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細(xì)胞焦亡和分子機(jī)制
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細(xì)胞死亡可分為非受控的意外性細(xì)胞死亡(accidental cell death,ACD)和可受控的調(diào)節(jié)性細(xì)胞死亡(regulated cell death,RCD),RCD在生理?xiàng)l件下也稱為程序性細(xì)胞死亡(programmed cell death,PCD)。 PCD是細(xì)胞的一種自殺機(jī)制,它能夠清除機(jī)體無用或癌變的細(xì)胞,對于維持人體內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)、發(fā)育和生存有重要的意義,而PCD的異常往往伴隨著疾病的發(fā)生。目前已知的PCD有細(xì)胞凋亡、壞死性凋亡和細(xì)胞焦亡等。 與細(xì)胞凋亡和壞死性凋亡相比較,細(xì)胞焦亡發(fā)生更快、更劇烈,同時(shí)向外釋放眾多促炎因子。 01 細(xì)胞焦亡、細(xì)胞凋亡和壞死性凋亡之間的異同點(diǎn) 細(xì)胞凋亡廣泛參與胚胎發(fā)生、衰老、感染和腫瘤消退等多種生物學(xué)過程。細(xì)胞凋亡的主要形態(tài)學(xué)特征包括細(xì)胞膜起泡、細(xì)胞皺縮、染色質(zhì)凝聚、核碎裂和凋亡小體的形成。 與保留完整細(xì)胞膜的凋亡細(xì)胞不同,壞死性凋亡和細(xì)胞焦亡均擁有各自的執(zhí)行蛋白質(zhì),分別為混合譜系蛋白激酶樣結(jié)構(gòu)域(mixed lineage kinase domain-like protein,MLKL)及Gasdermin D(GSDMD),且均可易位至質(zhì)膜引起穿孔。因此,在焦亡和壞死性凋亡細(xì)胞中通?梢杂^察到細(xì)胞的腫脹和細(xì)胞膜破裂。與細(xì)胞凋亡一致,焦亡細(xì)胞表現(xiàn)為DNA斷裂和染色質(zhì)凝聚,但細(xì)胞核通常保持完整,這與細(xì)胞凋亡和壞死性凋亡中觀察到的細(xì)胞核破裂現(xiàn)象不同。由于細(xì)胞膜受損,致使一些炎癥因子和損傷相關(guān)分子模式(damage associated molecular patterns,DAMPs)分子從焦亡和壞死性凋亡細(xì)胞中釋放出來,隨后引發(fā)強(qiáng)烈的炎癥反應(yīng)。 01細(xì)胞凋亡被認(rèn)為是一種非炎癥過程,在細(xì)胞凋亡中也存在腺苷三磷酸(adenosine triphosphate, ATP) 和高遷移率族蛋白B1(high mobility group protein 1,HMGB1)等特定DAMPs的釋放。在分子機(jī)制方面,胱天蛋白酶(caspase)廣泛參與3種PCD。 02 細(xì)胞焦亡傳統(tǒng)上定義為caspase-1介導(dǎo)的細(xì)胞死亡,但研究顯示其他caspase,如caspase-4、caspase-5、caspase-11均能夠介導(dǎo)并通過GSDMD執(zhí)行細(xì)胞焦亡。 03 而凋亡途徑則由另一組caspase,如caspase-2、caspase-3、caspase-6、caspase-7、caspase-8、caspase-9、caspase-10參與啟動(dòng)和執(zhí)行。壞死性凋亡不同于細(xì)胞焦亡和凋亡,并不依賴于caspase 活性,而是由受體相互作用蛋白激酶(receptor-interacting protein kinase,RIP)1/RIP3介導(dǎo)并通過MLKL執(zhí)行細(xì)胞死亡。盡管對于壞死性凋亡來說caspase是可有可無的,但caspase-8的失活或缺失卻是壞死性凋亡激活的先決條件。 具體的不同點(diǎn)見表1 DAMPs:損傷相關(guān)分子模式;ATP:腺苷三磷酸;HMGB1:高遷移率族蛋白B1;caspase:胱天蛋白酶;GSDMD:Gasdermin D;RIP:受體相互作用蛋白激酶;MLKL:混合譜系蛋白激酶樣結(jié)構(gòu)域。 02 細(xì)胞焦亡的分子機(jī)制(經(jīng)典通路) 圖1 細(xì)胞焦亡信號(hào)通路 細(xì)胞焦亡需要依賴caspase-1進(jìn)行激活,其中炎癥小體起到重要作用。炎癥小體通常由模式識(shí)別受體(pattern recognition receptors,PRR)、caspase-1前體以及在特定情況下連接這些蛋白質(zhì)的銜接蛋白組成。 在炎癥小體中最常見的PRR包括NOD樣受體(NOD-like receptors,NLRs)、核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域樣受體蛋白(nucleotide-binding, leucine-rich repeat pyrin domain containing protein,NLRP)1、NLRP3、NLRC4和黑色素瘤缺乏因子2 (absent in melanoma 2,AIM2),它們可以被各種內(nèi)源性或外源性刺激激活。 NLRP1識(shí)別炭疽芽孢桿菌致死毒素誘導(dǎo)細(xì)胞焦亡,NLRC4對細(xì)菌蛋白質(zhì)反應(yīng)強(qiáng)烈,而AIM2主要由細(xì)菌或病毒感染細(xì)胞中的雙鏈DNA激活。作為研究最為廣泛的PRR,NLRP3受多種因素刺激,包括細(xì)菌毒素、病毒雙鏈RNA、ATP、活性氧以及內(nèi)源性損傷信號(hào)等。 激活后的NLRP3與caspase-1前體以及凋亡相關(guān)斑點(diǎn)樣蛋白形成炎癥小體,進(jìn)一步啟動(dòng)細(xì)胞焦亡。研究表明GSDMD是調(diào)控細(xì)胞焦亡的重要底物。通過炎癥小體實(shí)現(xiàn)活化的caspase-1直接切割GSDMD的N端序列,使其成為具有成孔活性的GSDMD-NT,GSDMD-NT轉(zhuǎn)移到細(xì)胞膜形成內(nèi)徑10~14 nm的非選擇性孔,觸發(fā)細(xì)胞的腫脹和細(xì)胞焦亡。 活化的caspase-1也可促進(jìn)白細(xì)胞介素(interleukin,IL)-1β前體和IL-18前體蛋白質(zhì)水解,轉(zhuǎn)化為其生物活性形式,隨后借助GSDMD生成的“孔道”向外釋放,增強(qiáng)了機(jī)體的炎癥反應(yīng) 發(fā)自小木蟲IOS客戶端 |
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