感染,、腫瘤,、心血管疾病……日漸關(guān)注的細(xì)胞焦亡
什么是焦亡,?
細(xì)胞焦亡是一種炎癥形式的、程序性細(xì)胞死亡,,其特征是細(xì)胞不斷脹大直至細(xì)胞膜破裂,,釋放促炎性細(xì)胞因子 IL-1β 和 IL-18 等內(nèi)容物進(jìn)而引發(fā)強(qiáng)烈的炎癥反應(yīng)[1,10],這是一種不同于細(xì)胞凋亡和細(xì)胞壞死的過(guò)程(表 1),。
表 1
細(xì)胞凋亡,、壞死及焦亡的差異
細(xì)胞凋亡 | 細(xì)胞壞死 | 細(xì)胞焦亡 | |
是否為程序性死亡? | 是 | 否 | 是 |
細(xì)胞膜是否完整,? | 是 | 否 | 否 |
細(xì)胞組分變化 | 細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核固縮,、DNA 損傷、形成凋亡小體,、暴露介導(dǎo)吞噬作用的表面分子 | 細(xì)胞器腫大、DNA 損傷(有時(shí)) | Caspase-1 活化,、DNA 損傷,、細(xì)胞因子釋放 |
是否釋放炎性細(xì)胞成分? | 否 | 是 | 是 |
參與的 Caspases | Caspase-2, -3, -6, -7, -8, -9(小鼠), -10(人) | 否 | Caspase-1, -3, -11(小鼠); -4, -5(人) |
根據(jù)參考文獻(xiàn) 2,3,10 總結(jié)
已發(fā)現(xiàn)焦亡與多種疾病相關(guān),,包括微生物感染[10],、動(dòng)脈粥樣硬化及其他心血管疾病[6]、敗血癥[4] 和肝病[10] 等,,焦亡及其分子機(jī)制可以作為潛在的新型治療靶點(diǎn)[9],。近來(lái)的研究發(fā)現(xiàn),在腫瘤中引發(fā)細(xì)胞焦亡可有效調(diào)節(jié)腫瘤微環(huán)境,,進(jìn)而激活很強(qiáng)的 T 細(xì)胞誘導(dǎo)的抗腫瘤免疫活性,,清除腫瘤,提示細(xì)胞焦亡未來(lái)將會(huì)對(duì)腫瘤免疫治療發(fā)揮推動(dòng)性作用[14,15],。
細(xì)胞焦亡有哪些途徑,?
焦亡的經(jīng)典形式是 caspase-1 依賴性的,同時(shí),,也有多項(xiàng)研究確定了 caspase-1 非依賴性的非經(jīng)典途徑,。
Caspase-1 依賴性焦亡
在細(xì)菌、病毒和宿主細(xì)胞成分的 PAMPs 和 DAMPs 刺激下,,細(xì)胞內(nèi)的模式識(shí)別受體 NLRs 家族(Nucleotide-binding oligomerization domain and leucine-rich repeat receptors)包括 NLRP3,、NLRP1b 和 NLRC4/CARD12 激活 Caspase 1。NLR-Caspase 1 激活后,形成炎癥小體,。炎癥小體是由傳感器 NLRs,、蛋白酶 Caspases 效應(yīng)器和稱為 ASC 的銜接蛋白組成的多蛋白結(jié)構(gòu)(表 2)[8,9,10]。
表 2
炎癥小體組成
傳感器分子 | 銜接蛋白 | 蛋白酶 Caspases |
NLRP1, -3, -4, -6, -7, -12; NLRC4; AIM2; pyrin; IFI16; RIG-1 | ASC, Pycard | Caspase-1, -4/5*, -11* |
* 炎癥小體組裝不需要,,但可能發(fā)揮作用,,根據(jù)參考文獻(xiàn) 1,8,9 總結(jié)
除了形成炎癥小體外,炎癥性 Caspases-1,、-4/5(人)和-11(小鼠)還切割激活 Gasdermin D,,切割產(chǎn)生的 Gasdermin D 的 N 端片段多聚化,在質(zhì)膜上形成孔隙,,釋放促炎性細(xì)胞因子[7,10],。主動(dòng)釋放促炎性細(xì)胞因子,是焦亡相較于其他形式細(xì)胞死亡的*特征,。促炎細(xì)胞因子 IL-1β 和 IL-18 首先翻譯成非活性形式,,然后被 Caspase-1 裂解并激活[3,7,10],之后這些細(xì)胞因子可以通過(guò) Gasdermin D 形成的孔釋放,。
細(xì)胞焦亡流程示意圖[3]
Caspase-1 非依賴性焦亡
Gasdermin D 也可以 Caspase-1 非依賴性形式被 Caspase-4,、-5 和-11 激活。然而在這種情況下,,促炎性 IL-1β 和 IL-18 的激活仍然依賴于 Caspase-1 的活性[10],。Caspase-3 也被證明能激活 Gasdermin E,同樣在細(xì)胞膜上形成孔隙,,釋放 DAMP 和細(xì)胞因子[3],。
如何檢測(cè)焦亡?
檢測(cè)焦亡有多種方法,,主要有以下幾種,,必要時(shí)可以結(jié)合多種指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估。
基于酶活性比色法檢測(cè)乳酸脫氫酶(LDH,,質(zhì)膜孔隙形成的標(biāo)志)的釋放,。
用電子顯微鏡在單個(gè)細(xì)胞基礎(chǔ)上評(píng)估膜完整性,觀察是否有細(xì)胞腫脹和胞漿釋放,。該方法的缺點(diǎn)是,,焦亡和壞死都涉及到細(xì)胞內(nèi)容物的釋放,僅從形態(tài)學(xué)特征很難區(qū)分,。
通過(guò)標(biāo)志物組合來(lái)確定:包括 Gasdermin D 和 E 的裂解,,可以用 WB 來(lái)驗(yàn)證;IL-1β 和 IL-18 的激活和釋放,,可用 ELISA 檢測(cè)細(xì)胞上清來(lái)進(jìn)行定量,;Caspases(caspase-1,、-3、-4,、-5 和-11)的激活[12,13],。
Bio-Techne 旗下子品牌 R&D Systems® 和 Novus Biologicals® 可提供細(xì)胞焦亡研究相關(guān)的抗體、ELISA 試劑盒及活性分析試劑盒等工具,,文中涉及到的關(guān)鍵指標(biāo)的代表產(chǎn)品如下:
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