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細胞焦亡，一種炎性細胞程序性死亡過程，最初是在細胞感染過程中得以發現，后來被發現作為炎癥小體（包含 Caspase-1）及其他 Caspase 的下游，廣泛參與多種疾病炎性過程中的細胞死亡過程。細胞焦亡和其他多種細胞程序性死亡相互補充、相互串連和轉化，共同構成了細胞程序性死亡的復雜體系。I. 細胞焦亡的激活過程，從病原體感染說起當細胞受到外界微生物（如細菌）感染時，模式識別受體（pattern-recognition receptors, PRRs）可識別病原體相關分子模式（pathogen-associated molecular pattern，PAMP）或機體細胞釋放的危險相關分子模式（danger-associated molecular pattern，DAMP），從而快速啟動天然免疫反應以抵御病原微生物入侵。模式識別受體一般表達于巨噬細胞、單核細胞、樹突狀細胞、中性粒細胞、上皮細胞以及適應性免疫系統中的一些細胞。模式識別受體依據亞細胞定位可分為兩大類：（1）細胞膜上的 Toll 樣受體（Toll-likereceptors，TLR）和 C 型凝集素受體（C-type lectin receptors）；（2）細胞質內的 RIG-Ⅰ樣受體（RIG-Ⅰ-like receptors）、AIM2 樣受體（AIM2 like receptors）及 NOD 樣受體（NOD-like receptors）。研究表明，位于細胞質內的一些 NOD 樣受體/AIM2 樣受體在細胞內能夠直接或者通過接頭蛋白 ASC（apoptosis-associated speck-like proteincontain a CARD）募集半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶酶原（pro-Caspase-1），從而形成多蛋白復合體，即炎癥小體（inflammasome）[1]，在機體天然免疫應答中起重要作用。識別不同病原體的 PRRs 組裝為不同的炎癥小體，目前研究報道最多的是 NLRP3、NLRC4、NLRP1 和 AIM2 炎癥小體，NLRP2、NLRP6、NLRP7、NLRP12 及 IFI16 等炎癥小體也有報道 [2，3]。經典的炎癥小體活化過程是「雙重信號」模型。初級信號為啟動信號，細胞膜上的 TLR 識別胞外的危險相關分子模式或病原體相關分子模式，例如 TLR4 識別細菌脂多糖（LPS），激活 NF-κB 信號通路，誘導多種 NOD 樣受體（例如 NLRP3）蛋白以及 pro-IL-1β/pro-IL-18 的表達；次級信號為活化信號，細胞內的 NOD 樣受體在迅速識別危險相關分子模式或病原體相關分子模式（例如線粒體 DNA）后，與接頭蛋白 ASC 組裝，從而招募 pro-Caspase-1[4]。當 pro-Caspase-1 的局部濃度升高時，發生自體剪切，生成的片段 p20 和 p10 組成四聚體結構的具有生物活性的 Caspase-1（即活化的 Caspase-1）[5]。炎癥小體通過調控 Caspase-1 活化實現其功能：（1）Caspase-1 剪切細胞因子 pro-IL-1β和 pro-IL-18 使其成熟并釋放到胞外介導炎癥的級聯反應，啟動宿主免疫反應；（2）Caspase-1 還可通過 GasderminD（GSDMD）介導細胞焦亡（pyroptosis）[6, 7]，表現為細胞膜崩解，胞質內毒素分子釋放，從而趨化炎癥細胞并促進其釋放細胞因子，這一過程是經典的細胞焦亡激活過程。通過對細胞焦亡的研究的不斷深入，一些新的分子機制被發現，比如一些新的 Caspase（如 Caspase-4、 Caspase-5、Caspase-11）可以被病原體結構分子（如 LPS）直接激活 [8]，并通過 GSDMD 介導細胞焦亡 [9,10]，這一過程被稱為非經典的細胞焦亡激活過程（圖 1）。圖 1:CST 炎癥小體及細胞焦亡信號通路圖II. Gasdermin 是介導細胞焦亡的關鍵效應分子實際上，早在 1992 年就有科學家觀察到 Caspase-1 介導的程序性細胞死亡（也就是后來被稱為細胞焦亡）[5]，這是一種形態上區別于細胞凋亡的一種新的細胞程序性死亡形式。 直到 2015，Gasdermin D 作為 Caspase-1 和-11 的切割靶點被發現，這種細胞焦亡效應才為人所知 [6]。其中，中國的科學家邵峰院士在 Gasdermin 家族蛋白（包括 Gasdermin D）的研究中獲得了令世人矚目的發現，也因此獲得了 CST 冠名的「中國細胞生物學會 2017 杰出成就獎」。Gasdermin D 的 N 端含有孔道形成結構域（pore-forming domain，PFD），當炎癥小體信號通路被外界擾動（如細菌感染）激活時，在 Caspase-1 或 Caspase-11/4/5 的多個 caspase 切割下，從而將 Gasdermin D 裂解，將其 N 端形成孔結構域 (PFD) 與 C 端抑制區 (RD) 分離開來 [6-8]，大家可以利用 WB 檢測到 Gasdermin D 全長片段和剪切后生成的 Gasdermin D-N 端片段 (如圖 2 所示)。同時，結構生物學研究顯示 Gasdermin D 的 N 端發生多聚化并在細胞膜上形成孔道，同時釋放成熟的 IL-1β，并驅動細胞腫脹直至膜破裂 [11]。另外，它通過與細菌膜上的心磷脂結合而具有潛在的抗菌作用。圖 2: 用 80 nM TPA(12-O-四醇酚-13-乙酸酯，CST 產品#4174) 過夜處理誘導 THP-1 細胞分化后，再用 1 μg/ml 脂多糖（CST 產品#14011）處理 6 h，以未加 LPS 的 THP-1 細胞作為對照，分別提取細胞裂解物，用 Gasdermin D 抗體#96458 (上) 或β-actin(D6A8) 兔單抗#8457(下) 進行 WB 的結果。然而，Gasdermin D 僅僅是 Gasdermin 家族的六位成員之一，其他的家族成員是不是也有類似效應，參與細胞焦亡呢？通過后來的研究發現，其他 Gasdermin 超家族蛋白具有同源的 PFDs，也被證明在發生切割后會激活 PFDs 形成細胞膜上孔道導致細胞焦亡 [12]。其中之一，Gasdermin E（DFNA 5），可在不同情況下被 Caspase-3 切割激活，將凋亡轉化為細胞焦亡或裂解性細胞死亡 [13,14]。細胞焦亡與其他細胞程序性死亡過程之間存在相互串話和轉化一些新的證據提示，細胞焦亡與其他細胞程序性死亡過程之間存在相互串話和轉化。比如，細胞程序性壞死的關鍵調控蛋白 MLKL 可以激活 NLRP3 炎癥小體 [11] 并促進 IL-1β的加工，并介導 IL-1β不依賴于 GADMD 的釋放 [12]; 在 Caspase-1 或 Gasdermin 家族成員被抑制的情況下，傳統認為參與細胞凋亡的 Caspase-8 也可以介導 IL-1β的激活過程 [15,16]。反之，在 Caspase-1 被抑制或缺失情況下，也發現炎癥小體可以通過激活 Caspase-8 介導細胞凋亡的發生 [17-20]。筆者相信，多種細胞程序性死亡的串話和相互轉化將成為細胞死亡研究當中的一個熱點問題 [21]，在不同的應激條件下，不同細胞程序性死亡形式將互為補充，共同維持生物體的內穩態。其中，Caspase 及 Caspase 介導的蛋白剪切和活化過程將成為多種細胞程序性死亡的串話和相互轉化的直接證據被檢測 [22,23]。III. 展望：細胞焦亡的研究才剛剛開始細胞焦亡，作為一種炎性程序性細胞死亡，已經在不同疾病模型當中開始受到關注，相信在近年來將成為基金申請的熱點。目前，已經有很多報道初步顯示了細胞焦亡參與腫瘤 [24]、感染類疾病 [25]、心血管疾病 [26]、神經炎癥 [27] 等很多疾病炎性過程，很多過去對炎癥小體信號通路非常關注的研究人員，可能會自然延伸到對細胞焦亡機制的研究上來，掀起新一輪細胞死亡研究的熱潮。參考文獻1. 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