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細(xì)胞焦亡研究中的檢測(cè)指標(biāo)有哪些?

更新時(shí)間:2021-09-16點(diǎn)擊次數(shù):10153

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(jī)制。細(xì)胞焦亡(Pyroptosis)便是近年來發(fā)現(xiàn)并證實(shí)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(jī)制,細(xì)胞焦亡可分為Caspase-1依賴不依賴兩種途徑。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(huì)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(shí)誘導(dǎo)IL-1β和IL-18的前體進(jìn)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)。

3種主要的pyroptosis途徑示意圖.jpg

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(jī)降解:DNA隨機(jī)降解,不像細(xì)胞凋亡時(shí),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(hào)復(fù)合物,協(xié)調(diào)免疫反應(yīng)對(duì)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(dá)。白細(xì)胞介素-18誘導(dǎo)干擾素γ的產(chǎn)生,對(duì)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(jī)制中起著至關(guān)重要的作用。
細(xì)胞焦亡的檢測(cè)指標(biāo):
1. Gasdermin D的切割:細(xì)胞焦亡發(fā)生時(shí),GSDMD(53KD)被切割,產(chǎn)生30KD左右的片段,能夠通過Western blot(WB)對(duì)GSDMD的大小進(jìn)行驗(yàn)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(shí),caspase-1和caspase-4被激活,可以通過檢測(cè)caspase-1和caspase-4的活性來驗(yàn)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(shí),IL-1β和IL-18會(huì)釋放到細(xì)胞中,可以通過WB或ELISA方法檢測(cè)細(xì)胞上清中的IL-1β和IL-18的含量來驗(yàn)證。
4. 細(xì)胞形態(tài)學(xué)檢測(cè):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(cè) (TUNEL檢測(cè)等)
細(xì)胞焦亡與細(xì)胞凋亡異同點(diǎn):

異同點(diǎn)

細(xì)胞凋亡

細(xì)胞焦亡

相同點(diǎn)

都是程序性細(xì)胞死亡過程







點(diǎn)

起因

生理?xiàng)l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(duì)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(jī)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(dá),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

基于caspase9

非經(jīng)典通路:基于caspase4,5,11

對(duì)caspase的依賴性

起始:caspase8,9,10

Caspase1,3,4,5,11

執(zhí)行:caspase3,6,7

檢測(cè)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(diǎn)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(diǎn)。
昆盟生物可提供專業(yè)的細(xì)胞焦亡研究思路、技術(shù)服務(wù)以及全套試劑產(chǎn)品。

參考文獻(xiàn):

[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. 

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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.
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