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細胞焦亡研究中的檢測指標有哪些?

更新時(shí)間:2021-09-16點(diǎn)擊次數:9575

細胞焦亡是什么?

細胞凋亡(Apoptosis)是經(jīng)典的細胞死亡方式,但隨著(zhù)研究的不斷深入,很多細胞死亡現象并不能用細胞凋亡來(lái)解釋?zhuān)S著(zhù)研究的深入,科學(xué)家又陸續發(fā)現了一些新的細胞死亡新機制。細胞焦亡(Pyroptosis)便是近年來(lái)發(fā)現并證實(shí)的一種炎癥程序性細胞死亡,其特征為依賴(lài)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。

按照激活機制,細胞焦亡可分為Caspase-1依賴(lài)不依賴(lài)兩種途徑。兩種途徑都是通過(guò)切割GSDMD后形成N端游離的肽段,這一肽段會(huì )誘導細胞形成孔道并導致細胞破裂,釋放胞質(zhì)成分。兩種途徑都能同時(shí)誘導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)典的細胞焦亡依賴(lài)于caspase-1,這從根本上將細胞焦亡與其它細胞死亡途徑區分開(kāi)來(lái)。由于caspase-1是細胞焦亡途徑中的主要效應蛋白酶,因此caspase-1的活化是細胞發(fā)生焦亡的重要指標。

3種主要的pyroptosis途徑示意圖.jpg

三種主要的pyroptosis途徑示意圖[1]

細胞焦亡的特征:


1. 細胞膜破裂:Caspase-1介導的細胞膜離子梯度發(fā)生改變,細胞內滲透壓增加,導致細胞膜破裂,細胞膨大變形,釋放炎性物質(zhì);
2. DNA隨機降解:DNA隨機降解,不像細胞凋亡時(shí),DNA降解為180-200bp及其整數倍的片段;
3. 產(chǎn)生炎癥體:炎癥體是一種胞質(zhì)多聚體信號復合物,協(xié)調免疫反應對入侵病原體的激活。炎癥體的激活導致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)細胞焦亡。
4. 活化的IL-1β和IL-18釋放:炎性細胞因子IL-1β和IL-18在細胞焦亡中經(jīng)歷caspase-1依賴(lài)性激活和分泌。白介素-1β是一種有效的內源性熱原,可刺激發(fā)熱、白細胞組織遷移和多種細胞因子和趨化因子的表達。白細胞介素-18誘導干擾素γ的產(chǎn)生,對活化T細胞、巨噬細胞和其它細胞類(lèi)型很重要。白細胞介素-1β和白細胞介素-18在一系列炎癥和自身免疫性疾病的發(fā)病機制中起著(zhù)至關(guān)重要的作用。
細胞焦亡的檢測指標:
1. Gasdermin D的切割:細胞焦亡發(fā)生時(shí),GSDMD(53KD)被切割,產(chǎn)生30KD左右的片段,能夠通過(guò)Western blot(WB)對GSDMD的大小進(jìn)行驗證。推薦:GSDMD抗體
2. Caspase的激活,主要是Caspase-1,Caspase-4,Caspase-5,Caspase-11:細胞焦亡發(fā)生時(shí),caspase-1和caspase-4被激活,可以通過(guò)檢測caspase-1和caspase-4的活性來(lái)驗證。推薦:Caspase活性分析試劑盒
3. IL-1β、IL-18的成熟和釋放:細胞焦亡發(fā)生時(shí),IL-1β和IL-18會(huì )釋放到細胞中,可以通過(guò)WB或ELISA方法檢測細胞上清中的IL-1β和IL-18的含量來(lái)驗證。
4. 細胞形態(tài)學(xué)檢測:可以用掃描電鏡觀(guān)察細胞形態(tài),如:細胞膜破裂、細胞膨大變形、細胞器變形。
5. 染色質(zhì)完整性檢測 (TUNEL檢測等)
細胞焦亡與細胞凋亡異同點(diǎn):

異同點(diǎn)

細胞凋亡

細胞焦亡

相同點(diǎn)

都是程序性細胞死亡過(guò)程







點(diǎn)

起因

生理條件下的基因調控

病理性的刺激

細胞類(lèi)型

細胞凋亡發(fā)生在所有細胞中

細胞焦亡一般發(fā)生在Mφ(巨噬細胞)和DC細胞中

對組織的影響

無(wú)炎癥反應

有炎癥反應

溶血現象

無(wú)溶血

有溶血

標志性事件

細胞形態(tài):縮小

細胞形態(tài):膨大、變形

細胞膜:結構完整

細胞膜:破裂

細胞器:完整

細胞器:變形

DNA:斷裂,降解為180~200bp及其整數倍的片段

DNA:隨機降解

其他:核蛋白、細胞骨架、蛋白交聯(lián)破壞,吞噬細胞配體表達,形成凋亡小體

其他:核濃縮、形成焦亡小體

分類(lèi)

內源性途徑/線(xiàn)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caspase的依賴(lài)性

起始:caspase8,9,10

Caspase1,3,4,5,11

執行:caspase3,6,7

檢測指標

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.

細胞焦亡也是近幾年的研究熱點(diǎn)之一。此外,研究還表明,細胞焦亡與許多的人類(lèi)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(zhuān)業(yè)的細胞焦亡研究思路、技術(shù)服務(wù)以及全套試劑產(chǎn)品。

參考文獻:

[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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