程序性细胞死亡研究专题

Programmed Cell Death Special Topics

程序性细胞死亡(Programmed Cell Death, PCD)是由细胞内特定基因调控的分子程序介导的的细胞死亡过程,在多细胞生物的正常发育过程和体内稳态维持中发挥至关重要的作用。迄今为止,已经有至少五种主要的PCD被发现和深入研究,包括凋亡(Apoptosis),自噬(Autophagy)或自噬性细胞死亡(Autophagic Cell Death),坏死性凋亡(Necroptosis)、焦亡(Pyroptosis)和近年来逐渐兴起的铁死亡(Ferroptosis)。不同形式的PCD可以通过其独特的形态、生化和分子特征来区分。并且,不同形式的PCD所涉及的关键基因大多是进化保守的,其中一些效应分子往往作为PCD的特异性评价指标,与形态学和生化检测方法一起用于检测和分析不同PCD过程。为了验证某种PCD是否参与某种病理过程及研究其具体的分子机制,针对关键靶点的多种抑制剂和基因操作策略也被广泛使用(详见表1)。

表1:五种主要PCD(凋亡、自噬、坏死性凋亡、焦亡和铁死亡)的主要特征、关键靶点和研究策略的对比

程序性细胞死亡分类凋亡自噬坏死性凋亡焦亡铁死亡
生化特征多种 Caspase 的剪切与级联活化;膜上磷脂酰丝氨酸的外翻;DNA 片段化LC3 脂化 ; 溶酶体活性增加RIPK1, RIPK3 和 MLKL 发生磷酸化并活化;RIPK1 和 RIPK3 组成复合体;MLKL 在细胞膜的多聚化及介导细胞孔道;ATP 水平的降低炎症小体的激活和组装;通过切割激活促炎 Caspase;Gasdermin家族成员的裂解、N 端片段多聚化及介导细胞孔道GSH 和 NADPH 水平降低;GPX4 的抑制;铁离子积累和脂质过氧化;COX-2 水平增高;耗尽多不饱和脂肪酸磷脂;ROS增加;产生副产物4-HNE
形态特征细胞皱缩;细胞膜出泡;染色体凝聚;核碎裂;最终被吞噬体吞噬细胞质中双层膜自噬泡(自噬体)大量堆积;自噬体与溶酶体融合降解内容物细胞和细胞器膨胀;染色体凝聚;细胞膜破裂和细胞质内容物释放细胞膜破裂;释放细胞内容物和促炎细胞因子线粒体密度小于正常线粒体,线粒体嵴减少或消失,线粒体外膜破裂
是否促炎?
核心靶点Caspase-3, Caspase-9, PARP,Caspase-8, Caspase-12,Caspase-2, Bcl-2, Bax, Cytochrome C, p53 等LC3, ULK1, Beclin-1, Atg-5, Atg-12, p62, Bnip3 等RIPK1, RIPK3, MLKL 等Caspase-1, NLRP3, AIM2, ASC/TMS1, IL-1beta, IL-18, Gasdermin D 等GPX4, NRF-2, COX-2, LSH, LOXs, NOXs, SLC7A11, GSH稳态调节分子 , 糖类与脂类调节分子等
蛋白分析方法WB, IF, FCWB, IF, FCWB, IF, FCWB, IF, FCWB, IF, FC
mRNA 测定方法RT-qPCRRT-qPCRRT-qPCRRT-qPCRRT-qPCR
细胞分析方法Caspase-3 活性测定; TUNEL 分析 ;Annexin V/PI 染色分析;线粒体功能测定LC3-GFP 荧光报告系统;活细胞自噬小体染色分析Annexin V/PI 染色分析;线粒体功能测定;乳酸脱氢酶测定Caspase-1 活性测定;乳酸脱氢酶测定C11-BODIPY 染色分析; 4-HNE 染色分析; MDA 测定;GPX 活性测定;ROS 测定;GSH 测定;多种代谢酶活性测定
显微观察方法透射电镜活细胞录像;透射电镜活细胞录像;透射电镜
常见抑制剂Z-DEVD-FMK (Caspase-3 抑制剂); Z-IETD-FMK (Caspase-8 抑制剂);Z-VDVAD-FMK (Caspase-2 抑制剂);Bax 阻断剂MRT68921 HCl(ULK1/2 抑制剂); 3-Methyladenine (Class III PI 3-kinase 抑制剂);Bafilomycin A1(H+-ATPase 抑制剂)Necrostatin-1, 7-Cl-O-Nec-1 (RIPK1 抑制剂);GSK'872 (RIPK3 抑制剂); Necrosulfonamide (MLKL 抑制剂)Ac-YVAD-CMK(Caspase-1/4/5 抑制剂); INF 4E(Caspase-1 and NLRP3 inflammasome 抑制剂); Disulfiram(Gasdermin D 抑制剂)Liproxstatin-1,Ferrostatin-1,Trolox, Glutathione, Vitamin E, D-PUFAs, BHT, BHA (脂质过氧化阻断剂); DFO, CPX (铁离子螯合剂); Zileuton (5-LOX 抑制剂); Baicalein (5-LOX and 1-LOX 抑制剂 ); GKT-137831(Nox4 and Nox1 抑制剂);Ebselen (GPX 类似物); Rosiglitazone, Trogli tazone, Pioglitazone, Thiaz olidinediones (ACSL4 抑制剂); β-mercaptoethaonal (还原剂);U0126, SB202190, SP600125 (MAPK 抑制剂)
基因干预方法基因敲低或敲除; 基因过表达 (比如 cFLIP, XIAP, CrmA、cIAPs)基因敲低或敲除; 显性负性突变形式基因过表达 (比如 ULK1)基因敲低或敲除; 不同剪接体亚型 cFLIP(cFLPs 或 cFLIPL)的表达基因敲低或敲除基因敲低、敲除或过表达
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