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如何区分坏死性凋亡,焦亡,铁死亡和 NETosis,一篇告诉你答案

 外科黄文斌 2021-11-15

近年来,研究人员阐明了特定的受调节分子机制,受调节的细胞坏死的通路包括坏死性凋亡,焦亡、铁死亡和 NETosis。

坏死性凋亡

触发因素及特征:坏死性凋亡(Necroptosis)是当细胞凋亡受阻时,通过细胞外信号(死亡受体-配体结合)或细胞内信号(外来微生物核酸)被激活的细胞自我破坏的过程。坏死性凋亡期间,可以观察到细胞器肿胀、细胞膜破裂,细胞质和细胞核的分解。

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坏死性凋亡示意图

分子机制及鉴定:坏死性凋亡不同于凋亡和其他形式的程序性细胞坏死,它不依赖于 caspase 活性,但需要 RIPK3 调控的 MLKL 磷酸化。这种磷酸化事件使 MLKL 在质膜上产生孔复合体,从而导致 DAMP 的分泌、细胞肿胀和膜破裂。

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来自 cellsignal.cn/pathways 坏死性细胞死亡信号通路图

坏死性凋亡通常由细胞外刺激触发。配体(如 TNFalpha)与细胞膜中的死亡受体(DR)结合。受体激活后,就与衔接蛋白 TRADD 和 TRAF2 结合,从而导致 RIP 激酶的下游活化。

坏死性凋亡的过程可以以各种方式被抑制。caspase-8 可通过 RIPK1 和 RIPK3 的裂解抑制坏死。Necrostatin-1 (Nec-1) 是一种已被报告可抑制 RIP1K 活性的小分子,据报道在阿尔茨海默病和帕金森病中,Necrostatin-1 处理能够提高细胞活力。

焦亡

触发因素及特征:焦亡是在存在病原体相关的分子模式(PAMP)或细胞衍生的损伤相关的分子模式(DAMP)的情况下,细菌、病毒、真菌和原生动物的细胞内感染会激活焦亡。它通常是病原体感染后可能触发的主要细胞死亡方式,且通常在先天免疫系统的细胞(例如单核细胞、巨噬细胞和树突状细胞)中被诱导。

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焦亡示意图

分子机制及检测:

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来自 cellsignal.cn/pathways 坏死性细胞死亡信号通路图

焦亡经典通路通常被描述为通过两步过程发生。在第一个“启动信号”步骤中,激活 NF-kB 以诱导多种蛋白质的表达,这些蛋白质将成为所谓的炎性小体的复合体的一部分。炎性小体通常包含一个胞质模式识别受体(PRR;例如 AIM2 或 AIM2 样家族成员)、一个接头蛋白(例如 ASC/TMS1)和 pro-caspase-1。通过检测 NLRP3 和可视化 ASC 斑点来分析炎性小体的激活是监测焦亡的方法之一。

在第二个激活步骤中,caspase-1 裂解 gasdermin D 和细胞因子,pro-IL-1β 和pro-IL-18前被蛋白水解激活,产生其促炎症形式 IL1β 和 IL18,后者是由死亡细胞分泌的。这些重要细胞因子的可视化可以通过使用特异性抗体来实现。重要的是,caspase-1 还可切割关键蛋白 gasdermin D(GSDMD)的氨基末端片段,使其寡聚并在细胞膜上形成孔,导致细胞因子分泌、进水和最终的细胞破裂。

另外,可以通过细胞内检测革兰氏阴性细菌 LPS 的非经典通路来诱导焦亡,通过激活 caspase-4、5和/或 11(小鼠)以切割 GSDMD。由于 GSDMD 在经典和非经典通路中均被切割,因此监测 GSDMD 的切割和易位是识别焦亡的重要部分。

发生焦亡的细胞显示细胞肿胀、膜起泡、DNA 断裂和最终细胞裂解等特征。但是,细胞核通常保持完整,这与凋亡和坏死性凋亡中观察到的细胞核破坏现象不同。

研究焦亡的机制可能会为癌症、自身免疫性疾病、神经退行性疾病等带来治疗益处。

铁死亡

触发因素及特征:铁死亡(Ferropotosis) 没有染色质凝聚或质膜完整性丧失的现象,但存在线粒体浓缩、线粒体体嵴减少、膜密度增加。铁死亡主要受铁稳态和氧化应激的通路调节。

分子调控机制:铁稳态部分受铁蛋白控制,铁蛋白水平可通过“铁蛋白自噬”调节,此过程由铁蛋白的选择性货物受体——核受体辅激活因子 4 (NCOA4)介导。实验证明,使用一些常见的铁螯合剂(例如去铁胺)可以抑制铁死亡。

铁死亡研究工具:监测铁死亡的工具涉及药理学(例如铁螯合剂,抗氧化剂)、靶标表达(GPX4,SCL7A11,铁蛋白,NRF2 等)的变化、监测活性氧和脂质过氧化以及谷胱甘肽测定。Cell Signaling Technology™ (CST®️)提供铁死亡研究的小包装抗体套装(货号:#29650,#48768T,#16815),每种套装包含铁死亡相关的多个核心靶点,让研究者快速便捷地入手铁死亡研究。

NETosis

触发因素及特征:NETosis 被鉴定为对细菌感染的反应,可以通过脂多糖(LPS)以及炎症通路激活剂(如佛波醇 12-肉豆蔻酸酯 13-乙酸酯(PMA))激活。其特征是细胞膜破裂,染色质、组蛋白、颗粒和细胞质成分被挤压成网状结构,即中性粒细胞胞外陷阱(NETs)。

分子调控机制:NETosis NETosis 可以通过多种通路发生,但已经发现了一些关键作用因素。钙依赖性酶蛋白精氨酸脱亚氨酶 4(Protein arginine deiminase 4, PAD4)催化组蛋白的超瓜氨酸化,这有助于染色质凝聚。另外,从细胞质颗粒中释放出嗜中性粒细胞弹性蛋白酶(Elastase, ELANE)和髓过氧化物酶(Myeloperoxidase, MPO)会导致细胞骨架结构的分解和组蛋白的降解。

NETosis 的病理学意义和潜在的治疗作用仍在研究中,但与宿主对病原体的防御以及许多疾病状态有关,包括自身免疫性疾病、血栓形成、心血管疾病和肿瘤进展。

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内容审核:刘果、朱晓芳

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