在细胞焦亡途径中有两个关键成分,炎症小体和GSDMD。LPS、细菌、病毒等病原相关分子模式和ATP等损伤相关分子模式均可激huo炎症小体。炎症小体由多个蛋白构成,其中包括NLR蛋白、接头蛋白ASC和炎性半胱氨酸蛋白酶-1蛋白。炎症小体通过NLR蛋白识别上游信号后,活化caspase-1,将信号传递至下游执行蛋白GSDMD,其N端的抑制结构被解除,在细胞膜上形成gasdermin孔。该孔打破了正常质膜的渗透屏障,中断正常钠、钾离子交换,由浓度梯度驱动的力量使钾离子流向细胞外去中和电子,钠离子也依靠其浓度梯度和电梯度被大量吸引进入细胞,进而使大量水进入细胞,导致细胞体积增大。细胞焦亡是机体重要的免疫反应,在拮抗ganran和内源性危险信号中发挥重要作用。福建组织细胞焦亡实验服务
Gasdermin家族具有45%序列同源性,包括gasderminA、B、C、D、E、DFNB59。除DFNB59缺失具有成孔活性的结构域以外,大部分都具有成孔活性,且jin在成孔结构域(pore-forming domain,PFD)与抑制结构域(repressing domain,RD)间存在不同的连接物,而PFD是功能结构域,可诱导细胞焦亡,并形成PIT。研究表明,GSDMD可在免疫细胞和肠上皮细胞中表达,由含242个氨基酸的氨基末端结构域(即N端结构域,gasdermin端,NT)通过一个含43个氨基酸的连接物与含199个氨基酸的碳末端结构域(即C端,CT)组成。NT可以形成gasdermin孔,因此NT也称为PFD。但通常成孔活性被C端抑制,因此C端也称为RD。在细胞焦亡过程中,caspase-1或caspase-4/5/11被激huo,活化的半胱氨酸蛋白酶在第275个氨基酸的位置切割连接物。当连接物被切割后,α4-螺旋从口袋样结构中释放,使NT与CT断开,解除自抑制结构。NT的成孔活性由此激huo,大约16个PFD单体寡聚化可在细胞膜上形成一个直径在10–15 nm的孔,引起膜肿胀破裂。福建组织细胞焦亡实验服务细胞焦亡依赖caspase1、4、5、11、炎症小体以及GSDMD蛋白。
caspase家族与细胞焦亡有关。caspase家族是被称为CD蛋白的水解酶家族,与秀丽隐杆线虫细胞中的线虫基因所编码的死亡蛋白酶(cell death abnormal-3,CED-3)高度同源,二者均含有一个保守的五肽活性位点“QACXG(GInALa-Cys-x-Gly)”(X可以是R、Q或G)。caspase以无活性的酶原状态存在,通过催化C端半胱氨酸残基特异性地裂解天冬氨酸残基后的肽键行使其功能。目前在哺乳动物中发现了至少16种caspase,其中被研究较为广fan的caspase可以分为凋亡起始子caspase-2、caspase-8、caspase-9和caspase-10,凋亡执行子caspase-3、caspase-6和caspase-7以及具有炎性因子活性的caspase-1、caspase-4、caspase-5和caspase-11。其中与细胞焦亡相关的主要是caspase-1、caspase-3、caspase-4、caspase-5、caspase-11和caspase-8。
自2015年以来,邵峰院士等人发现,caspase-1和caspase-11/4/5是通过切割一个叫做Gasdermin-D(GSDMD)的蛋白而诱发细胞焦亡的,GSDMD在被caspase-1或caspase-11/4/5切割后,释放出其N端结构域,该结构域具有结合膜脂并在细胞膜上打孔的活性,这样就导致细胞渗透压的变化而发生胀大直至细胞膜的破裂(Shi et al., Nature 2015;Ding et al., Nature 2016)。细胞焦亡(pyroptosis)是一种今年发现的细胞程序性死亡方式,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。炎症小体的活化是细胞焦亡调控的经典途径,是细胞焦亡调控的中心环节。
邵峰院士的团队又在细胞焦亡研究领域取得了新的突破,揭示了另一种Gasdermin家族蛋白GSDME引起细胞焦亡的机制。这一发表在《自然》杂志上的发现对ai症zhiliao(尤其是化疗)的研究和开发具有重要指导意义。不同于GSDMD,GSDME*能被caspase-3所切割,释放出可导致细胞膜穿孔的N端片段。Caspase-3则可被肿瘤坏死因子-α(TNFα)或化疗药物所激huo,引起细胞凋亡;如果此时细胞中也存在GSDME蛋白,则会使细胞从凋亡迅速转入焦亡的进程,或者直接走向细胞焦亡。在人体的许多正常细胞中,都会有GSDME蛋白表达。如果对这些表达GSDME的正常细胞施以化疗药物,均会导致细胞焦亡,而caspase的抑制剂zVAD或者GSDME的敲除和敲低则会阻断焦亡的进程。当GSDME敲除的健康小鼠接受化疗药物后,其经历的有害副作用(包括组织损伤和体重减轻等)相比野生型小鼠则会明显减轻。二甲双胍可ji活AMPK通路,通过减少细胞焦亡的发生起到心脏保护作用。福建组织细胞焦亡实验服务
细胞焦亡会导致冠xin病患者血液中炎症因子的高表达。福建组织细胞焦亡实验服务
内皮损伤学说认为xue管EC损伤后功能障碍是AS病程的第一步,而EC焦亡可能更多是在病变早期发挥作用。EC的PRRs接受刺激信号后,胞内NLRP3炎症小体激huo,活化的Caspase-1一方面介导EC焦亡,剪切pro-IL-1β、pro-IL-18与GSDMD,促使炎症因子释放;另一方面Caspase-1可诱导EC活化分泌大量的xue管细胞黏附分子-1和细胞间黏附分子-1,进而募集单核细胞在xue管内膜中聚集。这些单核细胞在脂质、炎症因子和黏附分子的作用下向内膜迁移,并变为巨噬细胞,形成巨噬源性泡沫细胞。EC焦亡过度激huo使内膜完整性受损、炎症反应及单核细胞聚集,使脂质更易沉积,而AS斑块周围更多的细胞发生焦亡,可加重局部炎症反应,进一步损伤xue管。福建组织细胞焦亡实验服务