长期以来,细胞死亡已经被生物学家确认为是细胞生命的一种必然结果,它调控着机体生理及病理的动态平衡。在高胆固醇和缺血缺氧的条件之下,平滑肌细胞、内皮细胞和心肌细胞生长受到抑制,产生应激反应,细胞死亡由此而产生,细胞死亡在心衰的发生过程里,起着相当重要的作用。其中细胞焦亡(pyroptosis)是炎性的一种固定程序的死亡,主要取决于gasdermin因子家族成员质膜孔的形成,心力衰竭(heart failure,HF)的产生变化进程逐渐受到了大家的关注。BAI等人发现转录因子Nrf2和自噬水平对焦亡起负调控作用。河北细胞焦亡项目
ROG-ERS等指出,GSDMD缺失使Caspase-1不能引发进一步的焦亡,从而转向Bid-Caspase-9-Caspase-3细胞凋亡途径,该通路可进一步导致GSDMD依赖的细胞再次坏死或焦亡;对小鼠胚胎成纤维细胞NIH3T3细胞凋亡研究中发现RIP3蛋白的表达量是控制细胞凋亡或细胞坏死的关键,如果RIP3表达量高细胞则走向坏死路径,RIP3表达量低细胞则走向凋亡路径;如TAABAZDING等对巨噬细胞凋亡研究指出,丝氨酸肽酶DPP8和DPP9(DPP8/9)在缺乏焦磷酸介导底物GSDMD的情况下,Caspase-1激huoCaspase-3和Caspase-7并诱导凋亡,相反,在细胞凋亡过程中,Caspase-3/Caspase-7通过在与炎症Caspase失活蛋白不同的位置裂解GSDMD来特异性地阻止细胞焦亡,表明巨噬细胞的焦亡与凋亡具有紧密互作关系。河北组织细胞焦亡参考价Caspase和Gasdermin家族蛋白在细胞焦亡过程中发挥重要作用。
2型糖尿病是一种无菌性炎症疾病,肥胖诱导的胰岛素抵抗和胰腺中胰岛B细胞功能的紊乱是其主要的特征。此外,还可在胰腺中观察到胰岛淀粉样多肽的聚积,它容易被树突状细胞和巨噬细胞摄取。研究显示,用人胰岛淀粉样多肽刺激致敏骨髓源性树突状细胞和巨噬细胞可引起NLRP3的活化,进而激huocaspase-1,引起IL-1B的产生;而这一炎症过程的产生引起了细胞焦亡,并促进了2型糖尿病的进展与胰岛素依赖性糖尿病的发生。在肥胖的小鼠和人类的脂肪组织与肝脏中NL—RP3炎症小体(NLRP3、ASC和caspase-1)的表达增加,而且表达水平的高低直接与2型糖尿病的严重程度相关。
细胞焦亡表现为细胞不断胀大直至细胞膜破裂,导致细胞内容物的释放进而激huo强烈的炎症反应。细胞凋表现为细胞体积缩小,连接消失,与周围的细胞脱离,然后是细胞质密度增加,线粒体膜电位消失,通透性改变,释放细胞色素C到胞浆,核质浓缩,核膜核仁破碎等。细胞焦亡特征为依赖于半胱天冬酶-1(caspase-1),并伴有大量促炎症因子的释放。细胞焦亡的形态学特征、发生及调控机制等均不同于凋亡、坏死等其他细胞死亡方式。细胞凋亡不是一件被动的过程,而是主动过程,它涉及一系列基因的激huo、表达以及调控等的作用,它并不是病理条件下,自体损伤的一种现象,而是为更好地适应生存环境而主动争取的一种死亡过程。细胞焦亡主要依靠炎症小体激huocaspase家族的部分蛋白。
细胞焦亡如何发生的呢? gasdermin 家族的 N 端结构域在细菌中也显示出明显的致死毒性。这一现象暗示 gasdermin N 端结构域可能是通过直接破坏细胞膜而产生杀死细胞。为了验证这一假设,邵峰院士团队通过生物化学和荧光显微成像的细胞实验,进一步证实,在真核细胞焦亡过程中,活化的 gasdermin N 端结构域会从细胞质中转移到细胞膜上,细胞随后出现体积膨胀和焦亡的现象。此外,活化的 gasdermin N 端结构域重组蛋白只能从真核细胞内部破坏细胞膜。利用脂质体泄漏实验,该团队进一步发现 gasdermin N 端结构域能够高效特异地破坏含有 4, 5- 二磷酸磷脂酰肌醇或心磷脂的脂质体,在脂膜上聚合形成规则的孔道。利用负染电镜的方法,他们***观察到 gasdermin N 端结构域能在特异磷脂或天然磷脂组成的膜上打孔,形成很多蜂窝状的孔道,这些孔道的内径约 10-14nm。进一步的电镜分析揭示这些分子孔道具有 16 重对称性,表明 gasdermin N 端结构域在膜上形成 16 元聚合体的孔道。该孔道的内径大约为 12-14nm,IL-1β的直径约为 4.5nm,完全可以使得其通过。因此,推测该孔道是 IL-1β分泌至细胞外的重要途径。细胞焦亡表现为细胞表面形成孔洞,细胞膜破裂、胞内容物外漏等引发炎症反应。河北细胞焦亡项目
间充质干细胞来源的外泌体miRNA-410是焦亡的关键调控因子。河北细胞焦亡项目
相比于细胞凋亡,细胞焦亡发生的更快,并会伴随着大量促炎症因子的释放。由于细胞焦亡需要炎症性caspase的参与,其与另一种坏死性和炎症性的细胞程序性死亡方式—坏死性凋亡不一样,坏死性凋亡发生不需要caspase的参与。细胞焦亡发生时,细胞会发生肿胀,在细胞破裂之前,细胞上形成凸出物,之后细胞膜上形成孔隙,使细胞膜失去完整性,释放内容物,引起炎症反应,此时,细胞核位于细胞中yang,随着形态学的改变,细胞核固缩,DNA断裂。细胞焦亡过程,具有caspase-1依赖性。在外界条件的刺激下,caspase-1前体可以与模式识别受体NLRP1、NLRP3等通过接头蛋白ASC变为一个高分子复合物,即炎症小体,也称依赖caspase-1的炎症小体。细胞在caspase-1激huo同时会释放出炎性因子白细胞介素-1β(interleukin-1β,IL-1β)和IL-18,进而吸引更多的炎性细胞,加重炎症反应。焦亡发生时形成孔隙,它允许细胞质的内容物,如乳酸脱氢酶(lactatedehydrogenase,LDH)和炎性细胞因子释放,荧光标记的膜联蛋白V、7-氨基放线菌D或碘化丙啶进入细胞。河北细胞焦亡项目
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