細(xì)胞焦亡研究中的檢測指標(biāo)有哪些？

更新時間：2021-09-16

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細(xì)胞焦亡是什么？

細(xì)胞凋亡（Apoptosis）是經(jīng)典的細(xì)胞死亡方式，但隨著研究的不斷深入，很多細(xì)胞死亡現(xiàn)象并不能用細(xì)胞凋亡來解釋，隨著研究的深入，科學(xué)家又陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了一些新的細(xì)胞死亡新機制。細(xì)胞焦亡（Pyroptosis）便是近年來發(fā)現(xiàn)并證實的一種炎癥程序性細(xì)胞死亡，其特征為依賴于炎性半胱天冬酶（主要是caspase-1，4，5，11），并伴有大量促炎癥因子的釋放。細(xì)胞焦亡可由各種病理刺激引發(fā)，如中風(fēng)、心臟病發(fā)作、癌癥、感染等。

按照激活機制，細(xì)胞焦亡可分為Caspase-1依賴和不依賴兩種途徑。兩種途徑都是通過切割GSDMD后形成N端游離的肽段，這一肽段會誘導(dǎo)細(xì)胞形成孔道并導(dǎo)致細(xì)胞破裂，釋放胞質(zhì)成分。兩種途徑都能同時誘導(dǎo)IL-1β和IL-18的前體進行切割，形成成熟的IL-1β和IL-18。不同的只是是否直接激活Caspase-1。經(jīng)典的細(xì)胞焦亡依賴于caspase-1，這從根本上將細(xì)胞焦亡與其它細(xì)胞死亡途徑區(qū)分開來。由于caspase-1是細(xì)胞焦亡途徑中的主要效應(yīng)蛋白酶，因此caspase-1的活化是細(xì)胞發(fā)生焦亡的重要指標(biāo)。

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三種主要的pyroptosis途徑示意圖[1]

細(xì)胞焦亡的特征：

1. 細(xì)胞膜破裂：Caspase-1介導(dǎo)的細(xì)胞膜離子梯度發(fā)生改變，細(xì)胞內(nèi)滲透壓增加，導(dǎo)致細(xì)胞膜破裂，細(xì)胞膨大變形，釋放炎性物質(zhì)；

2. DNA隨機降解：DNA隨機降解，不像細(xì)胞凋亡時，DNA降解為180-200bp及其整數(shù)倍的片段；

3. 產(chǎn)生炎癥體：炎癥體是一種胞質(zhì)多聚體信號復(fù)合物，協(xié)調(diào)免疫反應(yīng)對入侵病原體的激活。炎癥體的激活導(dǎo)致caspase-1的加工和激活。一旦被激活，caspase-1將pro-IL-1β和pro-IL-18切割成成熟形式IL-1β、IL-18，并切割Gasdermin D（由GSDMD編碼）以誘發(fā)細(xì)胞焦亡。

4. 活化的IL-1β和IL-18釋放：炎性細(xì)胞因子IL-1β和IL-18在細(xì)胞焦亡中經(jīng)歷caspase-1依賴性激活和分泌。白介素-1β是一種有效的內(nèi)源性熱原，可刺激發(fā)熱、白細(xì)胞組織遷移和多種細(xì)胞因子和趨化因子的表達。白細(xì)胞介素-18誘導(dǎo)干擾素γ的產(chǎn)生，對活化T細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和其它細(xì)胞類型很重要。白細(xì)胞介素-1β和白細(xì)胞介素-18在一系列炎癥和自身免疫性疾病的發(fā)病機制中起著至關(guān)重要的作用。

細(xì)胞焦亡的檢測指標(biāo)：

1. Gasdermin D的切割：細(xì)胞焦亡發(fā)生時，GSDMD（53KD）被切割，產(chǎn)生30KD左右的片段，能夠通過Western blot（WB）對GSDMD的大小進行驗證。推薦：GSDMD抗體

2. Caspase的激活，主要是Caspase-1，Caspase-4，Caspase-5，Caspase-11：細(xì)胞焦亡發(fā)生時，caspase-1和caspase-4被激活，可以通過檢測caspase-1和caspase-4的活性來驗證。推薦：Caspase活性分析試劑盒

3. IL-1β、IL-18的成熟和釋放：細(xì)胞焦亡發(fā)生時，IL-1β和IL-18會釋放到細(xì)胞中，可以通過WB或ELISA方法檢測細(xì)胞上清中的IL-1β和IL-18的含量來驗證。

4. 細(xì)胞形態(tài)學(xué)檢測：可以用掃描電鏡觀察細(xì)胞形態(tài)，如：細(xì)胞膜破裂、細(xì)胞膨大變形、細(xì)胞器變形。

5. 染色質(zhì)完整性檢測（TUNEL檢測等）

細(xì)胞焦亡與細(xì)胞凋亡異同點：

異同點		細(xì)胞凋亡	細(xì)胞焦亡
相同點		都是程序性細(xì)胞死亡過程
不同點	起因	生理條件下的基因調(diào)控	病理性的刺激
	細(xì)胞類型	細(xì)胞凋亡發(fā)生在所有細(xì)胞中	細(xì)胞焦亡一般發(fā)生在Mφ（巨噬細(xì)胞）和DC細(xì)胞中
	對組織的影響	無炎癥反應(yīng)	有炎癥反應(yīng)
	溶血現(xiàn)象	無溶血	有溶血
	標(biāo)志性事件	細(xì)胞形態(tài)：縮小	細(xì)胞形態(tài)：膨大、變形
		細(xì)胞膜：結(jié)構(gòu)完整	細(xì)胞膜：破裂
		細(xì)胞器：完整	細(xì)胞器：變形
		DNA：斷裂，降解為180~200bp及其整數(shù)倍的片段	DNA：隨機降解
		其他：核蛋白、細(xì)胞骨架、蛋白交聯(lián)破壞，吞噬細(xì)胞配體表達，形成凋亡小體	其他：核濃縮、形成焦亡小體
	分類	內(nèi)源性途徑/線粒體途徑	經(jīng)典通路：基于caspase1
	分類	基于caspase9	非經(jīng)典通路：基于caspase4，5，11
	對caspase的依賴性	起始：caspase8，9，10	Caspase1，3，4，5，11
	對caspase的依賴性	執(zhí)行：caspase3，6，7	Caspase1，3，4，5，11
	檢測指標(biāo)	早期凋亡：Annexin V、JC-1；中期凋亡：Caspase；晚期凋亡：TUNEL；	Gasdermin D切割； Caspase-1、Caspase-4活性； IL-1β、IL-18含量.

細(xì)胞焦亡也是近幾年的研究熱點之一。此外，研究還表明，細(xì)胞焦亡與許多的人類疾病具有一定相關(guān)性，因此是很好的課題研究切入點。

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參考文獻：

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[5] Xia, X., et al. The role of pyroptosis in cancer: pro-cancer or pro-"host"? Cell Death Dis, 2019. 10(9): 650.

[6] Zeng Z. et al., Role of pyroptosis in cardiovascular disease. Cell Prolif, 2019. 52(2): e12563.

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