细胞焦亡研究中的检测指标有哪些？

更新时间：2021-09-16

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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依赖和不依赖两种途径。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。

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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
不同点	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
	分类	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
	对caspase的依赖性	执行：caspase3，6，7	Caspase1，3，4，5，11
	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.

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[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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