說起細(xì)胞凋亡大家都很熟悉，那細(xì)胞焦亡呢？相信很多小伙伴對這個概念并不陌生，畢竟這個概念的提出已經(jīng)有一段時間了。2005 年，Susan L. Fink1、Brad T. Cookson 在 Infect Immun 發(fā)表文章，發(fā)現(xiàn)并定義了細(xì)胞焦亡現(xiàn)象。
細(xì)胞焦亡 (pyroptosis) 是細(xì)胞程序性死亡的一種方式。與凋亡不同的是，細(xì)胞焦亡伴隨著炎癥反應(yīng)，在形態(tài)學(xué)上同時具有壞死和凋亡的特征。細(xì)胞焦亡的發(fā)生首先由模式識別受體 (pattern recognition receptor，PRR) 識別病原相關(guān)分子模式 (pathogen-associated molecular pattern，PAMPs) 和危險相關(guān)分子模式 (danger-associated molecular patterns，DAMPs)，而后促進(jìn)炎癥小體的轉(zhuǎn)錄和表達(dá)。細(xì)胞焦亡分為經(jīng)典途徑和非經(jīng)典途徑。半胱天冬氨酸蛋白酶 (caspases) 是細(xì)胞焦亡中起關(guān)鍵作用的蛋白酶，經(jīng)典途徑由半胱天冬氨酸蛋白酶 1(caspase-1) 介導(dǎo)，而非經(jīng)典途徑中由 Caspase-4/5/11 介導(dǎo)。Caspases 可以誘導(dǎo) gasdermin-D(GSDMD) 的活化和炎癥因子白介素 1β(interleukin-1β，IL-1β) 和 IL-18 的分泌，引起細(xì)胞腫脹、溶解和炎癥反應(yīng)。

今天，我們就從三部分：焦亡發(fā)生機理；焦亡檢測方法；焦亡研究領(lǐng)域，來認(rèn)識一下 “焦亡” 這個小伙伴。

那么，想要了解細(xì)胞焦亡，我們先從 “炎性小體” 和 “細(xì)胞壞死” 的經(jīng)典綜述著手。
一、焦亡發(fā)生機理

Inflammasomes in health and disease
doi:10.1038/nature10759
 

炎性小體是一類包裹著 NLRP3、NLRC4、AIM2、NLRP6 蛋白復(fù)合物，其可以通過炎性小體識別多種微生物、應(yīng)激以及損傷信號，然后直接激活 Capase1，隨后誘發(fā)促炎因子的分泌，zui終導(dǎo)致細(xì)胞焦亡。在細(xì)菌感染以及調(diào)控代謝及免疫應(yīng)答過程中，炎性小體都起著很重要的作用。

Fig.1. 在細(xì)菌感染或自發(fā)炎癥疾病中，炎癥小體調(diào)控炎癥反應(yīng)
 

Fig.2. 代謝綜合征中的炎性小體的作用
 

Fig. 3. 炎性小體調(diào)控多種組織的體內(nèi)平衡以及粘膜中的免疫應(yīng)答

The Inflammasomes
DOI 10.1016/j.cell.2010.01.040
 

炎性小體是由多種蛋白質(zhì)組成的復(fù)合體，此概念由 Tschopp 研究小組于 2002 年*提出。炎性小體能夠調(diào)節(jié)胱冬肽酶-1（caspase-1）的活化進(jìn)而在天然免疫防御的過程中促進(jìn)細(xì)胞因子前體 pro-IL-1β和 pro-IL-18 的切割成熟。其還能調(diào)節(jié) caspase-1 依賴的細(xì)胞焦亡。
這篇綜述中，介紹了正常的炎性小體和疾病中異常調(diào)控的炎性小體的功能。并詳細(xì)討論了含有傳感蛋白 NLRP1、NLRP3、IPAF、AIM2 炎性小體的激活機制。

Fig.1. 傳感蛋白 NLRP1、NLRP3、IPAF、AIM2 炎性小體的激活機制

Recognition of Bacteria by Inflammasomes
doi:10.1146/annurev-immunol-032712-095944
 

這篇綜述是介紹含有 NLR、PYHIN 傳感蛋白的炎性小體，在探察細(xì)菌感染以及啟動固有免疫應(yīng)答的不同機制。

炎性小體在觸發(fā)內(nèi)源性免疫應(yīng)答中起著非常重要的作用，其作為激活炎癥半胱天冬酶蛋白酶的平臺。Capase1 通過切開 IL-1beta 和 IL-18 啟動固有免疫應(yīng)答，促進(jìn)其激活和釋放。有一些已經(jīng)被報道過的含有特定傳感蛋白的炎性小體，可以探測并快速啟動固有免疫應(yīng)對多種的以及快速進(jìn)化的細(xì)菌。
 

Mechanisms and Functions of Inflammasomes
doi: 10.1016/j.cell.2014.04.007
 

已經(jīng)有相關(guān)研究報道了炎性小體在應(yīng)對危險時分泌 IL-1beta、IL-18 的精細(xì)調(diào)控機制。激活經(jīng)典或非經(jīng)典的 Caspase1、11 炎性小體，依然能觸發(fā)細(xì)胞焦亡以應(yīng)對感染。臨床上，抗 IL-1 的藥物已經(jīng)開發(fā)用于控制自身免疫性疾病。

Fig.1. 引發(fā)并激活 NLRP3 炎性小體的信號通路

Roles of Caspases in Necrotic Cell Death
doi:10.1016/j.cell.2016.11.047
 

Caspase 在介導(dǎo)炎癥應(yīng)答以及細(xì)胞凋亡中起著重要作用。而現(xiàn)在已經(jīng)報道其可以介導(dǎo)了另外兩種程序性細(xì)胞死亡：細(xì)胞焦亡、細(xì)胞壞死。

Programmed cell death as a defence against infection
doi:10.1038/nri.2016.147
 

真核細(xì)胞受到物理傷害會觸發(fā)細(xì)胞壞死。而細(xì)胞本身也會由不同的信號通路介導(dǎo)的程序性死亡調(diào)控。這篇綜述介紹了細(xì)胞焦亡相關(guān)通路。

Fig.1. 在應(yīng)激感染的細(xì)胞焦亡過程中的調(diào)控通路
 

二、焦亡檢測方法
   我們整體了解了細(xì)胞焦亡的研究進(jìn)展和調(diào)控通路后，熟悉細(xì)胞焦亡的檢測方法就更顯得尤為重要。下面我們來一起了解一下目前焦亡檢測方法有哪些呢？
1、形態(tài)變化
①掃描電鏡觀察細(xì)胞形態(tài)
②TUNEL 染色
③免疫熒光染色 (GSDMD/GSDME)

2、檢測焦亡相關(guān)蛋白
①q-PCR/Western Blot 方法檢測焦亡相關(guān)基因或蛋白的表達(dá)水平
(例如，Caspase-1、4、5、11;GSDMD ; CleavedCASP-3 等)

②ELISA 試劑盒檢測 IL-1β、IL-18 等炎癥因子的水平
③MTT 法測定細(xì)胞活力

三、焦亡研究領(lǐng)域
細(xì)胞焦亡是機體重要的免疫反應(yīng)，在拮抗感染和內(nèi)源性危險信號中發(fā)揮重要作用。廣泛參與腫瘤、感染性疾病、代謝性疾病、神經(jīng)系統(tǒng)相關(guān)疾病和動脈粥樣硬化性疾病等的發(fā)生發(fā)展。
(1) 細(xì)胞焦亡與感染性疾病
在病原體感染時，適度的細(xì)胞焦亡可清除致病微生物，而過度的細(xì)胞焦亡在導(dǎo)致細(xì)胞死亡的同時，釋放炎癥因子，擴大炎癥反應(yīng)，造成發(fā)熱，低血壓、敗血癥等癥狀。以敗血癥為例，敗血癥是由致病菌侵入血液系統(tǒng)，并在其中生長繁殖，產(chǎn)生毒素，引起全身性感染，研究表明，細(xì)胞自噬相關(guān)基因 Atg7 沉默后，可激活細(xì)胞焦亡途徑。
(2) 細(xì)胞焦亡與代謝性疾病
因代謝障礙或代謝旺盛等原因引起的疾病稱為代謝性疾病，常見的有糖尿病、痛風(fēng)、糖尿病性心肌病等。以糖尿病性心肌病為例，由心肌細(xì)胞死亡引起，研究顯示高血糖可以造成活性氧的產(chǎn)生增加，進(jìn)而上調(diào) NF-κB 和 TXNIP，NF-κB 又可以上調(diào) NLRP3、IL-1β前體以及 IL-18 前體的表達(dá);TXNIP 通過改變 NLRP3 的結(jié)構(gòu)激活 Caspase-1，活化的 Caspase-1 一方面切割 Gasdermin D，形成含有 Gasdermin D 氮端活性域的肽段，誘導(dǎo)心肌細(xì)胞膜穿孔、破裂，釋放內(nèi)容物，引起炎癥反應(yīng);另一方面，活化的 Caspase-1 對 IL-1β和 IL-18 的前體進(jìn)行切割，形成有活性的 IL-1β和 IL-18，并釋放到胞外，募集炎癥細(xì)胞聚集，擴大炎癥反應(yīng)。
(3) 細(xì)胞焦亡與神經(jīng)系統(tǒng)疾病
神經(jīng)系統(tǒng)疾病包括腦損傷，癲癇等。以癲癇為例，研究發(fā)現(xiàn)，癲癇發(fā)作可通過鉀離子外流等途徑激活 NLRP1 炎癥體，進(jìn)而激活依賴 Caspase-1 的焦亡途徑，導(dǎo)致癲癇進(jìn)一步發(fā)展。
(4) 細(xì)胞焦亡與動脈粥樣硬化
在動脈粥樣硬化的發(fā)展中，炎癥被認(rèn)為是啟動和驅(qū)動動脈粥樣硬化的主要因素。在高血脂、氧化修飾的低密度脂蛋白等幾次下，激活 Caspase-1，介導(dǎo)血管內(nèi)皮細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、血管平滑肌細(xì)胞的焦亡與炎癥反應(yīng)，導(dǎo)致血管擴張功能障礙、壞死中心的形成，粥樣硬化斑塊的穩(wěn)定，zui終造成動脈粥樣硬化。
(5) 細(xì)胞焦亡與腫瘤
有研究發(fā)現(xiàn)，在 ROS 及細(xì)胞毒素的作用下，JNK 激酶被激活并轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核內(nèi)，促進(jìn)焦亡相關(guān)基因的表達(dá)，啟動焦亡的形成，控制腫瘤的發(fā)展。

附贈：另外，還有沒有小朋友不清楚細(xì)胞凋亡、自噬、壞死和焦亡區(qū)別的？快來康康這新鮮出爐的知識飯團(tuán)子，收好啦！

好了，今天在這里跟大家詳細(xì)介紹了細(xì)胞焦亡發(fā)生機制及研究現(xiàn)狀，并總結(jié)了細(xì)胞凋亡、自噬、壞死和焦亡區(qū)別，它們之間既有區(qū)別又有聯(lián)xi，希望對大家有用。