科研绘图5种细胞死亡机制以及形态(上):凋亡和坏死

细胞死亡是一种生命现象,是细胞不可逆的一种生命过程,代表细胞生命的结束。正常的组织中经常发生细胞死亡,它是维持组织机能和形态所必须的。

细胞死亡包括细胞主动死亡-程序性死亡、细胞凋亡和细胞被动死亡即细胞坏死。取决于细胞背景和触发刺激物,细胞死亡的机制可以分为细胞凋亡和坏死。

细胞凋亡Apoptosis

细胞凋亡是一种高度调控的细胞死亡形式,是许多稳态和病理所必需的流程。细胞凋亡的形态学表现为细胞膜起泡、细胞收缩和凋亡小体的形成。

凋亡通常可以通过三种不同的途径进行,即外源性途径、内在途径和内质网应激诱导途径。

外源性途径是通过配体与跨膜死亡受体结合而触发的,如肿瘤坏死因子受体1(TNFR1)和Fas受体(FasR),CASP8和CASP10启动死亡受体介导的外源性细胞凋亡;而CASP9则可以逆转这一过程。

内在途径,也称为线粒体途径,包括响应细胞应激,从线粒体释放细胞色素c到细胞质,细胞色素c与凋亡蛋白酶激活因子-1(Apaf-1)相互作用形成凋亡小体(apoptosome),其中MOMP和线粒体蛋白质(例如CYCS)起到重要的调控作用。CASP3,CASP6和CASP7被认为是外源性和内源性细胞凋亡的共同效应因子。

内质网应激途径是指,感染、缺氧、饥饿、化学因子(例如tunicamycinBrefeldinA等)以及内质网(ER)分泌功能的非稳态变化导致内质网(ER)内未折叠或错误折叠蛋白的积累,促进内质网应激诱导的细胞死亡,当内质网中发生蛋白质错折叠时,启动一种未折叠蛋白反应(UPR)途径。

其他诱导细胞凋亡的途径还有,有丝分裂障碍(MC)和脱落凋亡(anoikis)。

坏死Necrosis

坏死是病理过程中(缺氧,物理、化学、生物因素,免疫反应)导致细胞不可逆损伤,最终细胞死亡的过程。

坏死根据其微观和宏观表现,可以分为凝固型坏死(缺血是主要原因)、液化性坏死(主要发生在中枢神经系统)、干酪样坏死(主要发生在结核感染)、坏疽性坏死(主要发生在四肢缺血)、脂肪坏死(主要发生在急性胰腺炎)、纤维素样坏死(主要发生在血管)。

它是一种不受控制的细胞死亡,表现为细胞器肿胀、质膜损坏,最终导致细胞裂解,细胞内容物溢出到周围组织,进而损伤组织。

和内在信号产生的程序性死亡-凋亡不同,坏死主要由于自外界压倒性的有害刺激产生,例如炎症反应产生的热休克蛋白的释放,尿素、ATP、DNA、核内蛋白释放,炎症小体(inflammasome)的激活、促炎性细胞因子的释放。

坏死性凋亡Necroptosis

坏死性凋亡(Necroptosis)是类似于细胞坏死的一种程序性细胞死亡。

RIPK3激活MLKL是坏死性凋亡的关键调节通路。上游诱导因子死亡受体(DR)、TLR或病毒分别通过RIPK1、TICAM1和ZBP1诱导RIPK3的激活。

另外,粘附受体(AR)通过一种未知的适配蛋白或激酶激活RIPK3。死亡受体配体通过RHIM介导RIPK1与RIPK3的结合,促进特定信号复合物“坏死体”的形成,最终导致MLKL的激活。

TLR配体通过TICAM1介导RIPK3-MLK依赖性坏死的发生。

某些病毒可以直接与RIPK3结合,也可以促进宿主蛋白ZBP1与RIPK3的结合,最终激活MLKL。

干扰素α受体或粘附受体可以通过一种不依赖RIPK1、TICAM1或ZBP1的替代途径激活RIPK3。RIPK3活化后,介导MLKLc-末端假激酶结构域不同位点的磷酸化,导致MLKL构象变化,并与带正电荷的六磷酸肌醇(IP6)结合,随后募集到磷脂酰肌醇中,并在质膜中插入和多聚化,从而导致质膜透化,造成Necroptosis的发生。

另外,RIPK3也可以不依赖于其激酶活性和MLKL,在细胞凋亡和NLRP3-炎性体活化和焦磷酸化中起调节作用。

下期预告:焦亡、铁死亡、NETosis

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