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生命的特徵之一就是死亡。生就預示著死,個性的死是必然的,但整體的, 即種群的消亡確是偶然的。多細胞生物體細胞的死亡是經常發生的;死亡在維持生命正常結構和功能扮演著重要的作用; 該死的時候不死、該死的地方不死,都可導致結構和功能的異常,即疾病諸如畸形、腫瘤等的發生。
對於細胞的死亡開始於十九世紀,病理學家在細胞學說的基礎上,描述了顯微鏡下細胞死亡的特徵,並命名為necrosis ,中文翻譯為壞死。在物理化學因素及生物如病毒細菌等外界條件作為用下,細胞的終極反應就是壞死,又可區分為乾性壞死和溼性壞死,細胞崩潰,引起炎症反應。上世紀七十年代,才發現機體還存在著一類可受控制的細胞死亡形式,通稱之為 programmed cell death,中文名程序性細胞死亡(PCD),甚至在機體的最基本生命活動中,如細胞周期的調控中起著不可或缺的作用。PCD有不同的種類,也就是細胞有不同的死法。這裡介紹一下對信號通路了解清晰的四種可控的細胞死亡形式。
凋亡途經
apoptosis,細胞凋亡,是經典的PCD。有兩條信號通路涉及其中,一條是線粒體途徑,另一條死亡受體途徑。
線粒體途徑:凋亡的線粒體途經涉及到在細胞應急和發育過程中Bcl2家族蛋白表達和功能的改變。該家族蛋白有共享的Bcl2 homolog (BH)區域, 功能是調節線粒體外膜的完整性。Bax、Bac和Bok 是三種效應成員,可直接引起線粒體外膜通透性(MOMP),釋放內膜間隙的蛋白質到胞液中。其中釋放的同型細胞色素C與APAF1結合,聚合成凋亡體(apoptosome),再激活起始胱天蛋白酶caspase 9, 最後效應胱天蛋白酶caspase 3/7活化。凋亡的死亡受體途徑涉及到腫瘤壞死因子受體家族的一些成員,還有死亡受體CD95。死亡受體結合配體後的胞內段,募集接頭分子FADD,後者再募集起始胱天蛋白酶caspase 8,使效應胱天蛋白酶活化。
壞死凋亡途徑
necroptosis,壞死凋亡,涉及到死亡受體、一些toll 樣受體的活化和細胞內核酸感受器-ZBP1。
不像凋亡,necroptosis是可調節的一種壞死。死亡受體與配體結合,募集RIPK1,後者經調節性的泛素化後,以激酶非依賴的形式激活NF-kB,部分以使c-FLIP表達,導致細胞不凋亡。去泛素後,RIPK1自身磷酸化、自身寡聚化,募集RIPK3,激活效應分子MLKL。寡聚化的MLKL破壞細胞膜的完整性,引起壞死性細胞死亡。
焦亡途徑
pyrotosis,細胞焦亡,在一些情況下,涉及到apoptosis,但本身是一種可調節的壞死。
當效應分子gasdermin D(GSDMD)被酶切後,寡聚化後,在胞膜上形成大孔隙,導致細胞死亡。有好幾種胱天蛋白酶可酶切GSDMD,如caspase 1、4、5等,caspase 1與炎症小體有關,能酶切GSDMD,還能加工IL-1beta和IL-18,使其活化。
鐵凋亡途經
ferroptosis,鐵凋亡,是一種脂質過氧化失控引起的可調節壞死。
胞內游離的鐵原子和過氧化氫發生Fenton反應,引起多不飽合脂肪酸(PUFA)的過氧化。這些過氧化脂質可被唯一細胞脂質過氧化物酶-PGX4所中和。當降低游離鐵、清除脂質過氧化物或過氧化脂質氫、抑制PUFA的合成,均可防止鐵凋亡的發生。
細胞基本的過程被打斷導致細胞自殺或崩潰,且這一過程是主動的死亡。這種主動的死亡除去上述的四種外,還有PARP依parthanato,溶酶體引起的細胞死亡(LCD)。netosis,中性粒細胞吐出「nets」後的死亡。也有assisted suicide,包括T細胞粒酶對靶細胞的作用和entosis,後者和癌細胞有關。
詳細內容請參考Cell,2019,177,1094-1107的review。
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