细胞焦亡研究中的检测指标有哪些？

更新时间：2021-09-16

点击次数：10066

细胞焦亡是什么？

细胞凋亡（Apoptosis）是经典的细胞死亡方式，但随着研究的不断深入，很多细胞死亡现象并不能用细胞凋亡来解释，随着研究的深入，科学家又陆续发现了一些新的细胞死亡新机制。细胞焦亡（Pyroptosis）便是近年来发现并证实的一种炎症程序性细胞死亡，其特征为依赖于炎性半胱天冬酶（主要是caspase-1，4，5，11），并伴有大量促炎症因子的释放。细胞焦亡可由各种病理刺激引发，如中风、心脏病发作、癌症、感染等。

按照激活机制，细胞焦亡可分为Caspase-1依赖和不依赖两种途径。两种途径都是通过切割GSDMD后形成N端游离的肽段，这一肽段会诱导细胞形成孔道并导致细胞破裂，释放胞质成分。两种途径都能同时诱导IL-1β和IL-18的前体进行切割，形成成熟的IL-1β和IL-18。不同的只是是否直接激活Caspase-1。经典的细胞焦亡依赖于caspase-1，这从根本上将细胞焦亡与其它细胞死亡途径区分开来。由于caspase-1是细胞焦亡途径中的主要效应蛋白酶，因此caspase-1的活化是细胞发生焦亡的重要指标。

3种主要的pyroptosis途径示意图.jpg

三种主要的pyroptosis途径示意图[1]

细胞焦亡的特征：

1. 细胞膜破裂：Caspase-1介导的细胞膜离子梯度发生改变，细胞内渗透压增加，导致细胞膜破裂，细胞膨大变形，释放炎性物质；

2. DNA随机降解：DNA随机降解，不像细胞凋亡时，DNA降解为180-200bp及其整数倍的片段；

3. 产生炎症体：炎症体是一种胞质多聚体信号复合物，协调免疫反应对入侵病原体的激活。炎症体的激活导致caspase-1的加工和激活。一旦被激活，caspase-1将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编码）以诱发细胞焦亡。

4. 活化的IL-1β和IL-18释放：炎性细胞因子IL-1β和IL-18在细胞焦亡中经历caspase-1依赖性激活和分泌。白介素-1β是一种有效的内源性热原，可刺激发热、白细胞组织迁移和多种细胞因子和趋化因子的表达。白细胞介素-18诱导干扰素γ的产生，对活化T细胞、巨噬细胞和其它细胞类型很重要。白细胞介素-1β和白细胞介素-18在一系列炎症和自身免疫性疾病的发病机制中起着至关重要的作用。

细胞焦亡的检测指标：

1. Gasdermin D的切割：细胞焦亡发生时，GSDMD（53KD）被切割，产生30KD左右的片段，能够通过Western blot（WB）对GSDMD的大小进行验证。推荐：GSDMD抗体

2. Caspase的激活，主要是Caspase-1，Caspase-4，Caspase-5，Caspase-11：细胞焦亡发生时，caspase-1和caspase-4被激活，可以通过检测caspase-1和caspase-4的活性来验证。推荐：Caspase活性分析试剂盒

3. IL-1β、IL-18的成熟和释放：细胞焦亡发生时，IL-1β和IL-18会释放到细胞中，可以通过WB或ELISA方法检测细胞上清中的IL-1β和IL-18的含量来验证。

4. 细胞形态学检测：可以用扫描电镜观察细胞形态，如：细胞膜破裂、细胞膨大变形、细胞器变形。

5. 染色质完整性检测（TUNEL检测等）

细胞焦亡与细胞凋亡异同点：

异同点		细胞凋亡	细胞焦亡
相同点		都是程序性细胞死亡过程
不同点	起因	生理条件下的基因调控	病理性的刺激
	细胞类型	细胞凋亡发生在所有细胞中	细胞焦亡一般发生在Mφ（巨噬细胞）和DC细胞中
	对组织的影响	无炎症反应	有炎症反应
	溶血现象	无溶血	有溶血
	标志性事件	细胞形态：缩小	细胞形态：膨大、变形
		细胞膜：结构完整	细胞膜：破裂
		细胞器：完整	细胞器：变形
		DNA：断裂，降解为180~200bp及其整数倍的片段	DNA：随机降解
		其他：核蛋白、细胞骨架、蛋白交联破坏，吞噬细胞配体表达，形成凋亡小体	其他：核浓缩、形成焦亡小体
	分类	内源性途径/线粒体途径	经典通路：基于caspase1
	分类	基于caspase9	非经典通路：基于caspase4，5，11
	对caspase的依赖性	起始：caspase8，9，10	Caspase1，3，4，5，11
	对caspase的依赖性	执行：caspase3，6，7	Caspase1，3，4，5，11
	检测指标	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.

细胞焦亡也是近几年的研究热点之一。此外，研究还表明，细胞焦亡与许多的人类疾病具有一定相关性，因此是很好的课题研究切入点。

昆盟生物可提供专业的细胞焦亡研究思路、技术服务以及全套试剂产品。

参考文献：

[1] Yu J., et al. Mechanisms of Neoantigen-Targeted Induction of Pyroptosis and Ferroptosis: From Basic Research to Clinical Applications. Front Oncol, 2021. 11: 685377.

[2] Qian Z. et al. Pyroptosis in the Initiation and Progression of Atherosclerosis. Front Pharmacol, 2021. 12:652963.

[3] Shi, J., et al. Cleavage of GSDMD by inflammatory caspases determines pyroptotic cell death. Nature, 2015. 526(7575): 660-5.

[4] Ding, J., et al. Pore-forming activity and structural autoinhibition of the gasdermin family. Nature, 2016. 535(7610): 111-6.

[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.

上海昆盟生物科技有限公司 (Coweldgen Scientific Co,.LTD) 是一家专注于生命科学领域提供相关试剂产品和服务的生物高科技企业，坐落于上海聚科生物产业园。公司提供种类齐全的细胞系、质量稳定的细胞培养试剂产品、成熟高效的技术服务。本着“守正创新，科学严谨"的理念，我们以高标准塑造行业品牌，以全新视野构建现代企业，勇于探索和创新。公司业务范围涉及全国各省市自治区，与国内多家医院、高校、科研院所、生物科技公司建立了良好的合作关系，赢得了良好的市场声誉和广泛的认可，我们保证将继续为广大科研用户提供专业、高效、优质的产品及服务！

返回列表