一篇文章带你读懂细胞凋亡、铁死亡、焦亡和自噬！

细胞凋亡在形态学上具有一些典型特征，如细胞体积缩小、染色质聚集形成致密结构（即核固缩），以及凋亡小体的生成。在这一过程中，细胞膜结构保持完整，最终形成的凋亡小体可被吞噬细胞识别并清除。这是一种程序性、自主性的死亡方式，在免疫系统、胚胎发育和组织修复中发挥重要作用。凋亡是机体维持组织稳态的重要机制。它通过有序地清除受损或不必要的细胞，防止异常细胞扩散，进而抑制肿瘤的发生。例如，在发育过程中，凋亡有助于去除多余的细胞，确保组织和器官的正常形态。同时，凋亡也是免疫系统清除病毒感染细胞的重要手段。然而，一旦凋亡过程受到抑制，比如癌细胞逃避凋亡信号，就可能促进肿瘤的发生与扩散。因此，重新激活凋亡通路已成为当前抗肿瘤治疗的重要研究方向之一。

凋亡是一种由Caspase家族酶促反应介导的过程。Caspase通过裂解细胞内的结构蛋白和功能蛋白，最终导致细胞程序性死亡。Caspase的活化通常由两条途径启动：外源性途径（通过死亡受体，如Fas和TNF受体）和内源性途径（通过线粒体和Bcl-2蛋白家族的调控）。Bcl-2家族中的抗凋亡蛋白（如Bcl-2）与促凋亡蛋白（如Bax）相互作用，调控线粒体膜电位的变化，最终控制细胞的生死命运。

凋亡的特点：

① 细胞收缩，细胞核破裂，DNA发生有序降解。

② 细胞膜呈现“胞浆小泡”（blebbing），然后被巨噬细胞或邻近细胞吞噬。

③ 没有引发炎症反应，确保对周围组织的影响最小。

凋亡最常用的检测方法是Annexin V/PI染色，Annexin V可以结合外翻的磷脂酰丝氨酸标记凋亡早期细胞；而PI染色可以检测细胞膜完整性，区分凋亡和坏死。此外，Caspase活性检测是识别凋亡的另一个重要方法，通过检测Caspase-3或Caspase-9的激活状态，可以定量评估凋亡的程度。

焦亡是伴随炎症反应的一种细胞死亡方式，其形态学特征与凋亡存在明显差异。细胞在焦亡过程中通常表现为体积膨胀，随后细胞膜破裂，导致胞内物质外泄，从而引发强烈的免疫应答和炎症反应。这种细胞死亡机制主要依赖于Gasdermin蛋白家族介导的膜穿孔作用，进而激活免疫系统。焦亡主要参与免疫反应，尤其是在抗感染过程中发挥关键作用。通过炎症小体激活，焦亡促使受感染的细胞破裂并释放促炎因子如IL-1β)，引发局部炎症反应，从而帮助机体清除病原体。然而，过度的焦亡反应可能导致慢性炎症性疾病，如类风湿性关节炎和克罗恩病等。因此，调控焦亡相关信号通路，不仅有助于增强抗感染能力，也可能成为缓解炎症性损伤的潜在策略。

焦亡主要由炎症小体(如NLRP3)和Gasdermin蛋白家族介导。炎症小体通过激活Caspase1，裂解Gasdermin-D蛋白，释放其N端部分，嵌入细胞膜形成孔道，导致细胞膜破裂。这一过程伴随着促炎性细胞因子的释放，如I-1B和IL-18，激发强烈的炎症反应。

焦亡的特点：

① 细胞肿胀，细胞膜间隙形成，细胞破裂。

② Caspase-1激活依赖/非caspase依赖，GSDMD切割和炎症因子释放。

焦亡的标志是细胞膜破裂和促炎细胞因子的释放。LDH释放检测是焦亡的常见实验方法之一，通过测量细胞外的乳酸脱氢酶，可以评估细胞膜的完整性。此外，Gasdermin-D剪切的检测也被广泛使用，通过免疫印迹法检测Gasdermin-D蛋白的裂解状态来判断焦亡的发生。

铁死亡是一种特殊的细胞程序性死亡方式，其核心机制依赖于细胞内铁离子的异常积聚以及脂质过氧化反应的发生。在形态学上，铁死亡主要表现为细胞膜的损伤，但与典型的坏死不同，它不会引起细胞膜的完全破裂。其主要病理过程是脂质过氧化对膜结构造成不可逆破坏，从而导致细胞功能丧失。铁死亡的发生与铁代谢紊乱密切相关，细胞内游离铁水平升高会催化脂质过氧化反应，进而破坏膜系统。在肿瘤生物学中，铁死亡被认为具有潜在的抗肿瘤作用，因为某些癌细胞对铁的依赖性较强，诱导其发生铁死亡可能成为抑制肿瘤生长的有效策略。此外，铁死亡也参与神经退行性疾病的发生，如帕金森病，其机制可能与神经细胞中铁离子异常积聚引发的氧化损伤有关。因此，铁死亡已成为癌症干预和神经保护研究中的一个新兴热点方向。

铁死亡的核心机制在于铁离子和脂质过氧化反应的积累。通过抑制谷胱甘肽过氧化物酶4(GPX4)的活性，细胞膜脂质发生过氧化，从而破坏膜的完整性。谷胱甘肽、铁合剂等化合物在铁死亡过程中起到了重要的调控作用。

铁死亡的特点：

① 线粒体体积缩小、膜密度增加、嵴减少。

② 谷胱甘肽（GSH）表达减少，GPX4表达减少，二价铁（Fe2?）增加，脂质过氧化增强。

铁死亡的检测依赖于铁蛋白水平检测和脂质过氧化标记物的评估。常用的实验方法包括测定细胞内铁离子浓度和通过荧光染料检测脂质过氧化的程度。常用的标记物如BODIPY-C11可以检测细胞内脂质过氧化的状态，从而识别铁死亡的发生。

自噬是一种在特定条件下可能诱导细胞自我降解的过程，传统上并不归类为典型的细胞死亡形式。其典型特征是形成自噬体，这些结构可包裹受损的细胞器或异常蛋白，并与溶酶体融合，完成内容物的降解。该机制在营养缺乏或应激状态下发挥保护作用，有助于维持细胞稳态，通过清除胞内损伤成分延缓细胞死亡。然而，若自噬过度激活，可能导致细胞关键结构被过度消耗，从而引发细胞死亡。在肿瘤生物学中，自噬的作用具有双重性：一方面，它可能通过缓解代谢压力帮助癌细胞存活；另一方面，在某些情境下也可抑制肿瘤进展。因此，如何调控自噬水平以发挥其有利效应，已成为当前研究的重点方向。

自噬由mTOR信号通路调控，mTOR的抑制通常伴随着自的激活。在自噬过程中，LC3蛋白通过与自噬体膜的结合起到标记作用，细胞通过降解受损的细胞器维持稳态。自噬虽然在应激状态下是细胞的保护机制，但其过度激活可能会引发细胞死亡。

自噬的特点：

① 细胞质内形成大量自噬泡，吞噬并降解细胞内的受损或不必要的结构。

② 不同于凋亡，自噬性死亡过程中细胞不发生DNA降解或胞浆小泡。

自噬的检测依赖于自噬小体的形成以及自噬相关蛋白LC3的转换。LC3-Ⅱ转换通过免疫印迹法可以定量分析自噬的活性。此外，荧光显微镜下的自噬小体荧光观察也是研究自噬过程的常用手段，细胞内自噬小体的形成与融合可被荧光标记的LC3蛋白直接观察。