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生物知识

细胞都是怎么死的?各种死法及其对应的流式检测汇总

作者:admin 来源:niwanmao 流式中文网 发布时间: 2019-03-21 22:45  浏?#26469;?#25968;:
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2005年《Apoptosis, pyroptosis, and necrosis: mechanistic description of dead and dying eukaryotic cells》[1]这篇综述将所有的细胞死亡形式都概括了一下,很直观,那么我们同时结合这幅图,将各种死亡形式的流式检测手段都大致理一下,供各位做科研的朋友参考。 

  

 

 

细胞凋亡(apoptosis)

 

 

 

这种死亡是细胞的一种生理性、主动性的“自觉自杀?#24418;?rdquo;。生物体内细胞在特定的内源和外源信号诱导下,其死亡途径被激活,并在有关基因的调控下发生的程序性死亡过程。意指细胞的死亡犹如秋天的树叶或花瓣的凋落的死亡方式, 1973 年 Kerr 和 Wyllin 最先提出这一概念。细胞凋亡的过程大致可分为以下几个阶段:接受凋亡信号→凋亡调控分子间的相互作用→蛋白水解酶的活化(Caspase)→进入连续反应过程;?#31181;?#25110;脚趾的发育及青蛙尾巴的退化都是细胞凋亡的结果。

 

 

 

细胞凋亡的流式检测

细胞凋亡的流式检测方法最完善了,我们论坛上就总结了10种从早期凋亡~晚期凋亡的方法,包括但不限于:

  • 罗丹明123、DiOC6(3)、JC-1染色

  • 用ZENON技术检测活化CASPASES

  • 用FLICAs检测凋亡细胞

  • 检测PARP切割

  • ANNEXIN V法

  • 用PI检测亚G1峰

  • 用DAPI检测亚G1峰

  • TUNEL法检测DNA断裂

  • 检测组织谷氨酰胺转移酶

  • 荧光素标记的尸胺检测TGase2活化

更详细的方法学和需自配、购买的试剂可在论坛上搜索“流式细胞术检测凋亡方法”

  

细胞自噬(Autophagy)

  一些损坏的蛋白或细胞器被双层膜结构的自噬小泡包裹后,送入溶酶体(动物)或?#21495;藎?#37237;母和植物 )中进行降解并得以循环利用。1966年Duve和Wattiaux在发现溶酶体的同时发现了细胞的自吞?#19978;?#35937;,1977年Mortimore和Schworer发?#25351;?#32454;胞在处于饥饿状态时,自吞噬对其维持自身的稳态发挥着至关重要的作用;

自噬的流式检测

自噬的流式细胞术检测方法虽然不多,但相对来说也算成熟。

1、吖啶橙

2、LC3-II

3、LysoTracker

(以?#20808;?#31181;方法详见http://www.flowcyto.cn/bbs/thread-4409-1-1.html)

4、可结合膜渗透性的改变、细胞膜表面PS的反转、线粒体膜电位降低这三个指标区分凋亡和自噬。(http://www.flowcyto.cn/bbs/thread-5118-1-1.html)

 

 

 

 

 

细胞胀亡(Oncosis)

 

 

 细胞肿胀,体积增大,胞浆空泡化,肿胀波及细胞核、内质网、线粒体等胞内结构,胞膜起泡,细胞膜完整性破坏。胀亡细胞周围有明显炎症反应。1910年, von Reckling-hausen在骨软化病中发现由于缺血而肿胀坏死的骨细胞,他把这种肿胀坏死叫做Oncosis。1995年Majno和Joris为与凋亡相区别,重新引入了Oncosis的概念,把具有明显肿胀特点的细胞死亡命名为Oncosis;

 

胀亡的流式检测

胀亡可能很多FLOWER都不太检测,其实流式可以测,利用Annexin V FITC和DAPI排除掉凋亡细胞和坏死细胞,然后用DiIC1(5) 和 (DiBAC4(5))检测线粒体膜电位和浆膜电位,实时观察细胞在25?#31181;?#20869;发生的变化(如下图),很清楚地看出叠氮钠、Triton等引起的胀亡与凋亡、热休?#35828;?#19981;同之处,就是线粒体膜电位快速下降而浆膜电位轻微增高。简单吧!

参考文献:http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/cyto.a.21022/full

  

 

 

 

 

细胞?#38599;觶≒yroptosis )

 

 

  一种微生物感染等引起的程序性细胞死亡方式,其特征为?#35272;?#20110;半胱天冬酶-1、4、5、11,并伴有大?#30475;?#28814;症因子的释放.细胞?#38599;?#30340;形态学特征、发生及调控机制?#26579;?#19981;同于凋亡、坏死等其他细胞死亡方式。细胞?#38599;?#24191;泛参与感染性疾病、神经系统相关疾病和动脉粥样?#19981;?#24615;疾病等的发生发展。

 

细胞?#38599;?#30340;流式检测

细胞?#38599;?#25105;大致看了这些查阅到的文献,发现几乎不大用流式检测,有些文献(例如https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3058225/)用流式检测,但是用PI标记细胞并结合GFP标记的细菌,检测吞噬了这种细菌的粒细胞中PI+的细胞,就认为是?#38599;觶?#20284;乎从机制上算,然而如果从分子水平看是否一定需要推敲。

我个?#21496;?#24471;需要?#38599;?#29305;异性的标记物,例如Gasdermin D,这个?#38599;?#30340;终产物目前有不少多抗,但几乎都是免疫荧光或Western上的,流式上做相关研究的同学可以试试这种一抗+荧光二抗,毕竟流式通量高,还可以结合其它荧光标记确定细胞性质。

当然,也可以检测caspase家族,看看是否涉及到了1、4、5、11这几个,也可以反映?#38599;觥?/p>

   

 

除了以上4种与感染相关性比较大的细胞死亡方式以外,我们的机体还有其它10多种细胞死亡方式,维持着正常生理功能或参与病理过程,它们?#30452;?#26159;:

1
失巢凋亡(anoikis: suspension-induced apoptosis):正常的贴壁细胞如果长时间处于悬浮状态就会因“无家可归”而死亡。这是一种形式的细胞程序死亡,由与细胞外基质和其他细胞脱离接触而诱发的;这种细胞死亡形式在1994年被首次命名为失巢凋亡。失巢凋亡对维持机体组织稳定状态是不可缺少的,它的主要作用是防止细胞异常生长或细胞黏?#38477;?#24322;常的细胞外基质上。抵抗失巢凋亡是肿瘤转移的一个特点,能使肿瘤细胞通过循环系统扩散到远处的其他器官.肿瘤细胞在脱离细胞外基质的黏附和细胞间的接触后,通过旁自分泌以及旁分泌机制抵抗凋亡得?#28304;?#27963;,并重新获?#37238;阶?#33021;力得以扩散、转移和侵袭。

 

2
吞噬死亡(phagocytosis):在哺乳动物体内中性颗粒白细胞和巨噬细胞担?#20301;?#20307;中的保护防御任务。免疫细胞既可以吞噬感染的病?#23613;?#32454;菌或其它一些颗粒,也可以对衰老的、进入编程死亡的细胞的吞噬。如占成人细胞总数1/4的红细胞仅能成活120天, 因此人体每天必须清除大?#20811;?#32769;的红细胞,这主要是靠吞噬作用即溶酶体酶的消化作用来完成。

 

3
免疫杀伤( immune killing):T细胞、B细胞和NK细胞等淋巴细胞可介导机体的细胞免疫、体液免疫和对肿瘤细胞和病毒感染细胞的杀伤作用等免疫学功能。

 

4
细胞坏死(Necrosis:accidental cell death/cell lysis)是活体内?#27573;?#19981;等的?#26893;?#32454;胞死亡,死亡细胞的质膜(细胞膜、细胞器膜等)崩解、组织自溶(坏死细胞被自身的溶酶体消化),并引发急性炎症反应。细胞受?#20132;?#23398;因素(如?#20811;帷⑶考睢?#26377;毒物质)、物理因素(如热、辐射)和生物因素(如病原体)等环境因素的伤害,引起细胞死亡的现象;

 5

   

 

有丝分裂灾难(Mitotic catastrophe)在DNA发生损害时,细胞无法进行完全的分裂从而导致四倍体或多倍体的现象。1989年,Lisa Molz等发现在酵母的一种对热敏感的突变株中,细胞分裂时染色体分离发生异常

 

6
entosis,即有些细胞会进入到其它细胞中,然后死亡。科学?#39029;疲?#36825;种新形式有可能成为一种?#31181;?#32959;瘤的新方法。相关论文2007年11月30日发表于《细胞》(Cell)上;

 

7
兴奋性中毒(Excitotoxicity)谷氨酸酯及其类似物质等神经递质的过度刺激,使神经细胞受损及死亡的病理过程;

 

8
坏死性凋亡(necroptosis):是一种“受控”的死亡类型,不?#35272;?#20110;半胱氨酸家族蛋白酶活化的路径,在这些类型的细胞死亡中,细胞会破裂,细胞内容物被释放。它在向细胞下达死亡指令的同时,刺激了一种炎症反应让免疫系统知道出现了一些问题。然而,当这一细胞死亡信号通路开始出现失控时,它可以导致炎症性疾病。坏死性凋亡?#39592;?#28041;到神经退行性疾病、失血引起的脑损伤,克隆氏病、多发性?#19981;?#30151;、急性心衰,以及某些病毒感?#23613;?/span>

  9

   

 

副凋亡(Paraptosis ):一种非凋亡性细胞程序死亡,细胞浆空泡化,线粒体和内质网肿胀,但没有核固缩现象。2000年Sperandio等在293T细胞系中超表达胰岛素样生长因子1受体(IGFIR)时发现一种与经典凋亡不同的死亡表型,并定义为Paraptosis 。

 

10
aborted apoptosis:又名Necrosis-like programmed cell death,正常的程序性死亡启动后,半胱氨酸家族蛋白酶活化的路径被封堵,从而终止程序性死亡转向坏死,最后的细胞选择选择?#35831;?#35299;酶?#35272;?#20939;亡路径终止生命;

   11

 

 

细胞僵尸(Senescense,"cell zombie"),生物学老化引起的现象,一般指体外?#23545;?0?#25105;?#21518;由于DNA双?#35789;?#25439;、细胞中毒等引起细胞失去分裂能力;

 

12
细胞?#20405;?#21270;(Cornification)表皮细胞会依基底细胞→棘层细胞→颗粒层细胞→?#20405;?#23618;细胞的顺序形态集资转变,并向表层逐渐移动,最后变成?#20405;?#32454;胞。这种表皮细胞的分化过程叫做“?#20405;?#21270;”;
13
沃勒变性(Wallerian degeneration)切断神经纤维后,在与神经细胞失去联系的一侧(末?#20063;啵?#31070;经纤维,在几天内所发生的变性。是英国生理学家沃勒(A.V.Waller 1816—1870)所研究的现象,但细胞侧的纤维部分则没有多大变化,称此为沃勒(变性)定律;

 

         多数情况下因为一些细胞死了我们才能更健?#25285;?#32780;意外或衰?#26174;?#25104;的细胞死亡会?#20174;?#21709;机体功能正常运行,研究细胞坏死的信号、机理和调控以及它们对人体功能和疾病的影响,研究细胞坏死的方式有助于找到造成死亡的原因和解决办法。

 References

[1] 《Apoptosis, pyroptosis, and necrosis: mechanistic description of dead and dying eukaryotic cells》: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/15784530

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