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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







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

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

执行:caspase3,6,7

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.


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