細胞死亡是多細胞生物中一種生理或病理現象，它用來消除多余或有害細胞，對于多細胞生物的發育、正常細胞的更新以及各組織的正常結構和功能維持具有重要意義。細胞死亡可以通過多種方式發生，其中包括細胞凋亡、焦亡、鐵死亡、銅死亡、自噬以及相關細胞死亡等過程。本文將簡要介紹這些細胞死亡形式的基本機制，并總結它們對應的標志物。
細胞凋亡（Apoptosis）是指為維持內環境穩態，由凋亡小體和Caspases介導的細胞程序性死亡過程。
目，細胞凋亡分為三種：（1）線粒體凋亡途徑：在細胞受到外部/內部刺激后，線粒體滲透轉換孔打開，導致內部的促凋亡蛋白-細胞色素C和Apaf-1釋放到細胞漿中，細胞色素C通過Apaf-1的CARD結構域與Caspase-9結合形成凋亡復合物，誘導Caspase-9活化，進而活化Caspase-3，引發凋亡過程。
（2）死亡受體途徑：死亡配體（FasL）與死亡受體（Fas）結合后，通過特殊死亡結構域（DD）招募FADD，FADD由DD和DED兩個結構域構成，其DD結構域可以結合到Fas，而其DED結構域可以與Caspase-8上的DED結構域互補結合，從而形成FASL/Fas/DED/Caspase 8復合物，即死亡誘導信號復合物（DISC），DISC中的Caspase-8酶原發生自身切割來獲得活性，活化的Caspase-8切割Caspase-3酶原，使其活化，引發凋亡過程。
（3）內質網應激途徑：在內質網應激時，Ca2+從內質網中釋放入細胞質后會激活內質網附近的鈣調蛋白分解酶（Calpain），它可以作用于Caspase-12使之活化并釋放入細胞質，誘發細胞凋亡。同時Ca2+可以通過激活Ca2+/鈣聯蛋白調節的鈣調神經磷酸酶（Calcineurin），使得凋亡蛋白Bad去磷酸化，激發細胞色素C的釋放，誘導凋亡。
標志物解析（1）Bax/Bcl-2：Bax是促凋亡基因，其可被p53誘導表達，對腫瘤有抑制作用。在細胞凋亡時表達增加。Bcl-2是凋亡抑制基因，其編碼的蛋白具有抑制細胞凋亡的作用，且不影響細胞增殖。Bcl-2與Bax是同源基因，兩者共同構成了細胞凋亡的微調變阻器。因此以兩者的比值作為凋亡的指示是有一定意義的。
（2）Caspase-3/8：Caspase系統的激活對于細胞凋亡的發生至關重要，因此Caspase家族蛋白在細胞凋亡時表達均增加。
細胞自噬（Auhage）：細胞自噬是指雙層膜（自噬泡）包裹部分胞質和細胞內需要降解的細胞器、蛋白質等形成自噬體（Auhagosome），/后與溶酶體融合形成自噬溶酶體（Auhagolysosome），降解其所包裹的內容物，以實現選擇性地清除自身受損、衰老或過剩的生物大分子和細胞器，釋放出游離小分子供細胞回收利用的正常動態生命過程。自噬通常被認為是一種生存機制，參與調節細胞內物質合成、降解和重新利用之間的代謝平衡。
目，自噬分為三種類型：（1）巨自噬（Macroauhagy）：通過形成具有雙層膜結構的自噬體（Auhagosome）包裹胞內物質，終自噬體與溶酶體融合進行降解。
（2）微自噬（Microauhagy）：通過溶酶體或液泡發生膜內陷直接吞沒特定的細胞器進行降解。
（3）分子伴侶介導的自噬（Chaperone-mediated auhagy,CMA）：具有KEFRQ樣基序的蛋白在HSP70分子伴侶的幫助下，將蛋白質由折疊的狀態恢復為未折疊的狀態，然后通過LAMP-2A轉運體轉運到溶酶體內進行降解。
標志物解析（1）LC3B為經典的自噬標志物，LC3B在C端被蛋白酶切割后會形成游離型的LC3B-I型（16kDa），而在自噬發生后LC3B-Ⅰ會與磷脂酰絲氨酸結合形成膜型LC3B-II型（14kDa），其為自噬體膜上的結構蛋白。因此在自噬發生時LC3B-II會增加，且LC3B-II/LC3B-I的比值也隨之增加。
（2）Beclin-1為自噬體形成過程中的一個必需分子，其能夠介導其他自噬蛋白定位于吞噬泡，從而調節自噬體的形成與成熟，在自噬中表達增加。
（3）p62是一種泛素結合蛋白，是反映自噬活性的標記蛋白。在自噬過程中，p62與泛素化的蛋白質結合，再與定位于自噬小體內膜上的LC3-II蛋白形成復合物，共同在自噬溶酶體內降解。當自噬活性減弱、自噬功能缺陷時，p62蛋白會在細胞質中不斷累積。p62的含量間接反映自噬小體清除水平，在細胞發生自噬時表達降低。
細胞焦亡（Pyroptosis）：一種由GASD家族蛋白執行的炎性小體依賴的程序性死亡過程，其比細胞凋亡發生的更快。細胞焦亡通常伴隨著大量促炎癥因子的釋放，是依靠Caspase-1形成質膜孔，導致促炎細胞因子（如IL-1β和IL-18）的釋放和細胞裂解。細胞焦亡一種對抗細胞內病原體的重要先天免疫效應機制，廣泛參與感染性疾病、神經系統相關疾病和動脈粥樣硬化性疾病等的發生和發展。
目，細胞焦亡的類型分為兩種：（1）經典通路：由炎性小體組裝介導并伴隨GSDMD裂解和IL-1β和IL-18釋放。炎癥小體是多分子復合體，在胞質模式識別受體（PRRs），識別病原體上的病原體相關的模式分子（PAMPs）與危險相關的模式分子（DAMPs）后被激活，從而促進下游信號通路，導致I型干擾素的產生和促炎細胞因子的釋放，并與Caspase-1和ASC組裝形成炎性小體導致細胞焦亡。
（2）非典型通路：在非典型的焦亡途徑中，上游Caspase-4/5復合物缺失，Caspase蛋白會通過N端CARD直接結合細胞內脂多糖（LPS）而被激活。活化的Caspase-4/5/11將GSDMD切割為N-GSDMD，N-GSDMD發生寡聚化并轉移到細胞膜上形成質膜孔，導致K+外排，誘導炎性小體組裝，終導致焦亡。
標志物解析Garsdermin（GSDM）家族蛋白均對細胞焦亡的產生有重要影響，因此，該家族成員均可作為發生細胞焦亡的標志物（GarsderminA/B/C/D/E），其中以GSDMD和GSDME作為細胞焦亡標志物居多。因此在檢測細胞焦亡標志物時，應該在未誘導細胞焦亡的情況下檢測到全長的GSDM（55kDa左右），而在誘導細胞發生焦亡后，GSDM被水解為兩部分，即PFD（35kDa左右）和RD（25kDa左右）。
細胞鐵死亡（Ferroptosis）：是一種鐵依賴性脂質過氧化物的積累所導致新型細胞死亡的方式。主要是由鐵超載和活性氧（ROS）依賴的脂質過氧化物累積引起的。線粒體是鐵利用、分解代謝和合成代謝途徑的主要細胞器，細胞發生鐵死亡時線粒體與正常線粒體相比膜密度更致密，體積更小，嵴減少或消失，外膜破裂等。
標志物解析（1）GPX4：GPX4（22kDa）為細胞鐵死亡的關鍵調控因子，GPX4可利用其催化活性，削弱脂質過氧化物毒性，維持膜脂質雙分子層穩態，從而抑制鐵死亡的發生。而用GPX4抑制劑RSL3處理后，RSL3與GPX4共價結合而使其GPX4失活，從而導致細胞內過氧化物堆積，引發鐵死亡。
（2）FTH1：FTH1（21kDa）會破壞鐵自噬體，從而抑制鐵死亡。
（3）ACSL4：ACSL4（79kDa）是調節脂質組成的關鍵酶，可促進鐵死亡。
（4）PTGS2：PTGS2（69kDa）在小鼠鐵死亡細胞中表達水平明顯提升，但是PTGS2的抑制劑并不能影響鐵死亡，所以PTGS2只可能是鐵死亡的標志物而不是推動鐵死亡的功能分子。
細胞銅死亡（Cuproptosis）是一種新發現的細胞死亡現象，即銅離子穩態失衡誘導細胞發生的死亡過程。銅死亡是通過銅與三羧酸循環（Tricarboxylic acid cycle,TCA cycle）的脂化組分直接結合發生的。這導致脂酰化蛋白聚集和隨后的鐵硫蛋白損失，使得蛋白毒性應激并終導致細胞死亡。
線粒體中的鐵氧還原蛋白（Ferredoxin 1,FDX1）是銅死亡發生的核心分子，FDX1可以將Cu2+還原為毒性更強的Cu+，同時FDX1還可以使丙酮酸脫氫酶復合體中的DLAT和DLST及硫辛酰化相關酶LIAS發生脂酰化，從而賦予其酶活性。在細胞內銅離子發生積累時，FDX1可以將Cu2+還原為Cu+，并催化DLAT、DLST和LIST發生脂酰化，而Cu+進一步結合到DLAT的脂酰化部位，使DLAT發生寡聚化，從而獲得銅毒性。此外，Cu+穩態失衡會導致細胞內鐵硫蛋白丟失，HSP70表達水平增加，引發蛋白質毒性應激。以上兩條途徑共同造成了細胞銅死亡的發生。
標志物解析（1）FDX1為一種鐵氧還原蛋白，是銅死亡發生的核心分子，一方面FDX1可以將Cu2+還原為毒性更強的Cu+來誘發銅死亡；另一方面可以催化丙酮酸脫氫酶核心結構蛋白發生脂酰化，通過影響三羧酸循環的發生來影響細胞發生銅死亡。
（2）LIAS為硫辛酸合成酶，可作為FDX1的脂酰化底物參銅死亡的發生。
（3）HSP70為熱休克蛋白，在銅死亡中引發蛋白質毒性應激反應。
原創作者：上海遠慕生物科技有限公司
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