调节细胞死亡(RCD)，如细胞凋亡，是公认的肿瘤发生的障碍。因此，在肿瘤进癌细胞逐渐进化出对RCDs的耐药性。
铁死亡是一种新近发现的由铁依赖的脂质过氧化驱动的RCD，它在形态和机制上不同于其他RCD，如凋亡、自噬和坏死。在形态学上，铁死亡既不具有典型的凋亡特征，如染色质凝结和凋亡小体形成，也不具有自噬的关键特征——自噬小体的形成;相反，铁死亡细胞线粒体萎缩，线粒体膜密度增加，线粒体嵴减少。机制上，细胞膜中含有多不饱和脂肪酸的磷脂(PUFAPLs)在富含铁和活性氧(ROS)的条件下容易发生过氧化。这种脂质过氧化物在细胞膜上的毒性积聚最终破坏细胞膜的完整性，导致铁死亡。
细胞进化出多种铁死亡防御系统，包括谷胱甘肽过氧化物酶4(GPX4)依赖性和非依赖性系统，以解毒脂质过氧化物，从而阻止它们积累到致命水平，维持细胞存活。通过遗传或药理学途径使这种防御系统失活会引起铁死亡。
铁死亡不仅与多种病理条件和疾病有关，而且已被确定为癌症发展的天然屏障。一些肿瘤抑制因子的失活，如p53 (p53)和BRCA1相关蛋白1(BAP1)，通过抑制肿瘤铁死亡部分促进肿瘤的发展。同样，铁死亡在肿瘤治疗中十分重要。
放疗引起细胞水的辐射分解，刺激氧化酶产生高活性的羟基和其他活性氧，包括过氧根和H2O2，这些活性氧随后可以以剂量依赖性的方式攻击核酸、脂质和蛋白质。这些直接和间接的作用共同触发了癌细胞中的不良细胞事件，包括细胞周期阻滞、细胞衰老和细胞凋亡等RCDs。其他形式的RCD在RT中的潜在作用和机制仍有待进一步研究。
一、电离辐射（IR）诱导的信号转导和细胞效应
一旦IR引起DNA损伤，会引发DNA损伤反应(DDR)，即共济失调毛细血管突变(ATM)、共济失调毛细管扩张和Rad3相关(ATR)丝氨酸/苏氨酸激酶迅速发现这些损害和引起复杂的信号级联，激活下游检查点激酶1/2(CHEK1/2)，然后发生p53磷酸化等，来阻止细胞周期，这样DNA的损伤就可以被DNA修复机制纠正。
这些细胞的最终命运至少在一定程度上是由IR诱导的DNA损伤的严重程度决定的:如果损伤可以完全修复，细胞存活并重新进入细胞周期;相比之下，不可挽回的或基因组中DNA修复不当会引发衰老细胞周期阻滞(一个永久的状态)、细胞凋亡或其他形式的RCD，常常与辐射剂量，线性能量转移(LET)，细胞类型，和关键细胞因子（包括p53）有关。
P53的作用：被RT稳定和激活，然后作为转录因子调控多种基因的转录，如细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂1A(CDKN1A/p21)、纤溶酶原激活物抑制剂1(PAI-1)、早幼粒细胞白血病蛋白(PML)等。其功能是永久阻止细胞周期，从而促进衰老。衰老是大多数受辐射正常细胞的末端，也是癌症发展的屏障。p53在癌细胞中经常发生突变，其他衰老检查点，如p16与视网膜母细胞瘤(RB)通过IR消除癌细胞这一通路有关。
有研究表明，IR对p53的激活作用越强、时间越长，细胞越容易发生凋亡而不是衰老。
途径：p53激活会上调凋亡调节因子(PUMA)、BCL2相关X蛋白(BAX)和NOXA等基因的表达，导致线粒体外膜通透性(MOMP)不可逆损伤，释放细胞色素C并激活细胞凋亡蛋白酶9/3/7通路，从而诱导内在凋亡；或者，p53诱导死亡受体FAS(CD95)、死亡受体5(DR5)和FAS配体，最终激活细胞凋亡蛋白酶8及其下游效应物，触发外部细胞凋亡。lATM、AMP活化蛋白激酶(AMPK)、去乙酰化酶1 (SIRT-1)和线粒体ROS等多种因素参与IR诱导自噬，而自噬在IR介导的细胞效应中可发挥促生存或促细胞死亡功能，这取决于不同的环境。因此，自噬在放射增敏中的确切作用仍有争议。
坏死是一种细胞凋亡蛋白酶依赖的RCD，由磷酸化依赖的混合谱系激酶样伪激酶(MLKL)激活触发，该激活由受体相互作用的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶1/3(RIPK1/3)复合物介导。
最近的研究表明，IR可以诱导某些癌细胞的坏死，虽然坏死似乎不是IR反应的主要RCD。坏死更常与放疗的副作用相关。尽管有丝分裂突变(一种异常有丝分裂诱导细胞死亡的机制)是RT的一种常见的细胞效应，但并不严格认为是RCD。有丝分裂牵涉中的细胞几乎无法复制，绝大多数细胞最终死亡，只有一小部分恢复增殖
二、铁死亡的途径和诱导因子
铁依赖性脂质过氧化物的积累是铁死亡的基石。在正常情况下，铁死亡防御系统可以解毒脂质过氧化物，并将其维持在无毒水平。当铁死亡执行系统凌驾于铁死亡防御系统之上时(例如当铁死亡防御系统出现严重缺陷时)，脂质过氧化物在细胞膜内迅速积累到有毒水平，触发铁死亡。
2.1、依赖GPX4系统
溶质载体家族7成员11-谷胱甘肽- GPX4 (SLC7A11-GSH-GPX4)信号轴被认为是主要的铁蛋白防御系统;铁死亡最初是基于对这个信号轴的研究发现的。SLC7A11吸收胞外胱氨酸，随后胱氨酸在胞质中通过烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)消耗还原反应迅速还原为半胱氨酸。半胱氨酸作为GSH生物合成的限速前体，GSH是GPX4解毒脂质过氧化物的主要辅助因子。在培养基中阻断SLC7A11转运蛋白的活性或剥夺胱氨酸可诱导许多癌细胞发生强效铁死亡。
一些肿瘤抑制因子，包括p53、BAP1、ARF、KEAP1，通过抑制SLC7A11的表达或活性来促进铁死亡。
在某些癌细胞中，经硫化途径可以通过半胱氨酸的从头合成为GSH的合成提供部分细胞内半胱氨酸，以及经硫化途径参与或受其调控的酶，这些酶可以调节癌细胞对铁死亡的易感性。但此通路的细胞内半胱氨酸通常不足以应对高水平的氧化应激癌细胞暴露，因此大多数癌细胞仍主要依靠从细胞外环境通过SLC7A11获得半胱氨酸。
GPX4利用GSH作为辅助因子，将PL氢过氧化物还原为无毒PL醇，从而保持PL双层膜的完整性，防止铁死亡。GPX4失活，无论是在药理学上还是在遗传学上，都会导致毒性脂质过氧化物的大量积累，并引发铁死亡。某些癌细胞，如耐药持久性癌细胞或耐治疗的高间质细胞，高度依赖于GPX4的活性，从而暴露出治疗的潜在治疗靶点。
GPX4是一种硒蛋白;GPX4中的硒酸半胱氨酸(Sec)残基是其抗铁死亡活性所必需的。补充硒不仅能促进GPX4蛋白的合成，还能促进其转录，而扰乱甲戊酸途径则会破坏含硒蛋白(包括GPX4)的翻译，从而使细胞对铁死亡敏感。
SLC7A11介导的胱氨酸摄取、GSH生物合成和GPX4活性共同构成了一个强大的铁死亡防御系统，该系统将脂质过氧化氢保持在低于毒性阈值的水平，以维持细胞生存。
2.2、非依赖GPX4系统
NAD(P) H –铁死亡抑制蛋白1-泛素[NAD(P)H-FSP1-CoQ]信号轴是最近建立的铁死亡防御系统，与SLC7A11-GSH-GPX4轴平行运行。
CoQ源于甲戊酸途径，主要在线粒体中合成，不仅是线粒体电子传递链(ETC)的重要元素，而且其还原形式泛素醇(CoQH2)还具有强效亲脂抗氧化剂的作用。FSP1也被称为凋亡诱导因子相关线粒体相关蛋白2(AIFM2)，此前曾被认为参与诱导细胞凋亡，但其在细胞凋亡中的作用较为复杂，存在一定争议。