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科研顧問_Gu新蟲 (小有名氣)
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文獻(xiàn)分享 | 《Cell》發(fā)布細(xì)胞死亡綜述:凋亡、壞死性凋亡、焦亡和鐵死亡 已有2人參與
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2024年1月18日,在CELL上發(fā)表了一篇題為“Cell death”的重磅綜述。 這篇Cell雜志綜述深入探討了細(xì)胞死亡的多種途徑及其在疾病發(fā)生發(fā)展中的作用。文章從線蟲模型出發(fā),回顧了細(xì)胞凋亡(Apoptosis)的發(fā)現(xiàn)歷程,并詳細(xì)介紹了哺乳動(dòng)物細(xì)胞凋亡信號(hào)通路中關(guān)鍵蛋白的功能和相互作用。隨后,文章擴(kuò)展到其他細(xì)胞死亡形式,包括外源性凋亡、壞死性凋亡(Necroptosis)、焦亡(Pyroptosis)和鐵死亡(Ferroptosis),并分析了這些途徑的信號(hào)機(jī)制、疾病相關(guān)性以及潛在的治療策略。 以下是對(duì)這篇綜述的解讀: 一、細(xì)胞死亡的多樣性與重要性 細(xì)胞死亡并非簡(jiǎn)單的“死亡”,而是指一系列有序的生物學(xué)過程,旨在清除受損、衰老或不再需要的細(xì)胞。根據(jù)死亡方式的不同,細(xì)胞死亡可分為兩大類: ◆ 非裂解性,免疫沉默的:例如細(xì)胞凋亡,細(xì)胞在死亡過程中不破裂,并通過“eat me”信號(hào)吸引吞噬細(xì)胞清除,從而避免引發(fā)炎癥反應(yīng)。凋亡在發(fā)育、免疫耐受和組織穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。 ◆ 裂解性,促炎性的:例如壞死性凋亡、焦亡和鐵死亡,特點(diǎn)是細(xì)胞在死亡過程中破裂,釋放細(xì)胞內(nèi)容物,引發(fā)炎癥反應(yīng)。這些死亡方式在抵御病原體入侵中發(fā)揮著重要作用。然而,這些死亡方式若過度激活,也會(huì)導(dǎo)致疾病的發(fā)生。 總之,細(xì)胞死亡是一個(gè)復(fù)雜的生物學(xué)過程,它對(duì)于維持多細(xì)胞生物體的健康至關(guān)重要。 據(jù)估計(jì),一個(gè)成年人每天有驚人的1011個(gè)細(xì)胞經(jīng)歷程序性細(xì)胞死亡,這相當(dāng)于我們一年的整個(gè)體重。過少的細(xì)胞死亡會(huì)導(dǎo)致過度增殖疾病,如癌癥,而過多的細(xì)胞死亡則導(dǎo)致退行性疾病,如神經(jīng)退行性疾病。 二、內(nèi)源性凋亡:從線蟲到哺乳動(dòng)物 內(nèi)源性凋亡是細(xì)胞內(nèi)在壓力(如DNA損傷、應(yīng)激)觸發(fā)的細(xì)胞死亡途徑。文章以線蟲模型(C. elegans)為切入點(diǎn),回顧了細(xì)胞凋亡的發(fā)現(xiàn)歷程。 ◆ 秀麗隱桿線蟲內(nèi)源性凋亡通路 秀麗隱桿線蟲(C. elegans)的內(nèi)源性凋亡通路主要受CED-9和CED-4蛋白的調(diào)控。CED-9蛋白是BCL-2同源蛋白,它能夠與CED-4蛋白結(jié)合,抑制CED-3蛋白的活性,從而阻止細(xì)胞凋亡的發(fā)生。 當(dāng)細(xì)胞受到內(nèi)在壓力時(shí),例如DNA損傷或應(yīng)激,EGL-1蛋白(哺乳動(dòng)物中的BH3-only蛋白)的表達(dá)會(huì)上調(diào)。EGL-1蛋白能夠與CED-9蛋白結(jié)合,釋放CED-4蛋白,從而激活CED-3蛋白,進(jìn)而引發(fā)細(xì)胞死亡。 ◆ 果蠅內(nèi)源性凋亡通路 果蠅的內(nèi)源性凋亡通路主要受DIAP1和Dronc蛋白的調(diào)控。DIAP1蛋白是BCL-2同源蛋白,它能夠通過蛋白酶體降解Dronc蛋白來抑制細(xì)胞凋亡。 當(dāng)細(xì)胞受到內(nèi)在壓力時(shí),例如DNA損傷或應(yīng)激,Reaper、Hid和Grim等BH3-only蛋白的表達(dá)會(huì)上調(diào)。這些BH3-only蛋白能夠與DIAP1蛋白結(jié)合,釋放Dronc蛋白,從而激活Dronc蛋白,進(jìn)而引發(fā)細(xì)胞死亡。 ◆ 哺乳動(dòng)物內(nèi)源性凋亡通路 哺乳動(dòng)物的細(xì)胞凋亡通路更為復(fù)雜,主要受 BCL-2 蛋白家族成員的調(diào)控。BCL-2 蛋白家族成員包括促凋亡蛋白(如 BAX、BAK 和 BOK)和抗凋亡蛋白(如 BCL-2、BCL-XL 和 BCL-W)。促凋亡蛋白能夠切割線粒體外膜,導(dǎo)致線粒體內(nèi)容物釋放到細(xì)胞質(zhì)中,從而促進(jìn)細(xì)胞凋亡?沟蛲龅鞍啄軌蚺c促凋亡蛋白結(jié)合,抑制其活性,從而維持細(xì)胞存活。 當(dāng)細(xì)胞受到內(nèi)在壓力時(shí),例如 DNA 損傷或應(yīng)激,BH3-only 蛋白(如 BIM、PUMA 和 tBID)的表達(dá)會(huì)上調(diào)。BH3-only 蛋白能夠與抗凋亡蛋白結(jié)合,釋放促凋亡蛋白,進(jìn)而引發(fā)細(xì)胞死亡。 秀麗隱桿線蟲、果蠅和哺乳動(dòng)物的細(xì)胞凋亡通路在進(jìn)化過程中逐漸復(fù)雜化,但都涉及到 BH3-only 蛋白與抗凋亡蛋白的相互作用,以及線粒體內(nèi)容和半胱天冬酶的釋放。這些通路為理解哺乳動(dòng)物細(xì)胞凋亡通路提供了重要的基礎(chǔ)。 三、外源性凋亡和壞死性凋亡 外源性凋亡和壞死性凋亡主要受細(xì)胞表面死亡受體和炎癥相關(guān)配體的調(diào)控。FAS/FASL信號(hào)通路和TNF/TNFR1信號(hào)通路是兩種主要的細(xì)胞表面信號(hào)通路。 ◆ FAS/FASL信號(hào)通路:FAS受體是一種細(xì)胞表面死亡受體,當(dāng)FASL(FAS配體)與FAS受體結(jié)合時(shí),會(huì)引發(fā)一系列信號(hào)級(jí)聯(lián)反應(yīng),最終導(dǎo)致caspase-8的激活。Caspase-8進(jìn)一步切割下游的底物,例如BID,引發(fā)細(xì)胞凋亡。FASL主要由細(xì)胞毒性T細(xì)胞和自然殺傷細(xì)胞產(chǎn)生,并用于殺傷靶細(xì)胞。FAS/FASL信號(hào)通路在清除病毒感染細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞中發(fā)揮著重要作用。 ◆ TNF/TNFR1信號(hào)通路:TNF主要由免疫細(xì)胞產(chǎn)生,并參與免疫應(yīng)答和炎癥反應(yīng)。當(dāng)TNF與TNF受體(TNFR1)結(jié)合時(shí),會(huì)引發(fā)一系列信號(hào)級(jí)聯(lián)反應(yīng),最終導(dǎo)致NF-kB和MAPK信號(hào)通路的激活。NF-kB和MAPK信號(hào)通路可以促進(jìn)促炎基因和存活基因的表達(dá),例如細(xì)胞因子、趨化因子和抗凋亡蛋白,在調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)和炎癥反應(yīng)中發(fā)揮著重要作用。 當(dāng)caspase-8活性受到抑制時(shí),TNFR1信號(hào)通路可以促進(jìn)細(xì)胞壞死性凋亡。TNF結(jié)合TNFR1后,可以激活RIPK1和RIPK3,進(jìn)而引發(fā)細(xì)胞壞死性凋亡。RIPK1和RIPK3形成復(fù)合物,并進(jìn)一步激活MLKL,導(dǎo)致細(xì)胞膜形成孔洞,引發(fā)細(xì)胞腫脹和破裂。細(xì)胞壞死性凋亡是病原體防御的一種機(jī)制,壞死性凋亡的細(xì)胞會(huì)釋放炎癥因子和DAMPs,引發(fā)炎癥反應(yīng),吸引免疫細(xì)胞清除病原體。 FAS/FASL和TNF/TNFR1信號(hào)通路在細(xì)胞凋亡和細(xì)胞壞死性凋亡中發(fā)揮著重要作用。它們?cè)诓≡w防御和炎癥反應(yīng)中發(fā)揮著重要作用,但也需要嚴(yán)格調(diào)控,以防止過度炎癥和免疫缺陷。 四、焦亡 焦亡是一種細(xì)胞膜 Gasdermin 家族蛋白形成孔道,導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)容物釋放和細(xì)胞破裂的細(xì)胞死亡方式。焦亡是免疫系統(tǒng)中重要的防御機(jī)制,可以清除病原體感染的細(xì)胞,并引發(fā)炎癥反應(yīng)。炎性小體 (Inflammasome) 和 GasderminD (GSDMD) 在焦亡中起著關(guān)鍵作用。 炎性小體是一種由多種細(xì)胞因子和炎癥相關(guān)受體組成的蛋白質(zhì)復(fù)合物,它可以被病原體相關(guān)分子模式 (PAMPs) 或損傷相關(guān)分子模式 (DAMPs) 激活,進(jìn)而募集 caspase-1,引發(fā)細(xì)胞焦亡。 GasderminD (GSDMD) 是焦亡的關(guān)鍵執(zhí)行蛋白。GSDMD 被 caspase-1 裂解后,可以形成孔道,導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)容物釋放和細(xì)胞破裂。GSDMD 孔道可以導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)離子梯度崩潰,水分涌入細(xì)胞,最終導(dǎo)致細(xì)胞腫脹和破裂。GSDMD 孔道還可以釋放大量的促炎 DAMPs,例如 IL-1β 和 IL-18,引發(fā)炎癥反應(yīng)。 NINJ1 是一種跨膜蛋白,它可以通過形成納米盤狀結(jié)構(gòu)來介導(dǎo)細(xì)胞膜破裂,從而促進(jìn)焦亡。NINJ1 主要在焦亡細(xì)胞中表達(dá),其寡聚化可以導(dǎo)致細(xì)胞膜形成孔洞,加速細(xì)胞內(nèi)容物的釋放和細(xì)胞的破裂。 五、鐵死亡 鐵死亡是一種由鐵依賴性脂質(zhì)過氧化引發(fā)的細(xì)胞死亡方式。與焦亡和細(xì)胞凋亡不同,鐵死亡不涉及 caspase 的激活,而是通過脂質(zhì)過氧化直接損傷細(xì)胞膜,導(dǎo)致細(xì)胞死亡。 細(xì)胞對(duì)鐵死亡的敏感性取決于其合成可氧化膜磷脂的能力、鐵離子的可獲取性以及限制活性氧的內(nèi)在機(jī)制。 Erastin和RSL3是兩種常用的鐵死亡誘導(dǎo)劑,它們可以抑制谷胱甘肽過氧化物酶4(GPX4)的活性,從而促進(jìn)鐵死亡。 六、細(xì)胞死亡的靈活性與疾病相關(guān)性 細(xì)胞死亡途徑并非孤立存在,它們之間存在交叉對(duì)話和調(diào)節(jié)機(jī)制,這種靈活性使得細(xì)胞可以根據(jù)不同的環(huán)境信號(hào)和生理需求選擇不同的死亡方式。細(xì)胞死亡的靈活性在疾病發(fā)生發(fā)展中起著重要作用,許多疾病的發(fā)生發(fā)展都與細(xì)胞死亡途徑的異常相關(guān)。 細(xì)胞死亡的靈活途徑是細(xì)胞生物學(xué)中一個(gè)重要的研究領(lǐng)域。深入了解細(xì)胞死亡途徑的交叉對(duì)話和調(diào)節(jié)機(jī)制,以及它們與疾病的相關(guān)性,將有助于開發(fā)新的治療方法,以治療與細(xì)胞死亡相關(guān)的疾病。 七、未來研究方向 細(xì)胞死亡研究取得了巨大進(jìn)展,但仍有許多問題需要解決。未來研究方向主要集中在以下幾個(gè)方面: ◆ 細(xì)胞死亡途徑的時(shí)空調(diào)控:需要更深入地了解不同細(xì)胞死亡途徑在人體疾病中的激活時(shí)間和部位。 ◆ 細(xì)胞死亡通路激活標(biāo)志物:需要開發(fā)更靈敏、特異的細(xì)胞死亡通路激活標(biāo)志物,以便在臨床樣本中檢測(cè)。 ◆ 靶向治療:需要開發(fā)更有效、更安全的靶向治療藥物,以治療與細(xì)胞死亡途徑相關(guān)的疾病。 ◆ 細(xì)胞死亡途徑與其他細(xì)胞過程的關(guān)系:例如,研究細(xì)胞死亡途徑與細(xì)胞代謝、細(xì)胞遷移和細(xì)胞免疫的關(guān)系,可以幫助我們更好地理解細(xì)胞死亡途徑在細(xì)胞生命活動(dòng)中的作用,并開發(fā)更全面的治療方法。 ◆ 細(xì)胞死亡途徑的進(jìn)化:例如,研究不同物種中細(xì)胞死亡途徑的差異,可以幫助我們更好地理解細(xì)胞死亡途徑的進(jìn)化歷程,并開發(fā)更適應(yīng)不同疾病的治療方法。 結(jié)語(yǔ) 細(xì)胞死亡是維持多細(xì)胞生物穩(wěn)態(tài)和抵御病原體入侵的重要機(jī)制,但細(xì)胞死亡途徑的異常激活或抑制會(huì)導(dǎo)致多種疾病。深入研究細(xì)胞死亡途徑的分子機(jī)制和疾病相關(guān)性,將為開發(fā)新的治療策略提供理論基礎(chǔ) |
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新蟲 (小有名氣)
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