细胞死亡大盘点—细胞焦亡

在前面四期“细胞死亡大盘点”系列推文中，分别给大家介绍了细胞凋亡、细胞自噬、细胞坏死和坏死性凋亡的相关内容，今天我们一起来了解细胞焦亡的相关内容。

细胞焦亡的定义

细胞焦亡（Pyroptosis）又称炎症程序性细胞死亡，是一种依赖于Gasdermin家族蛋白形成质膜膜孔的可调控的细胞死亡，表现为细胞不断胀大直至细胞膜破裂，导致细胞内容物的释放大量炎症因子进而激活强烈的炎症反应。细胞焦亡是机体一种重要的天然免疫反应，在抗击感染中发挥重要作用。

图1. 细胞焦亡示意图

细胞焦亡的特征

光镜下焦亡细胞表现为细胞肿胀膨大，并且有许多气泡状突出物（焦亡小体）。

细胞发生焦亡时，细胞会发生肿胀，在细胞破裂之前，细胞上形成凸出物（图A），之后细胞膜上形成孔隙，使细胞膜失去完整性，释放内容物，引起炎症反应，此时，细胞核位于细胞中央（图B），随着形态学的改变，细胞核固缩，DNA断裂。

图2. 细胞焦亡的特征

细胞焦亡的机制

细胞焦亡机制可以分为：经典途经和非经典途经。

经典途径

又叫Caspase 1依赖途径，在此途径中，NLRP3、NLRC4、AIM2、Pyrin等炎症小体被激活后，将活化并裂解Pro-Caspase-1，形成具有活性的Caspase-1。活化的Caspase-1一方面切割GSDMD，形成含有GSDM-NT活性域的肽段，诱导细胞膜穿孔，细胞破裂，释放内容物，引起炎症反应；另一方面，活化的Caspase-1对IL-1β和IL-18前体进行切割，形成有活性的IL-1β和IL-18，并释放到胞外，募集炎症细胞聚集，扩大炎症反应。

非经典途经

在受到脂多糖(LPS)刺激后，Caspase-4、Caspase-5和Caspase-11可以与LPS直接结合并启动焦亡进程。一方面，活化的Caspase-4/5/11可以裂解GSDMD蛋白，GSDMD蛋白N端既可以介导细胞膜溶解与细胞焦亡；另一方面，活化的Caspase-4/5/11激活NLRP3炎症小体来活化Caspase-1，最终产生IL-1β和IL-18并外释。

图3. 细胞焦亡的两种途径（图片参考：Man et al., 2015; Cell Research.）

最近的研究还发现了一种新的焦亡途径：特定的刺激导致Caspase-3的激活（原本 Caspase-3 是凋亡的底物），Caspase-3诱导Gasdermin E（GSDME）的裂解为C-末端片段 GSDME-CT）和N-端片段（GSDME-NT）。其中GSDME-NT也参与了膜孔的形成，导致细胞焦亡。

细胞焦亡的检测方式

1.形态学观察

光镜下焦亡的细胞发生肿胀，有许多气泡状突出物。

图4. 诱导NHEK细胞焦亡后，光镜下观察细胞形态

2.RT-qPCR检测焦亡相关指标mRNA表达

常用指标：Gsdmb、Gsdmc、Gsdmd、Gsdme、Caspase1/4/5/11等。

图5. RT-qPCR检测iBMDM细胞中Gsdmd表达水平

3.免疫法（WB/IHC）检测焦亡相关指标蛋白表达

常用指标：GSDMB、GSDMC、GSDMD、GSDME、Caspase1/4/5/11等。

图6. WB检测多种细胞GSDME以及Caspase3前体表达水平

4.ELISA检测炎症因子

常用指标：IL-1β，IL-18等。

图7. ELISA检测priBMDM细胞中IL-1β

5.检测LDH释放验证细胞是否渗漏

焦亡的细胞因质膜穿孔而发生渗漏，胞内物质流出，包括LDH。LDH活性稳定，易于检测。通过检测LDH可评估细胞渗漏程度。

图8. 诱导NHEK细胞焦亡后LDH释放情况

6.Caspase试剂盒检测相关Caspase酶的活化

相关指标：Caspase-1、Caspase-4、Caspase-5、Caspase-11等。

图9. 诱导Jurkat细胞后，收取细胞沉淀，计算Caspase 1活性

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