近年来，免疫学研究在国家自然科学基金资助项目中占据着无可争议的焦点地位。2024年，大量免疫方向的研究项目成功获得资助，按照当前趋势来看，2025年免疫方向的研究仍会稳居科研资助的主流方向。与此同时，细胞死亡机制研究领域异军突起，自2023年起铁死亡、泛凋亡等逐渐成为研究热点，备受科研人员关注。这篇综述并创新性地将肿瘤免疫与多种细胞死亡形式进行研究，再加上国家自然科学基金的支持，双重buff叠加，无疑使这篇综述具备了极高的学术价值和参考意义，含金量十足，也希望这篇综述能够给撰写申请书的你提供一定的思路。
2024年11月发表在《Molecular Cancer》（IF27.7）的综述性文章：“Cuproptosis, ferroptosis and PANoptosis in tumor immune microenvironment remodeling and immunotherapy: culprits or new hope”，这篇文章主要阐明了 cuproptosis、ferroptosis和 PANoptosis 的分子机制及其对肿瘤细胞和TME的复杂影响，还基于诱导或抑制这些新调节细胞死亡（RCD）通路的体内和体外证据，并总结了纳米颗粒在肿瘤治疗中的应用探索。下面让我们一起来看看铜死亡、铁死亡与泛凋亡在肿瘤免疫微环境中，到底是罪魁祸首还是新希望呢？
细胞死亡是我们身体维持健康的重要方式。就像修剪枯枝一样，细胞死亡帮助清除不健康的细胞，保持组织的正常功能。细胞死亡分为两种：一种是意外的、不受控制的死亡（比如受伤或感染导致的细胞死亡）；另一种是受调控的细胞死亡（RCD），这种死亡是身体主动安排的，通过一系列复杂的信号通路来完成任务。
近年来，利用新兴的细胞死亡模式指导细胞死亡已受到广泛关注。铁死亡（依赖铁）和铜死亡（依赖铜）是依赖特定金属离子的细胞死亡形式，泛凋亡则涉及多种死亡途径的联合效应。这三种RCD形式都涉及之前未知的细胞死亡机制、特征和生物标志物，其在肿瘤中的作用也受到越来越多的关注。比如，铁死亡和铜死亡分别通过调节铁和铜代谢紊乱来杀死癌细胞，而泛凋亡则可以引发强烈的免疫反应来对抗肿瘤。
图1：与铜死亡、铁死亡和泛凋亡相关的疾病
1.铜死亡（Cuproptosis）
铜在生物环境中发挥着多种关键功能，作为许多酶催化中心的重要辅助因子，参与氧化应激抵抗、脂质代谢和能量生成等广泛过程。2022年，Tsvetkov等人首次提出了铜依赖的细胞死亡形式——铜死亡（cuproptosis）。
铜（Cu）代谢途径：铜离子（Cu²⁺）在进入细胞前，需被六跨膜上皮抗原（STEAP）家族的金属还原酶还原为Cu⁺，随后通过SLC31A1（CTR1）进入细胞。在细胞质中，铜伴侣SOD1将铜传递给特定蛋白，这些蛋白通过ATOX1运输到高尔基体，或通过COX17运输到线粒体。多余的铜离子可被MT1、MT2和GSH螯合。铜积累主要通过FDX1介导的线粒体蛋白毒性应激引发铜死亡（cuproptosis），FDX1将Cu²⁺还原为Cu⁺，促进TCA循环相关酶的脂酰化和聚集（如DLAT），并导致铁硫簇蛋白不稳定。
图2：铜（Cu）代谢的途径
1.1铜死亡（Cuproptosis）检测方法
生物标志物检测
铜依赖的硫酯化反应：铜离子可触发线粒体脂酰化蛋白（如DLD、PDC、OGDC和BCKDC）的硫酯化，这一过程是铜死亡的关键特征，可通过质谱法或Western blotting检测。
线粒体膜电位降低：铜毒性导致线粒体膜电位下降，可通过JC-1、TMRE或TMRM等荧光染料检测。
细胞色素c的释放：线粒体损伤导致细胞色素c从线粒体转移到细胞质，可通过Western blotting或免疫荧光染色检测。
活性氧（ROS）生成：铜离子诱导的线粒体功能障碍会导致ROS生成，可通过DCFDA和MitoSOX等荧光探针检测。
代谢指标检测
三羧酸循环中间体的变化：铜毒性会改变TCA循环中的代谢物（如柠檬酸、α-酮戊二酸和琥珀酸），可通过液相色谱-质谱（LC）或气相色谱-质谱（GC）分析。
线粒体呼吸链功能障碍：铜毒性可能影响电子传递链，可通过检测细胞的氧消耗率（OCR）和ATP生成来评估。
脂质过氧化产物：铜诱导的氧化应激会触发脂质过氧化，产生如丙二醛（MDA）和4-羟基壬烯醛（4-HNE）等代谢产物。
乳酸与丙酮酸的比值：铜死亡过程中，细胞可能更多依赖糖酵解，乳酸与丙酮酸比值的变化可反映这种代谢改变。
铁死亡（Ferroptosis）是一种依赖铁（Fe）的调控性细胞死亡，由细胞内脂质活性氧ROS积累导致细胞膜过氧化损伤。它最早由Dixon等人于2012年报道并命名。在多种肿瘤中，铁死亡可促进肿瘤细胞死亡，临床上可通过诱导铁死亡来增强治疗药物效果，克服耐药性。其关键机制涉及铁代谢、脂质代谢、system Xc⁻/GSH/GPX4通路和TP53基因调控通路，相关细胞器包括线粒体、内质网和溶酶体。
铁死亡机制：铁死亡由非酶促（如芬顿反应，Fe与H₂O₂生成自由基）和酶促过程共同启动。酶和蛋白质通过增加铁利用和自由基形成驱动铁死亡，涉及多不饱和脂肪酸PUFA的生物合成和氧化（如ACSL4和ALOX）。相反，抗氧化酶和辅因子（如GPX4、GSH、FSP1、CoQ10和BH4）以及系统Xc⁻（胱氨酸/谷氨酸逆向转运蛋白，包括SLC7A11和SLC3A2）抑制铁死亡，后者摄取合成抗氧化酶所需的半胱氨酸。
图3：基于脂质过氧化的铁死亡机理示意图
2.1铁死亡（Ferroptosis）检测方法
铁离子检测：细胞内铁积累是铁死亡的典型标志，Fe²⁺积累会增加氧化应激水平。
脂质过氧化检测：铁死亡中脂质过氧化的标志包括GSH合成减少、脂质过氧化产物（如丙二醛MDA）水平升高，以及不可控的脂质过氧化。
谷胱甘肽（GSH）代谢检测：铁死亡期间GSH含量降低，GSH代谢相关指标（如GSH/GSSG比值）变化可用于评估。
活性氧（ROS）检测：铁死亡常伴随ROS水平升高，可通过DCFH-DA或MitoSOX等探针检测。
铁死亡相关基因检测：铁死亡时，GPX4、COX2、ACSL4、PTGS2等表达异常。可通过qPCR或Western blot检测这些基因的mRNA或蛋白水平。
2019年，Kanneganti教授团队首次提出“泛凋亡（PANoptosis）”这一概念，描述了一种同时调控焦亡、凋亡和坏死凋亡的先天免疫、溶细胞性和炎症性细胞死亡机制。泛凋亡通过泛凋亡复合体（PANoptosome）实现调控，参与泛凋亡的各种蛋白结构域之间的相互作用可分为三类：感应蛋白具有感应结构域，如Z-DNA结合蛋白1（ZBP1）；适配蛋白具有caspase招募结构域，如凋亡相关斑点样蛋白（ASC）；效应蛋白具有催化结构域，包括RIPK1、RIPK3和caspase-1/8。目前已鉴定出四种类型的泛凋亡复合体，涉及感应蛋白（如ZBP1）、适配蛋白（如ASC）和效应蛋白（如RIPK1、RIPK3和caspase-1/8）。
图4：涉及ZBP1及其复合物的泛凋亡过程
3.1泛凋亡（PANoptosis）的检测方法
细胞形态观察：通过显微镜观察细胞形态，可发现染色质凝聚、DNA片段化、细胞萎缩、膜完整性受损以及凋亡小体的形成。
关键蛋白检测：检测与不同调控性细胞死亡（RCD）相关的分子标志物。
细胞死亡检测：使用细胞计数试剂盒（CCK-8）或MTT法评估细胞存活率。
TME 的主要成分包括免疫细胞、间充质细胞、内皮细胞和细胞外基质。其可以分泌各种直接作用于肿瘤细胞的细胞因子，例如 TNF 和转化生长因子（TGF）-β。这些细胞因子相互调节，共同形成抑制性免疫分子网络，使肿瘤细胞能够逃避人体的免疫系统，实现免疫逃逸。研究表明，RCD（包括 cuproptosis、ferroptosis、PANoptosis）可以通过直接或间接影响 TME 的重编程来调节肿瘤的恶性过程。
4.1铜死亡与免疫微环境的关系
研究表明，多种肿瘤患者的血清和组织中铜含量显著高于正常人群，且与肿瘤分期或进展相关。铜含量增加可促进肿瘤细胞增殖、转移和血管生成。铜死亡（Cuproptosis）与免疫细胞浸润密切相关，并在塑造抗肿瘤免疫环境中发挥特定作用。铜可促进肿瘤细胞PD-L1表达，帮助其逃避免疫监视。铜螯合剂通过抑制PD-L1表达和增强免疫细胞浸润，显示出抗癌潜力。此外，铜死亡相关基因（如SLC31A1和FDX1）的表达与肿瘤微环境中免疫细胞浸润和免疫检查点蛋白的表达密切相关，影响肿瘤预后。总体而言，铜死亡可能通过调节免疫微环境和免疫检查点蛋白，影响肿瘤的免疫逃逸和治疗反应。
4.2铁死亡与免疫微环境的关系
铁死亡通过调节免疫细胞的行为和肿瘤微环境的特性，既可以增强抗肿瘤免疫反应，也可能对免疫细胞产生负面影响。例如，CD8⁺ T细胞通过分泌IFN-γ，抑制癌细胞的胱氨酸摄取和GSH合成，同时上调ACSL4促进脂质过氧化，从而诱导癌细胞发生铁死亡。此外，铁死亡还能调节巨噬细胞的极化，增加抗肿瘤的M1型巨噬细胞比例。然而，铁死亡诱导剂可能对T细胞生存产生威胁，降低抗肿瘤免疫功能。
在免疫治疗中，铁死亡作为一种免疫原性细胞死亡（ICD），能够通过释放DAMPs激活免疫反应，增强免疫治疗效果。但其与坏死、凋亡的相互作用及其对免疫反应的影响仍需进一步研究。总体而言，铁死亡在肿瘤治疗中展现出巨大潜力，但如何平衡其对免疫细胞的影响仍是未来研究的关键方向。
4.3泛凋亡与免疫微环境的关系
泛凋亡（PANoptosis）通过激活肿瘤微环境（TME）中的免疫反应发挥抗肿瘤作用。它不仅能增强免疫细胞浸润，还能通过释放损伤相关分子模式（DAMPs）促进树突状细胞成熟和巨噬细胞极化，从而增强抗肿瘤免疫。ZBP1介导的信号通路可触发IFN-I反应，形成抗肿瘤免疫的正反馈环。此外，泛凋亡还与免疫检查点分子（如CCL2、CD274、CXCR4等）的表达正相关，进一步增强肿瘤免疫原性。NK细胞和树突状细胞在泛凋亡过程中发挥重要作用，通过识别和吞噬死亡细胞，激活T细胞和B细胞的免疫反应。尽管泛凋亡可能促进调节性T细胞（Treg）的浸润，但其整体效果是增强抗肿瘤免疫。研究表明，泛凋亡在多种癌症中与免疫细胞浸润和免疫检查点表达相关，具有作为癌症治疗新策略的潜力。
图5：影响肿瘤细胞中TME的新的RCD模式综述
铁死亡、铜死亡和泛凋亡在肿瘤细胞中的发生可能触发或调节TME中的免疫反应，而TME中的免疫细胞对这些新型细胞死亡方式的敏感性差异显著。此外，不同形式的免疫细胞死亡可以通过直接或间接作用调节肿瘤细胞的增殖和死亡。这些细胞死亡方式在肿瘤治疗中具有潜在的应用价值，因为它们可以通过调节免疫微环境来增强抗肿瘤免疫反应。
综上所述，铁死亡、铜死亡和泛凋亡既是罪魁祸首又是新希望，他们与TME之间的复杂联系为肿瘤治疗提供了新的视角，未来的研究将进一步探索这些细胞死亡方式在肿瘤免疫中的作用机制和临床应用潜力。
