双硫死亡 (Disulfidptosis) 是 2023 年 MD 安德森癌症中心甘波谊教授和陈俊杰教授团队发现的新型细胞死亡。
▲2023年3月 《Nature Cell Biology》 杂志上的研究论文Actin cytoskeleton vulnerability to disulfide stress mediates disulfidptosis中被首次报道。
自发现以来，备受众多学者瞩目，相关研究热度持续不减，相关研究的文章数量更是逐年上涨。
1、双硫死亡的定义
双硫死亡（Disulfidptosis）是一种由SLC7A11介导的细胞内过量胱氨酸积累引起的二硫化物（例如二氧化硫、硫化氢等）应激导致的新型细胞死亡方式。
这种死亡方式独立于现有的凋亡（apoptosis）、铁死亡（ferroptosis）、坏死性凋亡（necroptosis）、铜死亡（cuproptosis）等细胞程序性死亡类型。
双硫死亡3大特征：xCT 高表达、NADPH 耗竭、肌动蛋白丝 (F-actin) 萎缩。
下图为双硫死亡机制模式图：
2、双硫死亡的过程
①在葡萄糖匮乏的条件下，SLC7A11高表达的癌细胞会大量摄入胱氨酸。
②由于NADPH供应不足，胱氨酸无法被及时还原为半胱氨酸，导致二硫化物在细胞内异常积累。
③二硫化物应激诱发肌动蛋白细胞骨架蛋白之间的异常二硫键交联和细胞骨架收缩。
④细胞骨架的收缩和异常二硫键交联干扰了细胞骨架的组织，导致肌动蛋白网络崩溃。
⑤最终，细胞因无法维持正常形态和功能而发生死亡。
双硫死亡的机制
双硫死亡的必要条件为：
1）细胞处于葡萄糖耗竭状态
俗点说就是让细胞处于“饥饿”状态。
2）SLC7A11的高表达
溶质载体（Solute Carriers, SLC）转运蛋白家族对葡萄糖、氨基酸和金属离子的转运过程中发挥着重要的作用。
SLC7A11是介导细胞的胱氨酸摄入的重要转运体蛋白，其在维持细胞内谷胱甘肽水平和保护细胞免受氧化应激诱导的细胞死亡的同时，还具有一定的毒性，要消除这种毒性需要大量消耗葡萄糖磷酸戊糖途径生成的NADPH，否则将因过度积累二硫化物而引起细胞死亡，这也说明了SLC7A11是把“双刃剑”。
葡萄糖饥饿引发的NADPH 耗竭，及SLC7A11的高表达造成的胱氨酸高摄取和半胱氨酸减少、二硫化物细胞内积累引起的二硫应激，从而激活了Rac1-WRC-Arp2/3信号通路，导致肌动蛋白细胞骨架蛋白和二硫化物沉积中的异常二硫键（如下图所示）：
肌动蛋白细胞骨架蛋白之间产生异常二硫键、肌动蛋白收缩和与质膜分离，最终导致细胞收缩和死亡（如下图所示）：
这里补充一下SLC7A11相关内容：
双硫死亡的关键因子就是SLC7A11。
不知道从哪里入手的同学，可以试以SLC7A11为主要研究对象，对其表达机制进行研究和干预、后续也可对SLC7A11的蛋白水平、修饰、互作等入手。
SLC7A11作为一个膜上的转运蛋白，会把膜外的胱氨酸转入细胞内，把细胞内的谷氨酸转运到细胞外。而胱氨酸，会通过形成半胱氨酸，通过谷胱甘肽代谢途径，转化为GSH，GSH则是抑制铁死亡的关键分子。
但是在另一方面，胱氨酸转化为半胱氨酸的过程中，需要有NADPH的参与。而NADPH是通过葡萄糖的磷酸戊糖途径产生的，而糖酵解的关键，就是葡萄糖的摄入：
当细胞遇到葡萄糖饥饿，即葡萄糖摄入不足的情况下，细胞内通过PPP途径产生的NADPH的量降低。同时SLC7A11在膜上表达增多，则胱氨酸无法转化为半胱氨酸，这就造成了细胞内胱氨酸的累积：
3、双硫死亡的主要代谢通路
其实上面的内容已经提到了代谢过程，这里在给大家做一下总结：
1）胱氨酸代谢：
如胱氨酸的转运、胱氨酸-半胱氨酸循环：胱氨酸通过SLC7A11进入细胞质后，经转化变为半胱氨酸，用于合成细胞对抗氧化应激的关键原料—谷胱甘肽。
2）NADPH代谢：
己糖激酶将葡萄糖转化为葡萄糖-6-磷酸（G6P），从而启动戊糖磷酸途径（Pentose phosphate pathway, PPP），该途径分为氧化和非氧化两个阶段，NADPH主要在氧化阶段通过三个不可逆反应产生。
3）RAC1-WRC通路：
这一途径被细胞二硫应激所激活。RAC1过表达激活NCKAP1，导致WRC与其他亚基包括WAVE-2、CYFIP1、Abi2和HSPC300组装成复合体，调节肌动蛋白聚合和板足的形成。然而，它们在细胞骨架重组、细胞迁移和双硫死亡机制中发挥关键作用。
4、双硫死亡检测方法
1）形态学观察
利用透射电镜观察细胞内部结构，双硫死亡的特征：细胞因细胞膜收缩、内容物丢失等出现体积缩小。细胞器如线粒体、内质网和高尔基体发生肿胀、膜结构的破坏或消失。细胞核凝聚、断裂或核膜消失。细胞质变得致密，细胞内结构变得模糊不清。在某些情况下可能伴随着自噬体形成来试图清除受损成分。
2）检测SLC7A11的表达
利用PCR、Western Blot、IHC检测SLC7A11是否高表达。
3）观察F-actin的形态变化/收缩
利用免疫荧光观察F-actin的收缩、表达。
4）NADPH耗竭
利用试剂盒检测NADP+/NADPH比例。
5）检测骨架蛋白的二硫键水平
利用Western Blot、质谱检测骨架蛋白的二硫键水平变化。
WB实验遇到任何问题可以在我们的互助群内求助~
利用PI单染/Tunel染色检测细胞死亡率。
7）双硫死亡激动剂
了解了双硫死亡的具体形成机制，我们可以通过对SLC7A11高表达的细胞进行葡萄糖剥夺来诱导其发生双硫死亡，如利用葡萄糖-6-磷酸脱氢酶（G6PD）抑制剂RRx-001、葡萄糖转运蛋白1（GLUT1）抑制剂BAY-876、KL-11743等减少葡萄糖的摄取及转运以耗竭NADPH。
5、双硫死亡相关疾病研究
双硫死亡的发现源自于肿瘤细胞的“高产出、高风险”的工作模式。因此在癌症、氧化应激相关疾病的研究中具有潜在的应用价值，尤其是在针对那些表达高水平的胱氨酸转运蛋白SLC7A11（也称为xCT）的癌细胞中。
SLC7A11的高表达导致细胞对葡萄糖剥夺敏感，从而引发双硫死亡。以下是双硫死亡可能在疾病研究和应用中的几个方面：
1）癌症治疗：
由于双硫死亡在SLC7A11高表达的癌细胞中被诱导，这为开发新的抗癌疗法提供了可能。通过靶向双硫死亡，可以设计出选择性杀死癌细胞而不影响正常细胞的治疗方法。例如，使用葡萄糖转运抑制剂（如BAY-876）可以诱导SLC7A11高表达的癌细胞发生双硫死亡，从而抑制肿瘤生长。
2）代谢应激研究：
双硫死亡与细胞内二硫化物的异常积累和NADPH的消耗有关。研究双硫死亡可能有助于理解在代谢应激条件下，如糖尿病、肥胖和其他代谢紊乱疾病中，细胞如何响应和适应这些应激。
3）药物筛选和开发：
通过研究双硫死亡的机制，可以筛选出能够诱导或抑制这一过程的小分子化合物，为开发新的治疗药物提供基础。
4）生物标志物的发现：
研究双硫死亡可能有助于发现与特定疾病相关的生物标志物，这对于疾病的早期诊断和治疗监测具有重要意义。
5）细胞死亡机制的深入理解：
双硫死亡的发现扩展了我们对细胞死亡方式的认识，有助于深入理解细胞如何在不同的应激条件下维持生存或走向死亡。
6）其他疾病的潜在治疗：
虽然双硫死亡主要在癌症治疗中被研究，但其机制可能对其他疾病（如神经退行性疾病、心血管疾病等）的治疗也有潜在影响，特别是在那些涉及氧化应激和细胞死亡的病理过程中。
???? 细胞焦亡、细胞自噬、铜死亡、铁死亡、细胞凋亡资料汇总。
不同细胞死亡的对比表格。
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