收藏 I 浅显易懂,万字阐述细胞“死”的各种方式机制

文摘   2024-09-26 16:12   浙江  





















正如村上春树所说,死亡并不是生命的对立面,而是生命的一部分。因此,研究细胞死亡不仅是为了更好地理解生命的终结,也是为了更好地理解生命本身。




每天都有几十亿的细胞在你身体里死亡。有的细胞死得很轰动,有的则死得很平静。

如果细胞受伤了或者被感染了,它们可能会意外死亡。或者,如果它们活过了自然寿命或者开始出问题了,它们就会仔细安排一个理想的死亡方式,然后把“遗体”收拾得整整齐齐,不给身体留下麻烦。

最初,学界认为细胞只有两种死亡方式,要么是意外死亡,要么就是那种按部就班的方式。但是在过去的几十年里,研究人员发现了许多新的细胞死亡情景。理解这些不同的死亡模式可以帮助我们拯救好的细胞,杀死坏的细胞,从而为感染、自身免疫疾病和癌症找到治疗方法。

估计现在有超过20种不同的名称来形容各种细胞死亡的种类。

坏死( Necrosis)


坏死是一种不受控制的细胞死亡形式,由损伤、创伤或感染触发。术语“坏死”来源于希腊词“nekros”,意为死亡或尸体,以及“osis”,意为过程,具体指的是破坏和退化

目前还不清楚是谁首先创造了“坏死”这个词,但在PubMed上找到的最早提到坏死的文献是1786年由波兰军队外科医生Bouffelin撰写的《Observation on Necrosis》。在文献中,坏死指的是由感染和炎症引起的组织坏死,而不是细胞死亡。

Rudolf Virchow是第一个在细胞水平上使用坏死这个词的科学家。他在细胞水平上定义坏死为“死亡的细胞保留了其外部形态”,以及“坏死或萎缩性坏死是指细胞消失,无法再看到其当前形态”。

坏死有很多种类型:比如在坏疽的情况下,当细胞因为缺乏血液而饿死时,细胞会腐烂掉。被结核杆菌损伤的肺部细胞会变得软绵绵的而且呈现白色——这种类型的坏死专业术语叫“干酪样”坏死。

凋亡( Apoptosis


凋亡是一种细胞在响应特定信号时有组织地分解的过程。术语“凋亡”来源于希腊语单词“apo”,意为叶子,以及“ptosis”,意为脱落,描述的是细胞经历受控的自我破坏并从周围组织分离的过程

将凋亡描述为一种不同于坏死的独特形式的细胞死亡,这一概念在20世纪70年代早期由澳大利亚病理学家John Kerr和他的同事们正式确立。作为1962年伦敦的一名研究生,Kerr发现当切断肝脏的门静脉血供时,远端肝静脉周围的细胞会发生另一种类型的死亡。这种形式的细胞死亡的特点是细胞质收缩、浓缩的核染色质片段,以及某些经典坏死的表现形式。鉴于使用坏死一词来描述生理条件下的细胞死亡是不合适的,他们建议将这一过程称为凋亡。

凋亡的特点是细胞缩小、染色质浓缩,并且断裂成小的膜包被的凋亡小体,这些凋亡小体被邻近的实质细胞、肿瘤细胞或巨噬细胞吞噬

凋亡是一个由遗传调节和控制的细胞死亡过程,而坏死是由外部刺激引起的一种不受控制的细胞死亡过程。凋亡导致细胞断裂并被吞噬细胞移除,而坏死则导致细胞膜破裂并引发炎症

这对于那些受到损害或是已完成其任务的细胞来说是有帮助的。例如,凋亡使得蝌蚪在变成青蛙时能够丢弃尾部的细胞,或者使人类胚胎在发育手指间隙时去除多余组织。

自噬性细胞死亡(Autophagic cell death


自噬性细胞死亡,也被叫做II型细胞死亡,就是细胞自己把自己给“吃掉”的过程。

想象一下,细胞就像是一个小工厂,里面有很多机器和零件。有时候,为了保持工厂的清洁和高效运作,工厂会把一些旧的、坏掉的机器打包(如多余的蛋白质),然后送到“垃圾处理站”(溶酶体)去销毁。这个过程就叫自噬。

自噬这个词是从希腊语来的,“auto”意思是自己,“phagy”意思是吃。所以自噬就是自己吃自己,听起来有点怪,但实际上就是细胞清理自己内部垃圾的一个过程。这个概念最早是由一位叫Christian de Duve的科学家在1963年定义的。后来,一位日本科学家Yoshinori Ohsumi在90年代发现了自噬的关键基因,让我们更了解这个过程是怎么运作的。

自噬的第一步是制造一个双层的包裹袋(自噬泡),把需要处理的东西装进去。这个包裹袋的形成需要一种叫做ULK1的复合体帮忙。这个复合体受到一种叫mTOR的信号路径控制。正常情况下,mTOR不让ULK1干活,所以自噬不会发生。但是,一旦工厂缺料或者出事故了,mTOR就会让开,ULK1就能开始干活,启动自噬过程。包裹袋装好东西之后,就会送到溶酶体去处理。

简单说,在正常情况下,自噬是个好事,它帮助细胞保持干净,还能回收一些有用的材料。但是,如果工厂(细胞)遇到麻烦了,比如没有足够的原料(营养不足)、有太多废品(氧化应激)或者遇到了毒气泄漏(细胞毒性剂),自噬就可能失控,结果就是工厂(细胞)自己把自己给拆了,这就是自噬性细胞死亡

整个自噬过程涉及到很多蛋白质,比如ATG家族的成员、Beclin-1和LC3。它们负责包装、运输和最后的处理工作。有时候,自噬能让工厂继续运转下去,但有时候也会导致工厂关门(细胞死亡)。在某些情况下,自噬甚至能让癌细胞变得更难对付(抵抗化疗),但在另一些情况下,自噬又能够帮助干掉癌细胞,阻止肿瘤生长。


自体死亡( Autosis


Autosis,你可以把它想象成细胞的“自毁程序”。这个名字来自希腊语,“autos”意思是自己,“osis”意思是过程或者状态。这个过程是在2013年被科学家发现的。

Autosis的特点是细胞看起来很不一样,而且这个过程依赖于细胞内的一种叫做Na+/K+-ATP酶的东西。简单来说,这个酶就像是细胞里的能量泵,它帮助细胞内外的钠离子和钾离子交换。当这个泵不正常工作时,细胞就会出现问题。

Autosis可能是因为细胞饿了(营养缺乏)、缺氧或者是被一些特殊的肽(像是Tat-Beclin)触发的。在这个过程中,细胞会经历几个阶段的变化:

  1. 第一阶段初期,你会看到细胞里面的“车间”(内质网)变得膨胀和断裂,同时还会有很多空的“包裹”(自噬体)出现。

  2. 第一阶段后期,细胞核周围的区域开始膨胀,就像吹气球一样,而且里面的“动力工厂”(线粒体)看起来更密实。

  3. 第二阶段,细胞内的“机器”(细胞器)减少了,细胞核变得凹进去,那个气球(PNS)也更大了。


在这个过程中,有一种叫做Rubicon的蛋白质水平上升,阻止了那些“包裹”和“垃圾站”(溶酶体)的合并,导致这些“包裹”不能被正确处理掉。当这些“包裹”堆积得太多时,就会影响到细胞的正常功能,特别是那些“动力工厂”(线粒体)会失去电力,最终导致细胞死亡。

有趣的是,有一些药物可以抑制这种能量泵(Na+/K+-ATP酶),从而阻止Autosis的发生,这对治疗心脏损伤可能有用。


溶酶体细胞死亡( Lysosomal cell death)


溶酶体细胞死亡是指当溶酶体膜变得通透时,溶酶体内的酶释放到细胞质中,并激活细胞死亡途径。这个概念是由Christian de Duve在1990年代末提出的。

溶酶体细胞死亡就像是细胞里的“自杀炸弹”。溶酶体就像是细胞里的“垃圾桶”,里面装满了用来“消化”废物的酶。这些酶就像是“超级剪刀”,可以把细胞里的垃圾剪碎。

在正常情况下,溶酶体的门是紧闭的,超级剪刀在里面乖乖待着。但是,如果溶酶体的门坏了(比如因为pH值不对、氧化压力太大或者其他原因),超级剪刀就会跑出来,在细胞里乱剪一气

这些超级剪刀中最厉害的就是组织蛋白酶,它们可以剪断细胞的重要部件,比如一种叫做Bid的蛋白质,这会导致细胞走向灭亡。

溶酶体细胞死亡跟很多疾病有关,比如神经退行性疾病(像阿尔茨海默病)、癌症,还有一些老化相关的病症。


线粒体自杀( Mitoptosis)


Mitoptosis,也可以叫做线粒体自杀,是线粒体在遇到问题时的一种自我毁灭方式。

这个概念是1999年由一位叫Vladimir P. Skulachev的科学家提出来的

线粒体是我们细胞里的“发电厂”,负责生产能量。但当这些“发电厂”出故障时,它们会产生很多垃圾,甚至会变成“毒瘤”,导致各种疾病,比如癌症、神经退行性疾病和代谢紊乱。

Mitoptosis和另一种叫mitophagy(线粒体自噬)的过程都很重要,它们都是为了清理那些有问题的线粒体,防止它们给细胞带来麻烦。

Mitoptosis通常是因为线粒体工作不正常或产生了太多的活性氧(ROS)而触发的。这个过程在细胞生长、自我更新、代谢调整以及在一些生物体中清除父亲传下来的线粒体(因为线粒体DNA通常是母亲传给孩子的)等方面都非常重要。

Mitoptosis的过程大概如下:

  1. 首先,有问题的线粒体会从长长的形状变成一个个小球。

  2. 然后,这些小球会聚拢到细胞核附近。

  3. 接下来,它们会被一层膜包裹起来,形成一个“自杀包”。

  4. 在这个“自杀包”里,线粒体会被分解成很小的碎片。

  5. 最后,这个“自杀包”会从细胞里突出来,然后膜破裂,里面的碎片就被释放出来。


需要注意的是,mitoptosis过程中并没有自噬参与进来。自噬是一种清理细胞垃圾的过程,而在mitoptosis中,有问题的线粒体是直接被“引爆”了。

Mitoptosis有两种形式:内膜mitoptosis和外膜mitoptosis。在内膜mitoptosis中,只有线粒体的内部结构被破坏,而外面的膜还是完好的。在外膜mitoptosis中,线粒体内部的结构会膨胀并断裂,外面的膜也会破裂,把里面的碎片释放到细胞质中。

相比之下,mitophagy是一种通过自噬来选择性地清理受损线粒体的过程。Mitophagy需要通过一种叫做Pink1/Parkin的信号路径来引导。Mitoptosis和mitophagy的主要区别在于,mitoptosis是直接把有问题的线粒体“引爆”,而mitophagy则是通过自噬来清理。


免疫源性细胞死亡(ICD)


免疫源性细胞死亡(ICD,Immunogenic Cell Death)是一种程序性细胞死亡(PCD),在这个过程中,死亡的细胞会释放所谓的“损伤相关分子模式”(DAMPs),这些分子会吸引免疫细胞来到细胞死亡的现场,从而激发免疫反应。

就像是细胞死亡时发出的“求救信号”,告诉免疫系统:“嘿,快来帮忙,这里有事!” 这个概念是由Guido Kroemer和Laurence Zitvogel团队在2005年提出的。

在ICD过程中,快要死掉的肿瘤细胞会在表面上挂出一个叫做钙网蛋白(calreticulin)的标志,就像是举了个牌子说:“吃我吧!” 这个牌子会吸引树突状细胞(DCs)和其他吞噬细胞过来,把这些快死的细胞吃掉。这样,免疫系统就被激活了。

除了挂牌子,这些快死的细胞还会放出一些信号物质,比如ATP、高迁移率族蛋白1(HMGB1)和热休克蛋白(HSPs)。这些信号就像是“狼来了”的警报,告诉周围的免疫细胞:“快来帮忙,这里有问题!” 免疫细胞被吸引过来后,会展示这些坏细胞的特征,让身体知道该怎么对付它们

此外,T细胞会放出一些化学信号,比如干扰素γ(IFNγ)和肿瘤坏死因子α(TNFα),这些信号就像是吹响了集结号,召唤更多的免疫细胞,比如自然杀伤细胞(NK细胞)和巨噬细胞,来一起围剿这些坏细胞。

ICD作为一种抗癌策略非常有前景,因为它可以增强化疗和放疗的效果。这些治疗方法会让癌细胞发生ICD,从而吸引免疫系统来清理它们。通过这种方式,ICD可以帮助预防癌症复发和转移,让治疗效果更持久。


焦亡(Pyroptosis)


焦亡(Pyroptosis)就像是细胞的“自爆”。这个过程是由caspase-1酶主导的,由Brad Cookson和Molly Brennan在2001年发现的。它主要发生在免疫细胞(比如巨噬细胞和树突状细胞)中,帮助身体对抗细胞内的病原体。

焦亡的过程是这样的:当免疫细胞发现有病原体或者细胞受伤时,它们会启动一种叫做“模式识别受体”(PRRs)的东西。这些PRRs就像是哨兵,能识别病原体留下的痕迹(PAMPs)或者细胞损伤的信号(DAMPs)。一旦哨兵发现异常,它们就会召集一个叫做“炎性小体”(inflammasome)的战斗小组

这个战斗小组包括PRRs、接头蛋白和caspase-1。caspase-1就像是一个“拆弹专家”,但它不是拆除炸弹,而是切割一个叫做gasdermin D(GSDMD)的蛋白质。切割后,GSDMD的一部分会在细胞膜上打洞,让细胞“爆炸”。

同时,caspase-1还会激活两种重要的“报警信号”——白细胞介素-1β(IL-1β)和白细胞介素-18(IL-18)。这些信号就像是“集结号”,会召唤其他免疫细胞来帮忙,共同对抗病原体。

不过,焦亡有时候也会“过火”。在炎症性疾病中,如果焦亡控制不好,反而会造成更多的组织损伤

总结一下,焦亡就像是细胞的“自爆”过程,但它不是简单的自毁,而是带有“炸药包”的自毁。


中性粒细胞陷阱释放(NETosis


NETosis(中性粒细胞陷阱释放)是一种程序性细胞死亡(PCD),特点是中性粒细胞(一种白细胞)释放出称为中性粒细胞胞外诱捕网(NETs)的网状结构NETosis的概念是由Volker Brinkmann等人在2004年首次描述的

当身体遇到病原体(比如细菌、病毒)时,中性粒细胞会释放一种网状结构,叫做NETs(中性粒细胞胞外诱捕网)。这个网是由细胞内的染色质、组蛋白和一些颗粒蛋白组成的,就像一张大网,用来抓住和消灭这些病原体。

NETosis的过程大致如下:

  1. 首先,中性粒细胞会制造大量的活性氧(ROS),就像给自己的发动机加满燃料。这些ROS会激活一个叫做NADPH氧化酶的东西。


  2. 接着,核膜开始解体,细胞核里的东西开始松动。


  3. 一些蛋白质(比如NE、组织蛋白酶G、天青蛋白和MPO)从细胞内部释放出来,帮助染色质变得松软,核膜也变得脆弱。


  4. 一个叫PAD4的酶会跑到细胞核里,让组蛋白变得更容易散开。


  5. 最后,细胞膜上会形成一些孔洞,染色质和组蛋白等物质被释放到细胞外,形成一张大网(NETs),用来捕捉和消灭病原体。


NETosis的整个过程需要内质网(ER)和线粒体的帮助。ER会释放钙离子,激活NADPH氧化酶,生成ROS。线粒体也会产生ROS,帮助这个过程。

NETosis在先天免疫反应中起重要作用,因为它允许中性粒细胞直接对抗病原体。


坏死性凋亡(Necroptosis


Necroptosis 就像是细胞的“自爆程序”。这个概念是由Francis Chan博士等人在2005年首次提出的。

想象一下,细胞就像是一个小卫士,当它感觉到有敌人(比如病原体)来侵袭时,为了不让自己成为侵染的对象,我自杀,不让你得逞。

通常情况下,细胞会选择一种温和的方式——凋亡(自杀),就像安静地死去。但有时候,这条路被堵住了,细胞就会选择“自爆”。

  1. 触发信号:当细胞感受到威胁,比如肿瘤坏死因子(TNFα)来了,它会结合到细胞表面的受体(TNFR1)上,触发一系列反应。


  2. 正常路径:通常情况下,这些信号会激活一种叫做caspase-8的酶,细胞就会安静地自杀(凋亡)。


  3. 备用路径:但如果caspase-8不工作了,细胞就会启动“自爆程序”。这时,RIPK1和RIPK3这两种蛋白质会被激活。


  4. 形成“死亡小体”:RIPK1和RIPK3会手拉手形成一个叫做“死亡小体”的东西。


  5. 细胞膜穿孔:这个“死亡小体”会激活一种叫做MLKL的蛋白质,让它在细胞膜上打孔,导致细胞膜破裂。


  6. 释放信号:细胞里的“危险信号”(DAMPs)被释放出来。


  7. 引发炎症:这些信号被免疫细胞识别,引发炎症反应,帮助清除死细胞。

虽然这个过程有助于清除病原体和修复组织,但如果过度或持续时间过长,就会导致组织损伤,并可能引发多种疾病,比如神经退行性疾病、病毒感染、缺血性损伤和癌症。


铜程序死亡Cuproptosis


Cuproptosis 就是一种由铜(Cu)引起的程序性细胞死亡。这个词来自拉丁语“cuprum”,意思是铜,加上希腊语“ptosis”,意思是脱落。这个概念最早是由Tsvetkov等人在2019年的《自然化学生物学》杂志上定义的

铜是一种必需的微量元素,在氧气运输、能量生产和抗氧化防御中很重要。但是,铜多了就变成了“毒药”,会导致细胞和组织中毒。

Cuproptosis 主要通过两条途径进行:

  1. 线粒体基质还原酶的作用:线粒体中的一种酶叫做铁氧还蛋白1(FDX1),它会把铜离子还原成更活跃的形式,并释放到线粒体中。FDX1还会导致一种叫DLAT的酶积累,这种酶本来是用来帮助能量生产的,但积累过多就变成“毒药”了。


  2. DLAT的聚集:活跃的铜会和DLAT结合,导致DLAT聚集,这些聚集的DLAT会堵塞线粒体的工作流程,最终导致细胞死亡。


简单来说,Cuproptosis 就是当细胞中的铜太多时,线粒体会受到压力,导致一些重要的酶聚集并失去功能,最终导致细胞死亡。这个过程主要发生在线粒体中,与铜的含量和特定酶的状态有关。


铁程序死亡Ferroptosis


Ferroptosis 就是一种依赖铁的程序性细胞死亡。最近研究铁死亡比较多,说的详细点。

想象一下,细胞就像是一个小房子,铁就像是房子里的易燃物品,Ferroptosis 就是当房子里的易燃物品太多,导致房子着火并最终烧毁的过程。

这个概念是由Brent Stockwell领导的研究团队在2012年首次描述的。“Ferroptosis”这个名字来自拉丁语“ferrum”,意思是铁,加上希腊语“ptosis”,意思是脱落,合起来就是铁依赖性的细胞死亡。

Ferroptosis 就是细胞的一种“自焚程序”,主要特点是细胞膜受到破坏,导致细胞死亡。这个过程依赖于铁,并且涉及脂质过氧化物的积累。下面是通俗易懂的解释:

Ferroptosis 的过程

  1. 铁的积累:

  • 想象细胞里有很多“火种”(铁),当这些火种积累太多时,就容易引发火灾。

  • 细胞内的铁通过不同的机制积累,比如从外界吸收或者内部释放。

  • 脂质过氧化物的生成:

    • 铁的存在使得细胞内的多不饱和脂肪酸容易被氧化,生成脂质过氧化物。

    • 这些脂质过氧化物就像是“火星子”,一旦积累多了,就容易引发更大的火灾。

  • 芬顿反应:

    • 铁的存在会引发芬顿反应,这个反应会产生大量的ROS(活性氧)和羟基自由基。

    • 这些ROS就像是“大火”,会攻击和破坏细胞膜以及其他细胞组件。

  • 抗氧化系统失效:

    • 细胞里有一个“消防员”——谷胱甘肽(Glutathione),它能中和ROS,保护细胞。

    • 当谷胱甘肽耗尽,或者谷胱甘肽过氧化物酶(GPX4)活性下降时,细胞就没有足够的“消防员”来灭火了。

    • 结果是脂质过氧化物继续积累,最终导致细胞膜受损。

  • 细胞膜受损:

    • 细胞膜受到严重破坏后,细胞内外的物质交换失控,导致细胞最终死亡。

    • 这就像是一栋房子的外墙被破坏,里面的东西全都暴露在外面。

    简单来说,Ferroptosis 就是细胞里的“火灾”。当铁太多时,会生成大量脂质过氧化物,这些物质会破坏细胞膜,导致细胞死亡。细胞里有一个重要的“消防员”——谷胱甘肽,它能保护细胞不受这些有害物质的影响。但当谷胱甘肽耗尽时,细胞就无法抵抗这些破坏,最终“自焚”。


    新程序性细胞死亡Paraptosis


    Paraptosis 是一种程序性细胞死亡(PCD),名字来源于希腊词根“para”(旁边或类似)和“apoptosis”(凋亡)。它是由Sabina Sperandio等人在2000年首次发现的

    Paraptosis 的过程:


    1. 蛋白质处理问题

    想象一下,细胞是个工厂,里面有很多“垃圾处理工”(蛋白酶体)。如果这些工人罢工了,工厂里就会堆积很多“垃圾”(错误折叠的蛋白质)。这些垃圾会导致:

    • ER 膨胀:ER 就像工厂里的水管,垃圾太多会让水管膨胀。

    • 线粒体膨胀:线粒体就像工厂里的电池,垃圾太多也会让电池膨胀。


    2. 离子失衡

    如果工厂里的“水电工”(离子平衡)出了问题,也会导致Paraptosis。

    细胞就像一间房子。Paraptosis 就是当房子里的“垃圾处理系统”(蛋白酶体)出了问题,导致很多垃圾(错误折叠的蛋白质)堆积在里面。这些垃圾会让房子的“水管”(ER)和“电池”(线粒体)膨胀,形成很多“气球”(空泡)。最终,房子(细胞)因为这些问题而崩塌(死亡)。


    巨泡死亡Methuosis


    Methuosis 是一种非凋亡形式的细胞死亡,特点是细胞内积累了许多大空泡。这个名字来源于希腊语“methuo”,意思是“喝醉了”,因为这些空泡看起来像是充满了某种未知的“酒”。Methuosis 最早是由Overmeyer等人在2008年发现的。

    Methuosis 的触发机制:

    1. Ras蛋白的“狂欢”:活化的Ras蛋白(如G12V突变型)会持续高水平表达,就像是细胞里的“狂欢派对”。

    2. Rac1的“持续狂欢”:Rac1是一种小G蛋白,它的持续刺激会增加巨噬囊泡的形成率,就像不断往杯子里加酒。


    具体过程:

    1. 喝酒:Ras和Rac1的持续激活增加了巨噬囊泡的形成速度。巨噬囊泡是从细胞膜形成的,用来吞噬细胞外的液体和物质,就像细胞在“喝酒”。


    2. 回收站坏了:Methuosis 会减少活性Arf6的量,Arf6是一种参与囊泡运输的小G蛋白。活性Arf6减少意味着巨噬囊泡无法正常回收,就像“回收站”坏了。


    3. 装满了酒:由于无法回收,巨噬囊泡会在细胞内积累并融合形成大空泡,这些空泡会挤压细胞核和其他细胞器,就像装满了酒的气球挤满了房间。


    4. 爆炸:最终,这些空泡变得足够大,以至于会破裂细胞膜,导致细胞死亡,就像气球装得太满最终爆炸一样。


    简单说,当细胞内的“酒吧老板”(Ras蛋白)和“酒保”(Rac1)不停地倒酒时,细胞就会“喝醉”(形成巨噬囊泡)。这些“酒”(巨噬囊泡)无法被回收,越来越多,最终把细胞“撑破”(细胞膜破裂),导致细胞死亡


    细胞侵入死亡Entosis


    Entosis 是一种非凋亡形式的细胞死亡,其中一个活细胞会主动“吃掉”另一个活细胞这个名字来源于希腊语“entos”,意思是“在里面”,由Overholtzer等人在2007年首次描述。

    Entosis 的触发机制:

    1. 细胞“脱离”:当一个细胞从细胞外基质(ECM)“脱离”时,可能会引发Entosis。

    2. 信号通路激活:Entosis 需要多个分子信号通路的激活,其中最关键的是Rho/Rho相关蛋白激酶(ROCK)/肌动蛋白-肌球蛋白(actomyosin)通路。


    具体过程:

    1. 伸出触角:入侵细胞(被“吃”的细胞)会形成一个富含肌动蛋白的结构,像“触角”一样伸入吞噬细胞的细胞质中。


    2. 拉扯:肌球蛋白II被招募到这个“触角”并收缩,把入侵细胞“拉扯”进吞噬细胞内部。


    3. 消化:内部的细胞随后被溶酶体“消化”掉。



    Entosis 就是细胞的一种“吃掉同类”的行为。当一个细胞“脱离”其基质时,可能会主动“吃掉”另一个活细胞,并将其“消化”掉。Phagocytosis 是吞噬细胞“吃掉”已经死亡或快要死亡的细胞,要区分开。


    PARP-1依赖性细胞死亡Parthanatos


    Parthanatos 是一种程序性细胞死亡(PCD),由poly ADP-ribose聚合酶(PARP)的激活所介导。这个名字由“PAR”(Poly ADP-ribose)和“Thanatos”(希腊语中的“死亡”)组合而成,反映了PAR介导的细胞死亡在各种病理条件下所起的作用。它最早是在2009年由Karen Kate David发现的。

    具体过程:

    1. DNA损伤轻微时:PARP-1会招募修复蛋白质来修复受损的DNA。


    2. DNA损伤严重时:PARP-1会被过度激活,形成PAR聚合物。


    3. PAR聚合物积累:积累的PAR聚合物会结合到凋亡诱导因子(AIF)上,并促使AIF从线粒体中释放出来。


    4. AIF与MIF形成复合物:AIF与MIF相互作用,形成AIF/MIF复合物,该复合物转移到细胞核中。


    5. DNA片段化:AIF/MIF复合物导致DNA片段化,最终导致Parthanatos。



    简单来说,细胞就像一个房子。当房子里有个小洞时,修理工会来补洞(PARP-1修复DNA)。但如果房子里到处都是大洞,修理工会拼命工作,结果却弄得满地都是胶水(PAR聚合物)。这些胶水让家里的看门守卫(AIF)跑了出来,并与另一守卫(MIF)合作清理干净,一起冲进卧室(细胞核),最终把卧室弄得分崩离析(DNA片段化),导致整个房子倒塌(细胞死亡)


    碱细胞死亡Alkaliptosis


    Alkaliptosis 是一种新发现的细胞死亡方式,当细胞接触到碱性物质(如氨水、氢氧化钠或者高pH的溶液)时,细胞就会死掉。这个名字是由Daolin Tang在2018年首先提出的。

    具体过程:

    1. 警报器NF-κB:当水变成碱性时,“警报器”(NF-κB)就会响起,告诉细胞要准备好应对危机。

    2. pH调节器CA9:细胞里有个“pH调节器”(CA9),平时负责调节水的酸碱度。但是当碱性物质来了,“调节器”(CA9)本来是调节水质的,现在被碱性物质搞坏了,不能正常工作

    3. 化学助手ACSS2:还有一个“化学助手”(ACSS2),它会帮助“警报器”(NF-κB)保持活跃,并通过改变细胞内部的化学环境(通过组蛋白乙酰化),但它现在反而帮倒忙,让水变得更碱性水变得更碱性,最终导致细胞死亡



    简单来说,Alkaliptosis 就是当细胞接触到碱性物质时,细胞内部的“警报器”(NF-κB)和“调节器”(CA9)会受到影响,再加上“化学助手”(ACSS2)的”帮倒忙“,最终导致细胞死亡。

    Alkaliptosis对癌症治疗来说是一个很有潜力的新策略,因为癌细胞的生存环境通常pH值不平衡,它们对pH的变化特别敏感。如果我们能找到办法让癌细胞接触到碱性物质,那么就可以通过Alkaliptosis让癌细胞去死。


    氧死亡Oxeiptosis


    Oxeiptosis 是一种细胞死亡方式,由Holze等人在2018年首次提出。这种死亡方式不依赖于caspase(一种酶),对活性氧(ROS)敏感,并且不会引起炎症。

    Oxeiptosis 的主要特点是激活了KEAP1/PGAM5/AIFM1信号通路。在氧化应激条件下,AIFM1会被去磷酸化,其活性受到KEAP1和PGAM5的调控。去磷酸化的AIFM1从线粒体转移到细胞核,在那里诱导染色质凝聚和DNA断裂,最终导致细胞死亡。

    具体过程

    想象一下,细胞就像一个房子。当房子里出现了很多“烟雾”(ROS)时:

    1. “警报器”启动:ROS 像是烟雾报警器,开始发出警报。


    2. “守卫”出动:AIFM1 像是消防员,被激活后从“电池室”(线粒体)跑到“控制中心”(细胞核)。


    3. “家具”聚集:消防员到了控制中心后,开始让里面的“家具”(染色质)聚集在一起。


    4. “房子倒塌”:最后,“家具”聚集导致“房子”(细胞)结构受损,最终倒塌(细胞死亡)。


    Oxeiptosis 就是当细胞受到ROS(活性氧)攻击时,细胞内部的“守卫”(AIFM1)会被激活,从线粒体转移到细胞核,导致染色质凝聚和DNA断裂,最终导致细胞死亡

    为什么细胞需要这么多死亡方式?

    细胞可能在与致病微生物的“军备竞赛”中进化出了这些不同的死亡选项。病原体为了生存,可能会试图关闭细胞死亡。但是如果细胞拥有一系列的死亡机制,它就能通过另一种方式“自杀”,牺牲自己来阻止病原体的入侵。

    细胞死亡不仅是生物学研究的重要组成部分,也是理解生命本质的关键。正如村上春树所言,死亡并不是生命的对立面,而是生命的一部分。因此,研究细胞死亡不仅是为了更好地理解生命的终结,也是为了更好地理解生命本身

    不知不觉已经写了上万字,希望看到这篇文章的你有所收获。

    参考文献:

    1.Park, W., Wei, S., Kim, BS. et al. Diversity and complexity of cell death: a historical review. Exp Mol Med 55, 1573–1594 (2023). https://doi.org/10.1038/s12276-023-01078-x.

    2. Apoptosis, necrosis and more: The many ways a cell can die | Knowable Magazine

    3.Kim, S., Lee, D., Kim, S.E. et al. Entosis: the core mechanism and crosstalk with other cell death programs. Exp Mol Med 56, 870–876 (2024). https://doi.org/10.1038/s12276-024-01227-w.

    4.Bertheloot, D., Latz, E. & Franklin, B.S. Necroptosis, pyroptosis and apoptosis: an intricate game of cell death. Cell Mol Immunol 18, 1106–1121 (2021).


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