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細胞焦亡(pyroptosis)是一(yī)種新的程序性細胞死亡方式,其依賴于Gasdermin家族蛋白(bái)形成質膜膜孔的、可調控的細胞死亡,經常但并不總因炎症性Caspase的活化而完成。其形态學特征在電(diàn)鏡下(xià)觀察,可清楚看到在細胞質膜破裂前,焦亡的細胞形成大(dà)量小(xiǎo)泡,即焦亡小(xiǎo)體(tǐ)。之後細胞膜上會形成孔隙,細胞膜破裂,内容物(wù)流出。
細胞形态學:根據細胞形态變,可初步鑒定細胞是否發生(shēng)焦亡。通過光學顯微鏡觀察,可看到胞漿破裂或有大(dà)量細胞碎片的存在。
LDH釋放(fàng)檢測:乳酸脫氫酶(LDH)是存在于幾乎所有細胞内的一(yī)種酶,當細胞膜破裂時,LDH能被釋放(fàng)到培養液中(zhōng)。因此,可通過檢測培養液中(zhōng)的LDH濃度,确定是否存在細胞焦亡。
DNA片段化檢測:通過檢測細胞焦亡後DNA的斷裂和片段化來确定細胞是否凋亡,如DNA凝膠電(diàn)泳,DNA染色體(tǐ)斷裂中(zhōng)斷PCR等;
ELISA檢測炎症因子:細胞焦亡是一(yī)種由于受到各種環境或藥物(wù)刺激而導緻的特殊死亡方式,會釋放(fàng)一(yī)系列炎症因子,引發炎症反應。常用指标:IL-1β、IL-6、IL-18,通過使用特定的抗體(tǐ),可以測量這些炎症因子的含量,從而确定細胞焦亡的程度。
WB實驗檢測:通過檢測單個蛋白(bái)質,可檢測到細胞焦亡中(zhōng)存在的關鍵分(fēn)子,如Caspase-3,PARP等進行定量檢測。
aspase-1介導的典型途徑:
細胞焦亡途徑中(zhōng),由NLRP3、NLRC4、AIM2、Pyrin等炎症小(xiǎo)體(tǐ)被激活後将活化并裂解Pro-Caspase-1形成具有活性的Caspase-1,Caspase-1可以裂解GSDMD蛋白(bái)形成具有活性的N端與C端,N端促使細胞膜穿孔、細胞死亡;同時Caspase-1還可以處理pro-IL-1β形成有活性的IL-1β,釋放(fàng)到細胞外(wài)擴大(dà)炎症反應。
caspase-4/5/11介導的非典型途徑:在非經典細胞焦亡途徑中(zhōng),LPS可以直接與Capase-4/5/11結合,一(yī)方面,活化的Caspase-4/5/11可以裂解GSDMD蛋白(bái),GSDMD蛋白(bái)N端既可以介導細胞膜溶解與細胞焦亡,還可以激活NLRP3炎症小(xiǎo)體(tǐ)來活化Caspase-1,最終産生(shēng)IL-1β并外(wài)釋;另一(yī)方面,活化的Caspase-4/5/11激活通道Pannexin-1,釋放(fàng)ATP以開(kāi)放(fàng)胞膜通道P2X7,使細胞膜形成小(xiǎo)孔誘導細胞焦亡,激活的Pannexin-1還通過外(wài)釋K+激活NLRP3炎症小(xiǎo)體(tǐ),最終産生(shēng)IL-1β并外(wài)釋。
caspase-3-gasdermin E (GSDME)途徑:研究發現一(yī)種新的焦亡途徑:特定的刺激導緻 Caspase-3 的激活 (原本 Caspase-3 是凋亡的底物(wù)),Caspase-3 誘導 Gasdermin E (GSDME) 的裂解爲 C-末端片段 (GSDME-CT) 和 N-端片段 (GSDME-NT)。GSDME-NT 也參與了膜孔的形成,導緻細胞焦亡。
顆粒酶介導途徑:研究發現細胞毒性淋巴細胞所分(fēn)泌的顆粒酶A(Granzyme A,GZMA)通過切割GSDMB釋放(fàng)GSDMB-N片段,造成細胞穿孔,從而誘發細胞焦亡。這項研究刷新了細胞焦亡的定義,改寫了焦亡隻能經Caspase活化的定論。
GZMA切割GSDMB誘導細胞凋亡 源自[4]
細胞焦亡與腫瘤
細胞焦亡不僅是細胞增殖、應激反應和體(tǐ)内平衡的生(shēng)理調節劑,也是一(yī)種腫瘤抑制機制,誘導腫瘤細胞焦亡已成爲抗腫瘤免疫的途徑之一(yī)。另外(wài),發生(shēng)焦亡的腫瘤細胞釋放(fàng)炎性因子到微環境中(zhōng),可能起到促進腫瘤免疫的作用。
細胞焦亡與糖尿病
PRR家族的一(yī)員(yuán)NLRP3對于1型和2型糖尿病進展都起到關鍵作用。1型糖尿病小(xiǎo)鼠模型中(zhōng),敲除NLRP3和IL-1R後胰島素上調,有效減緩高血糖症狀。在2型糖尿病小(xiǎo)鼠中(zhōng),過量表達的NLRP3會加劇脂肪組織的炎症,胰島素敏感性下(xià)降,促進胰島素抵抗。提示NLP3介導的焦亡可以作爲治療糖尿病的新靶标。
細胞焦亡與心髒疾病
同樣,NLRP3炎性小(xiǎo)體(tǐ)激活介導的細胞焦亡能促進動脈粥樣硬化、心衰、高血壓等各種心血管疾病發展。心血管疾病的病理基礎——動脈粥樣硬化,其實就是一(yī)個炎症反應過程。許多研究報道顯示,細胞焦亡可能與動脈粥樣硬化的發展密切相關。
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參考文獻:
1.Chen X, He WT, Hu L, Li J, Fang Y, Wang X, Xu X, Wang Z, Huang K, Han J. Pyroptosis is driven by non-selective gasdermin-D pore and its morphology is different from MLKL channel-mediated necroptosis. Cell Res. 2016 Sep;26(9):1007-20.
2.Fink SL, Bergsbaken T, Cookson BT. Anthrax lethal toxin and Salmonella elicit the common cell death pathway of caspase-1-dependent pyroptosis via distinct mechanisms. Proc Natl Acad Sci U S A. 2008 Mar 18;105(11):4312-7.
3.Man SM,Kanneganti TD.Gasdermin D:the long-awaited executioner of pyroptosis[J].Cell Res,2015,25(11):1183-1184.
4.Zhou Z, He H, Wang K, Shi X, Wang Y, Su Y, Wang Y, Li D, Liu W, Zhang Y, Shen L, Han W, Shen L, Ding J, Shao F. Granzyme A from cytotoxic lymphocytes cleaves GSDMB to trigger pyroptosis in target cells. Science. 2020 May 29;368(6494):eaaz7548.
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