細胞死亡是多細胞生物中一種生理或病理現(xiàn)象，它用來消除多余或有害細胞，對于多細胞生物的發(fā)育、正常細胞的更新以及各組織的正常結(jié)構(gòu)和功能維持具有重要意義。細胞死亡可以通過多種方式發(fā)生，其中包括細胞凋亡、焦亡、鐵死亡、銅死亡、自噬以及相關(guān)細胞死亡等過程。本文將簡要介紹這些細胞死亡形式的基本機制，并總結(jié)它們對應(yīng)的標志物。

細胞凋亡（Apoptosis）是指為維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)，由凋亡小體和Caspases介導(dǎo)的細胞程序性死亡過程。

目前，細胞凋亡分為三種：

（1）線粒體凋亡途徑：在細胞受到外部/內(nèi)部刺激后，線粒體滲透轉(zhuǎn)換孔打開，導(dǎo)致內(nèi)部的促凋亡蛋白-細胞色素C和Apaf-1釋放到細胞漿中，細胞色素C通過Apaf-1的CARD結(jié)構(gòu)域與Caspase-9結(jié)合形成凋亡復(fù)合物，誘導(dǎo)Caspase-9活化，進而活化Caspase-3，引發(fā)凋亡過程。

（2）死亡受體途徑：死亡配體（FasL）與死亡受體（Fas）結(jié)合后，通過特殊死亡結(jié)構(gòu)域（DD）招募FADD，F(xiàn)ADD由DD和DED兩個結(jié)構(gòu)域構(gòu)成，其DD結(jié)構(gòu)域可以結(jié)合到Fas，而其DED結(jié)構(gòu)域可以與Caspase-8上的DED結(jié)構(gòu)域互補結(jié)合，從而形成FASL/Fas/DED/Caspase 8復(fù)合物，即死亡誘導(dǎo)信號復(fù)合物（DISC），DISC中的Caspase-8酶原發(fā)生自身切割來獲得活性，活化的Caspase-8切割Caspase-3酶原，使其活化，引發(fā)凋亡過程。

（3）內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激途徑：在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激時，Ca2+從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中釋放入細胞質(zhì)后會激活內(nèi)質(zhì)網(wǎng)附近的鈣調(diào)蛋白分解酶（Calpain），它可以作用于Caspase-12使之活化并釋放入細胞質(zhì)，誘發(fā)細胞凋亡。同時Ca2+可以通過激活Ca2+/鈣聯(lián)蛋白調(diào)節(jié)的鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶（Calcineurin），使得前凋亡蛋白Bad去磷酸化，激發(fā)細胞色素C的釋放，誘導(dǎo)凋亡。

標志物解析

（1）Bax/Bcl-2：Bax是促凋亡基因，其可被p53誘導(dǎo)表達，對腫瘤有抑制作用。在細胞凋亡時表達增加。Bcl-2是凋亡抑制基因，其編碼的蛋白具有抑制細胞凋亡的作用，且不影響細胞增殖。Bcl-2與Bax是同源基因，兩者共同構(gòu)成了細胞凋亡的微調(diào)變阻器。因此以兩者的比值作為凋亡的指示是有一定意義的。

（2）Caspase-3/8：Caspase系統(tǒng)的激活對于細胞凋亡的發(fā)生至關(guān)重要，因此Caspase家族蛋白在細胞凋亡時表達均增加。

細胞自噬（Autophage）：細胞自噬是指雙層膜（自噬泡）包裹部分胞質(zhì)和細胞內(nèi)需要降解的細胞器、蛋白質(zhì)等形成自噬體（Autophagosome），最后與溶酶體融合形成自噬溶酶體（Autophagolysosome），降解其所包裹的內(nèi)容物，以實現(xiàn)選擇性地清除自身受損、衰老或過剩的生物大分子和細胞器，釋放出游離小分子供細胞回收利用的正常動態(tài)生命過程。自噬通常被認為是一種生存機制，參與調(diào)節(jié)細胞內(nèi)物質(zhì)合成、降解和重新利用之間的代謝平衡。

目前，自噬分為三種類型：

（1）巨自噬（Macroautophagy）：通過形成具有雙層膜結(jié)構(gòu)的自噬體（Autophagosome）包裹胞內(nèi)物質(zhì)，最終自噬體與溶酶體融合進行降解。

（2）微自噬（Microautophagy）：通過溶酶體或液泡發(fā)生膜內(nèi)陷直接吞沒特定的細胞器進行降解。

（3）分子伴侶介導(dǎo)的自噬（Chaperone-mediated autophagy,CMA）：具有KEFRQ樣基序的蛋白在HSP70分子伴侶的幫助下，將蛋白質(zhì)由折疊的狀態(tài)恢復(fù)為未折疊的狀態(tài)，然后通過LAMP-2A轉(zhuǎn)運體轉(zhuǎn)運到溶酶體內(nèi)進行降解。

標志物解析

（1）LC3B為經(jīng)典的自噬標志物，LC3B在C端被蛋白酶切割后會形成游離型的LC3B-I型（16kDa），而在自噬發(fā)生后LC3B-Ⅰ會與磷脂酰絲氨酸結(jié)合形成膜型LC3B-II型（14kDa），其為自噬體膜上的結(jié)構(gòu)蛋白。因此在自噬發(fā)生時LC3B-II會增加，且LC3B-II/LC3B-I的比值也隨之增加。

（2）Beclin-1為自噬體形成過程中的一個必需分子，其能夠介導(dǎo)其他自噬蛋白定位于吞噬泡，從而調(diào)節(jié)自噬體的形成與成熟，在自噬中表達增加。

（3）p62是一種泛素結(jié)合蛋白，是反映自噬活性的標記蛋白之一。在自噬過程中，p62與泛素化的蛋白質(zhì)結(jié)合，再與定位于自噬小體內(nèi)膜上的LC3-II蛋白形成復(fù)合物，共同在自噬溶酶體內(nèi)降解。當自噬活性減弱、自噬功能缺陷時，p62蛋白會在細胞質(zhì)中不斷累積。p62的含量間接反映自噬小體清除水平，在細胞發(fā)生自噬時表達降低。

細胞焦亡（Pyroptosis）：一種由GASD家族蛋白執(zhí)行的炎性小體依賴的程序性死亡過程，其比細胞凋亡發(fā)生的更快。細胞焦亡通常伴隨著大量促炎癥因子的釋放，是依靠Caspase-1形成質(zhì)膜孔，導(dǎo)致促炎細胞因子（如IL-1β和IL-18）的釋放和細胞裂解。細胞焦亡一種對抗細胞內(nèi)病原體的重要先天免疫效應(yīng)機制，廣泛參與感染性疾病、神經(jīng)系統(tǒng)相關(guān)疾病和動脈粥樣硬化性疾病等的發(fā)生和發(fā)展。

目前，細胞焦亡的類型分為兩種：

（1）經(jīng)典通路：由炎性小體組裝介導(dǎo)并伴隨GSDMD裂解和IL-1β和IL-18釋放。炎癥小體是多分子復(fù)合體，在胞質(zhì)模式識別受體（PRRs），識別病原體上的病原體相關(guān)的模式分子（PAMPs）與危險相關(guān)的模式分子（DAMPs）后被激活，從而促進下游信號通路，導(dǎo)致I型干擾素的產(chǎn)生和促炎細胞因子的釋放，并與Caspase-1和ASC組裝形成炎性小體導(dǎo)致細胞焦亡。

（2）非典型通路：在非典型的焦亡途徑中，上游Caspase-4/5復(fù)合物缺失，Caspase蛋白會通過N端CARD直接結(jié)合細胞內(nèi)脂多糖（LPS）而被激活。活化的Caspase-4/5/11將GSDMD切割為N-GSDMD，N-GSDMD發(fā)生寡聚化并轉(zhuǎn)移到細胞膜上形成質(zhì)膜孔，導(dǎo)致K+外排，誘導(dǎo)炎性小體組裝，最終導(dǎo)致焦亡。

標志物解析

Garsdermin（GSDM）家族蛋白均對細胞焦亡的產(chǎn)生有重要影響，因此，該家族成員均可作為發(fā)生細胞焦亡的標志物（GarsderminA/B/C/D/E），其中以GSDMD和GSDME作為細胞焦亡標志物居多。因此在檢測細胞焦亡標志物時，應(yīng)該在未誘導(dǎo)細胞焦亡的情況下檢測到全長的GSDM（55kDa左右），而在誘導(dǎo)細胞發(fā)生焦亡后，GSDM被水解為兩部分，即PFD（35kDa左右）和RD（25kDa左右）。

細胞鐵死亡（Ferroptosis）：是一種鐵依賴性脂質(zhì)過氧化物的積累所導(dǎo)致新型細胞死亡的方式。主要是由鐵超載和活性氧（ROS）依賴的脂質(zhì)過氧化物累積引起的。線粒體是鐵利用、分解代謝和合成代謝途徑的主要細胞器，細胞發(fā)生鐵死亡時線粒體與正常線粒體相比膜密度更致密，體積更小，嵴減少或消失，外膜破裂等。

標志物解析

（1）GPX4：GPX4（22kDa）為細胞鐵死亡的關(guān)鍵調(diào)控因子，GPX4可利用其催化活性，削弱脂質(zhì)過氧化物毒性，維持膜脂質(zhì)雙分子層穩(wěn)態(tài)，從而抑制鐵死亡的發(fā)生。而用GPX4抑制劑RSL3處理后，RSL3與GPX4共價結(jié)合而使其GPX4失活，從而導(dǎo)致細胞內(nèi)過氧化物堆積，引發(fā)鐵死亡。

（2）FTH1：FTH1（21kDa）會破壞鐵自噬體，從而抑制鐵死亡。

（3）ACSL4：ACSL4（79kDa）是調(diào)節(jié)脂質(zhì)組成的關(guān)鍵酶，可促進鐵死亡。

（4）PTGS2：PTGS2（69kDa）在小鼠鐵死亡細胞中表達水平明顯提升，但是PTGS2的抑制劑并不能影響鐵死亡，所以PTGS2只可能是鐵死亡的標志物而不是推動鐵死亡的功能分子。

細胞銅死亡（Cuproptosis）是一種新發(fā)現(xiàn)的細胞死亡現(xiàn)象，即銅離子穩(wěn)態(tài)失衡誘導(dǎo)細胞發(fā)生的死亡過程。銅死亡是通過銅與三羧酸循環(huán)（Tricarboxylic acid cycle,TCA cycle）的脂化組分直接結(jié)合發(fā)生的。這導(dǎo)致脂酰化蛋白聚集和隨后的鐵硫蛋白損失，使得蛋白毒性應(yīng)激并最終導(dǎo)致細胞死亡。

線粒體中的鐵氧還原蛋白（Ferredoxin 1,FDX1）是銅死亡發(fā)生的核心分子，F(xiàn)DX1可以將Cu2+還原為毒性更強的Cu+，同時FDX1還可以使丙酮酸脫氫酶復(fù)合體中的DLAT和DLST及硫辛酰化相關(guān)酶LIAS發(fā)生脂酰化，從而賦予其酶活性。在細胞內(nèi)銅離子發(fā)生積累時，F(xiàn)DX1可以將Cu2+還原為Cu+，并催化DLAT、DLST和LIST發(fā)生脂酰化，而Cu+進一步結(jié)合到DLAT的脂酰化部位，使DLAT發(fā)生寡聚化，從而獲得銅毒性。此外，Cu+穩(wěn)態(tài)失衡會導(dǎo)致細胞內(nèi)鐵硫蛋白丟失，HSP70表達水平增加，引發(fā)蛋白質(zhì)毒性應(yīng)激。以上兩條途徑共同造成了細胞銅死亡的發(fā)生。

標志物解析

（1）FDX1為一種鐵氧還原蛋白，是銅死亡發(fā)生的核心分子，一方面FDX1可以將Cu2+還原為毒性更強的Cu+來誘發(fā)銅死亡；另一方面可以催化丙酮酸脫氫酶核心結(jié)構(gòu)蛋白發(fā)生脂酰化，通過影響三羧酸循環(huán)的發(fā)生來影響細胞發(fā)生銅死亡。

（2）LIAS為硫辛酸合成酶，可作為FDX1的脂酰化底物參銅死亡的發(fā)生。

（3）HSP70為熱休克蛋白，在銅死亡中引發(fā)蛋白質(zhì)毒性應(yīng)激反應(yīng)。