试了三种与氧化死亡 / 铁死亡相关的基因集：京都基因与基因组百科全书（KEGG）铁死亡通路、铁死亡数据库（FerrDb）和基于人类诱导多能干细胞（iPSC）衍生的脑三培养系统（神经元、星形胶质细胞和小胶质细胞）转录组数据定义的 TrioSig 基因集。通过在细胞培养模型（如用 RSL3 和铁处理的三培养细胞、暴露于谷氨酸的 HT22 细胞、诱导细胞内 Aβ 聚集的 MC65 细胞）中验证，发现这三种基因特征在氧化死亡 / 铁死亡诱导的细胞中均有富集，且主要与上调的基因表达相关，而凋亡、坏死性凋亡和自噬等其他细胞死亡途径的基因集富集程度较低。
AD 模型和人类 AD 中氧化死亡 / 铁死亡的转录组富集
在 AD 小鼠模型中，5xFAD 小鼠的皮质和海马在转录组变化中高度富集 FerrDb、TrioSig 和铁死亡特征，且具有年龄依赖性，主要在 Upregulated DE 基因子集富集。在人类 AD 脑样本中，FerrDb 和 TrioSig 特征在颞叶皮层、额下回、海马旁回和颞上回等脑区显著富集，同样主要与上调基因相关。此外，在提名的 AD 治疗新靶点基因列表中，也检测到这些特征的富集。单细胞富集分析显示，TrioSig 基因集在 AD 小鼠和人类 AD 患者大脑的多种细胞类型（如少突胶质细胞、小胶质细胞、神经元、星形胶质细胞等）中均有富集，且随着疾病进展，FerrDb 和铁死亡特征的富集程度增加。
TrioSig 的功能分析
对 TrioSig 基因集的功能分析表明，其与氧化应激反应和核糖体翻译相关，涉及整合应激反应（Integrated Stress Response, ISR）通路。ISR 通过真核翻译起始因子 2α（eIF2α）的磷酸化和激活转录因子 4（ATF4）信号传导被激活。在细胞培养实验中，氧化死亡 / 铁死亡诱导剂可触发神经细胞中 eIF2α 磷酸化和 ATF4 核转位，证实 ISR 的激活。此外，NRF2（核因子红细胞 2 相关因子 2）通路也参与其中，其下游靶点如 GCLC、GCLM、HMOX1 等在 TrioSig 特征中富集。然而，NRF2 和 ATF4 在不同细胞模型中的作用存在差异，提示它们在氧化死亡 / 铁死亡中的复杂相互作用。
结论与讨论
本研究通过多模型、多维度的转录组学分析，证实氧化死亡 / 铁死亡的转录组特征在人类 AD 大脑中富集，支持其参与 AD 的病理过程。首次发现 TrioSig 特征与 ISR 通路相关，揭示了 ISR 在氧化死亡 / 铁死亡中的重要作用。这些发现为 AD 的发病机制提供了新见解，提示抑制氧化死亡 / 铁死亡或调控 ISR 可能成为 AD 治疗的新策略。尽管研究存在一定局限性，如 TrioSig 特征来自特定脑区细胞，其在其他细胞类型或组织中的适用性需进一步验证，但该研究为 AD 治疗药物的开发提供了重要靶点和理论依据，有望推动 AD 治疗领域的新突破。
