细胞死亡子程序的分子定义：2012年细胞死亡命名委员会的建议

摘要

前言

自从20世纪60年代中期首次描述程序性细胞死亡机制以来，^1,2,三已经进行了几种基于形态学特征对细胞死亡子程序进行分类的尝试。因此，在1973年，Schweichel和Merker⁴提出了几种细胞死亡模式的分类，包括与异食相关的“I型细胞死亡”、与自噬相关的“II型细胞死亡“和与任何消化类型无关的“III型细胞死亡，分别对应于凋亡、自噬细胞死亡和坏死。^5,6

尽管已经对调控和执行细胞死亡的分子途径有了深入的了解，用于监测细胞死亡相关现象的生化分析已成为实验室常规，科学界尚未根据生物化学而非形态学标准对细胞死亡模式进行系统分类。然而，有一种趋势是将细胞死亡事件分为两个相互排斥的组。因此，分别将caspase-dependent、tolerogenic、programmed和physical cell death实例与caspase-independent、immunogenic、意外和病理对应实例进行了对比。⁷

细胞死亡命名委员会（NCCD）于2005年和2009年制定了随后的两轮建议细胞死亡与分化.^6,8其中，提出了细胞死亡形态类型定义的统一标准，并给出了细胞死亡相关术语的使用指南。如前所述，NCCD的任务是“提供一个论坛，对描述不同细胞死亡模式的名称进行批判性评估，并就其定义和使用提出建议，希望非僵化、，然而，统一的命名法将促进科学家之间的交流，并最终加快发现的步伐。⁸根据这一使命声明，继细胞死亡研究最近取得突破，使坏死仅代表意外细胞死亡模式的概念无效（见下文）之后，^9,10,11,12NCCD认为，根据可测量的生化特征对细胞死亡进行新的系统分类的时机已经成熟。

形态学的利弊与美国相比细胞死亡的生化分类

细胞死亡的最初目录⁴必然依赖于形态特征，因为目前可用于评估细胞死亡的生化测试¹³几十年后才发展起来。然而，即使在将生化分析引入实验室常规之后，形态学分类仍然主导着细胞死亡研究领域。一些经济、方法、教育和理论方面的原因可以用来解释为什么科学界坚持对细胞死亡模式进行保守的形态学分类。首先，虽然所有细胞生物学实验室都有传统的光学显微镜，但更精密的设备（例如，用于监测半胱氨酸天冬氨酸酶活性的荧光阅读器）并非如此。其次，几乎所有的细胞生物学家都熟悉在进行任何实验干预之前在显微镜下观察细胞培养，这是一种常规做法，它肯定有助于形态学分类的持久性。第三，长期以来人们认为，某种程度的形态一致性将代表相同或至少相似致命信号级联的激活。直到最近才清楚，表面上相似的细胞死亡形态类型往往隐藏了很大程度的功能、生化和免疫异质性。^5,8,14此外，应始终记住，特定形态特征的存在不足以在给定过程和细胞死亡之间建立因果关系。

评估细胞死亡的生物化学方法与形态学技术相比有许多优点，因为它们是定量的，因此不容易受到操作者的依赖性误解。然而，这些方法也有主要缺点，必须谨慎解释，尤其是在研究单个参数时。^13,15因此，应该始终记住，由于各种原因，单一的生物化学读数不能用作精确死亡模式的明确指标。首先，通常与特定生化过程相关的细胞死亡途径可以在没有该过程的情况下正常执行。因此，至少在体外caspase的激活对多种凋亡病例来说并不是严格的要求（见下文）。^16,17同样，磷脂酰丝氨酸（PS）暴露被广泛认为是凋亡细胞死亡的早期标志，¹⁸据报道，在凋亡的自噬缺陷细胞中没有发生。¹⁹第二，随着另一种细胞死亡模式的执行，可能会发生“特定”的细胞死亡相关现象。例如，活性氧（ROS）和活性氮的过度生成与一些细胞凋亡相关，^20,21,22然而，它也发生在调节性坏死期间。^23,24与此类似，PS暴露并非凋亡细胞死亡的特例，因为它也构成了产妇死亡和神经衰弱的早期特征（见下文）。^25,26第三，与细胞死亡相关的生化过程可以在亚致死或暂时水平发展，这不会导致细胞死亡。因此，尽管全面的线粒体外膜透化（MOMP）构成了内在凋亡的不归路点（见下文），²⁰有限程度的MOMP（即涉及线粒体池的一部分）和随后的胱天蛋白酶-3的（局部）激活已被证明参与了几个与细胞死亡无关的程序，如巨核细胞和粒细胞的分化。²⁷

“外源性凋亡”的定义

术语“外源性凋亡”被广泛用于表示由特定跨膜受体感知和传播的细胞外应激信号诱导的凋亡细胞死亡。^28,29,30外源性凋亡可以通过结合致命配体来启动，如FAS/CD95配体（FASL/CD95L）、肿瘤坏死因子α（TNFα)和TNF（配体）超家族成员10（TNFSF10，也称为TNF-相关凋亡诱导配体，TRAIL）与各种死亡受体（即FAS/CD95、TNFα受体1（TNFR1）和TRAIL受体（TRAILR）1-2）。²⁸或者，所谓的“依赖性受体”可以发送外源性促凋亡信号，包括netrin受体（例如，UNC5A-D，在结直肠癌中被删除，DCC），只有当其特定配体的浓度低于临界阈值水平时，它们才发挥致命作用。³⁰

FAS结扎诱导了一条导致外源性凋亡的原型信号通路。在没有FASL的情况下，FAS亚基会自发地在质膜上聚集，生成三聚体，这是由于所谓的前配体组装域（PLAD）。³¹配体结合稳定了这类三聚体，同时诱导构象变化，允许在受体的细胞溶质尾部组装动态多蛋白复合物。这是由于所有死亡受体共享的80个残基的保守序列，即所谓的“死亡域”（DD）。^32,33在FAS的DD中招募的蛋白质包括受体相互作用蛋白激酶1（RIPK1，也称为RIP1）；FAS相关蛋白与DD（FADD）；c-FLIP的多种亚型；^34,35细胞凋亡抑制蛋白（cIAP），E3泛素连接酶，由于其干扰caspase激活的能力，也抑制凋亡；³⁶和pro-caspase-8（或-10）。^{37,38,39,40,41}由此产生的超分子复合物被称为“死亡诱导信号复合物”（DISC），构成了一个调节caspase-8（或-10）激活的平台。^38,42

值得注意的是，TNFR1样蛋白也需要TNFR-associated DD（TRADD）来招募FADD和caspase-8，而FAS和TRAILR1/2则不需要，²⁹指出存在具有特定信号特性的死亡受体亚群。类似地，一些死亡受体（例如TNFR1）的DD招募了FADD组装的DISC中未发现的其他几种蛋白质，包括TNFR-associated factor 2（TRAF2）和TRAF5。⁴³在这种特定背景下，RIP1被cIAP多泛素化，⁴⁴允许转化生长因子的补充β（转化生长因子β)-活化激酶1（TAK1）、TAK1结合蛋白2（TAB2）和TAB3，它们共同可以刺激多功能转录因子NF的典型激活途径-κB。⁴⁵因此，死亡受体的激活并不总是需要传递致命信号。TNFR1尤其如此，已证明其介导的细胞结果与增殖和（不同的）细胞死亡方式不同（见下文）。无论这些变化如何，FAS和TNFR1诱导的信号通路似乎都受到受体分区的一致程度的调节。对这些方面的详细讨论在很大程度上超出了本文的范围，可以在Schutze中找到等。²⁹

在一些细胞类型中，包括淋巴细胞（被称为“I型细胞”），^46,47活性caspase-8直接催化caspase-3蛋白水解成熟，从而以线粒体非依赖性的方式触发caspase依赖性凋亡的执行者阶段。⁴⁸在其他细胞中，如肝细胞和胰腺β细胞（“II型细胞”），^46,47,49caspase-8介导BH3-相互作用域死亡激动剂（BID）的蛋白水解裂解，导致产生线粒体通透性片段（称为截断BID，tBID）。^49,50,51因此，尽管I型细胞发生外源性凋亡，而与线粒体的任何作用无关（tBID和MOMP可能发生在这些细胞中，但它们对外源性凋亡的执行是不可或缺的），但II型细胞在表现出MOMP症状的同时，因死亡受体的激活而死亡，包括线粒体跨膜电位（Δψ_米)以及通常保留在线粒体膜间隙（IMS）中的有毒蛋白质的释放。²⁰其中，细胞色素c（c）（CYTC）与细胞质适配器蛋白APAF1和dATP一起驱动凋亡小体的组装，凋亡小体是另一种半胱氨酸蛋白酶激活的多蛋白复合物（见下文）。⁵²caspase-10是caspase-8的密切同源物，其对外源性凋亡的实际作用尚不清楚。因此尽管一些报道表明胱天蛋白酶-10在DISC被募集并响应死亡受体信号而被激活，^41,53胱天蛋白酶-10似乎不能在功能上取代胱天蛋白酶-8。⁵³此外，最近有人认为，在存在caspase抑制剂的情况下，死亡受体点燃的致命信号级联可能需要caspase-10（见下文）。⁵⁴

依赖性受体与执行者半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶，特别是半胱氨酸蛋白酶-3的快速激活相关的分子途径，最近才开始出现。因此，在缺乏配体的情况下，一些依赖性受体如Patched和DCC似乎与细胞质适配器蛋白DRAL相互作用，以组装caspase-9激活平台。⁵⁵另一种依赖性受体，UNC5B，通过招募一种信号复合物（包括蛋白磷酸酶2A（PP2A）和死亡相关蛋白激酶1（DAPK1））对netrin-1的退出作出反应。⁵⁶这种多蛋白相互作用将导致PP2A介导的DAPK去磷酸化，从而释放其多面促凋亡潜能。⁵⁷

值得注意的是，还有其他几种跨膜蛋白，至少在特定情况下，可以根据配体结合传递致命信号，包括（虽然可能不限于）CD2，⁵⁸CD4，⁵⁹TNFRSF8/CD30，^60,61TNFRSF5/CD40，⁶⁰CD45，⁶²CXCR4系列⁵⁹和I/II类MHC分子。⁶³与TNFR1类似，这些蛋白质大多具有双重功能：根据细胞环境和触发刺激，它们可以激活促生或促死亡信号。然而，由这些受体触发的分子级联是复杂的，并且常常难以阐明，特别是关于它们对半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶的依赖性。

基于这些考虑，我们提出了以下外源性凋亡的操作性定义。外源性凋亡是一种caspase依赖的细胞死亡子程序，因此可以通过泛酸酶化学抑制剂（至少理论上）来抑制，例如N个-苄氧羰基-Val-Ala-Asp-氟甲基酮（Z-VAD-fmk）或类半胱氨酸蛋白酶类细胞因子反应修饰剂A（CrmA）的病毒抑制剂的过度表达。⁶⁴外源性凋亡具有三个主要致死信号级联中的一个：（i）死亡受体信号和caspase-8（或-10）→caspase-3级联的激活；（ii）死亡受体信号转导和激活caspase-8→tBID→MOMP→caspase-9→caspase 3途径；或（iii）在激活caspase-9→caspase-3级联反应（直接或MOMP依赖）后，配体缺失诱导的依赖性受体信号(表1和图1).

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图1

外源性凋亡。在FAS配体（FASL）结合后，FAS（也称为CD95，一种原型死亡受体）三聚体的细胞质尾部会招募（除其他蛋白质外）具有死亡结构域（FADD）、细胞凋亡抑制蛋白（cIAP）、c-FLIPs和前caspase-8（或-10）的FAS相关蛋白。这个超分子平台被称为“死亡诱导信号复合物”（DISC），控制半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-8（-10）的激活。在DISC中，c-FLIP和cIAP发挥着促进生存的功能。然而，当致死信号占主导地位时，caspase-8被激活，可以通过介导caspase-3（在I型细胞中）的蛋白水解成熟直接触发caspase级联反应，或者通过裂解BH3-only蛋白BID（在II型细胞内）刺激线粒体外膜通透性（MOMP）。依赖性受体（如DCC或UNC5B）也可以触发外源性凋亡，这些受体在缺乏配体（netrin-1）的情况下传递致命信号。在DCC和UNC5B的情况下，促凋亡信号分别通过组装含有caspase-9激活平台的DRAL和TUCAN（或NLRP1-）或通过UNC5B结合蛋白磷酸酶2A（PP2A）对死亡相关蛋白激酶1（DAPK1）的去磷酸化介导激活进行。DAPK1可以介导执行者半胱天冬酶的直接激活或支持MOMP。tBID，截短的BID

半胱天冬酶依赖性和非依赖性“内在凋亡”的定义

细胞凋亡死亡可由过多的细胞内应激条件触发，包括DNA损伤、氧化应激、胞浆钙²⁺超载、轻度兴奋性毒性（与神经系统中谷氨酸受体过度刺激有关）、内质网（ER）中未折叠蛋白的积累等。虽然触发内在凋亡的信号级联就启动刺激而言是高度异质的，但它们都与以线粒体为中心的控制机制有关。²⁰通常，随着促凋亡信号级联的传播，抗凋亡机制也参与进来，试图让细胞应对压力。在这种情况下，促凋亡和抗凋亡信号都集中在线粒体膜上，当前者占主导地位时，线粒体膜就会渗透。²⁰由于BCL-2蛋白家族的促凋亡成员（如BAK和BAX）的成孔活性，MOMP可以从线粒体外膜开始，也可以由一种现象（所谓的线粒体通透性转换，MPT）引起其起源于线粒体内膜，这是由于被称为渗透性过渡孔复合物（PTPC）的多蛋白复合物的开放。^65,66不考虑其形成的确切生化和物理机制，影响单个细胞内大多数线粒体的不可逆MOMP具有多重致命后果：（i）Δ的消散ψ_米线粒体ATP合成停止，Δψ_米-依赖性运输活动；（ii）有毒蛋白质从IMS释放到胞浆中，这适用于CYTC、凋亡诱导因子（AIF）、核酸内切酶G（ENDOG）、具有低pI的直接IAP结合蛋白（DIABLO，也称为第二线粒体衍生半胱氨酸天冬氨酸酶激活剂，SMAC）和高温需要蛋白A2（HTRA2）；和（iii）呼吸链的抑制（CYTC的丢失有利于抑制呼吸链），引发或加剧ROS的过度生成，从而激活前馈电路以放大凋亡信号。²⁰

因此，内在凋亡是由生物能量和代谢突变与多种主动执行机制耦合而成的。MOMP后，细胞溶质CYTC与APAF1和dATP一起参与凋亡小体的形成，从而触发caspase-9→caspase-3蛋白水解级联反应。^52,67AIF和ENDOG重新定位到细胞核，在那里它们独立于半胱天冬酶介导大规模DNA片段化。^68,69,70,71SMAC/DIABLO和HTRA2抑制IAP家族几个成员的抗凋亡功能，从而解除caspase激活。^72,73,74此外，HTRA2凭借其丝氨酸蛋白酶活性发挥非半胱氨酸蛋白酶依赖的促凋亡作用。^75,76这些机制存在相当程度的冗余，正如单个IMS蛋白的敲除或遗传抑制并不总是影响内在细胞凋亡的执行这一事实所证明的那样。⁷⁷此外，这些过程对内在细胞凋亡的相对贡献在不同的生理、病理和实验场景中有所不同。因此，虽然ENDOG对于哺乳动物模型中的固有凋亡似乎是可有可无的，⁷⁷Nuc1p是ENDOG的酵母同源物，在细胞凋亡反应中起重要作用酿酒酵母非发酵碳源的时间老化（加强线粒体呼吸）。⁷¹DRONC，caspase-9的同源基因黑腹果蝇是多种形式的发育细胞死亡和DNA损伤诱导的凋亡所必需的体内.⁷⁸相反，半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶激活似乎在有限数量的应激诱导的内在凋亡中起着重要作用在体外如事实所示，与外源性凋亡相比，化学和/或基因抑制caspase很少能产生长期的细胞保护作用，真正防止细胞死亡。在这种情况下，抑制半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶只会延迟细胞死亡的执行，最终甚至会表现出坏死的形态学特征。^16,17,79

鉴于这些观察结果，我们建议将“内在凋亡”定义为由MOMP介导的细胞死亡过程，因此总是与（i）广义和不可逆Δψ_米耗散，（ii）IMS蛋白释放到胞浆中（及其可能重新定位到其他亚细胞隔室）和（iii）呼吸链抑制。我们建议根据（药理学或遗传学）抑制caspase所赋予的细胞保护程度来区分caspase依赖性和caspase非依赖性内在凋亡(表1和图2). 这种区别特别重要体内，就像某些^78,80（但不是全部）⁸¹发育性细胞死亡、caspase抑制已被证明能提供稳定的细胞保护。体外从长远来看，caspase-independent机制，无论是主动的（例如AIF、ENDOG）还是被动的（例如ATP耗竭），都会战胜caspase抑制，甚至在caspase级联通常会快速执行的固有凋亡的情况下，也会杀死细胞。因此，在体外固有凋亡似乎需要一个caspase依赖和caspase非依赖阶段，其对细胞死亡执行的相对贡献可以通过caspase抑制剂所赋予的短期（24-48h）细胞保护程度来估计。

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图2

内在凋亡。应对多种细胞内应激条件（如DNA损伤、胞浆Ca²⁺过载），产生促生存和促死亡信号，并收敛到以线粒体为中心的控制机制。当致死信号盛行时，线粒体外膜通透性（MOMP）发生，导致线粒体跨膜电位（Δψ_米)线粒体ATP合成和Δ的耗散、阻滞ψ_米-依赖性运输活动。此外，呼吸链解偶联，导致活性氧（ROS）过度生成，通常限制在线粒体膜间空间（IMS）内的蛋白质释放到胞浆中。其中，细胞色素c（c）（CYTC）与细胞质适配器蛋白APAF1和dATP一起驱动所谓的凋亡小体的组装，这是一种触发caspase-9→caspase-3蛋白水解级联反应的多蛋白复合物。具有低pI的直接IAP结合蛋白（DIABLO，也称为第二线粒体衍生半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶激活剂，SMAC）和高温需要蛋白A2（HTRA2）通过隔离和/或降解凋亡抑制蛋白（IAP）家族的几个成员促进半胱氨酸蛋白酶激活。相反，凋亡诱导因子（AIF）和内切酶G（ENDOG）通过重新定位到细胞核并介导大规模DNA片段化，以非caspase依赖的方式发挥作用。值得注意的是，丝氨酸蛋白酶HTRA2还通过切割多种细胞底物（包括细胞骨架蛋白），促进caspase非依赖性凋亡。IM，线粒体内膜；OM，线粒体外膜；PTPC，渗透率过渡孔隙复合体

“调节性坏死”的定义

长期以来，坏死被认为是一种单纯的细胞意外死亡机制，其定义是缺乏凋亡或自噬的形态学特征。^8,82由于几个实验室的工作，^{9,10,11,12,83}现在很清楚，坏死可以以一种受调控的方式发生，坏死细胞的死亡在多种生理和病理环境中起着重要作用。²³至少在特定情况下，几种触发因素可以诱导调节性坏死，包括烷基化DNA损伤、兴奋毒素和死亡受体结扎。^{9,11,12,84,85}事实上，当caspase（尤其是caspase-8）被基因操作（如基因敲除或RNA干扰，RNAi）抑制或被药物（如化学caspase抑制剂）阻断时，RIP1及其同源物RIP3没有降解，而是参与物理和功能相互作用，最终激活坏死细胞死亡的执行。^9,11,12,23

调节性坏死可以进一步表征其对特定信号模块的依赖性，因此应该命名。例如，显示RIP1激活的调节性坏死病例（可以通过酶分析或监测S161上RIP1磷酸化来测量）^11,86RIP1抑制剂包括坏死抑素-1可以抑制^10,86,87应标记为“RIP1依赖性调节性坏死”。值得注意的是，RIP3依赖，但RIP1独立的调节性坏死实例最近被发现，^12,88这些药物对坏死抑制素不敏感。

术语“坏死性下垂”最近被用作调节性坏死的同义词，但最初引入该术语是为了表示一种特定的病例或调节性坏死，它由TNFR1结扎引起，并可被RIP1靶向化学坏死抑制素-1抑制(表1和图3).¹⁰NCCD鼓励科学家和科学出版物的作者更喜欢使用对具体术语（见下文）。然而，“坏死性坏死”可用于指示RIP1和/或RIP3依赖性调节性坏死，前提是该表达在首次出现时明确定义，并在此后持续使用。

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图3

调节性坏死。根据肿瘤坏死因子α（TNFα)结合后，TNF受体1（TNFR1，一种原型死亡受体）三聚体的细胞质尾部招募TNFR-associated death domain（TRADD）、受体相互作用蛋白激酶1（RIP1）、细胞凋亡抑制因子1（cIAP1），cIAP2，TNFR-asseociate factor 2（TRAF2）和TRAF5。在所谓的复合物I中，RIP1被cIAP多泛素化，从而为转化生长因子的招募提供了一个对接场所β（转化生长因子β)-活化激酶1（TAK1）、TAK1-结合蛋白2（TAB2）和TAB3（通过激活转录因子NF共同传递促生存信号-κB） 。在一些病理生理学和实验设置中，尤其是当caspase-8缺失或caspase被药物抑制时，柱状瘤病（CYLD）-氘化RIP1与其同源RIP3进行物理和功能相互作用，最终激活坏死细胞死亡的执行。烷基化DNA损伤（可能是多聚（ADP-核糖）聚合酶1，PARP1过度激活）也可诱导调节性坏死。在某些（但不是所有）情况下，调节性坏死需要RIP1的激酶活性，也就是说，它可以被RIP1靶向化合物坏死抑制素所阻断。FADD，具有死亡结构域的FAS相关蛋白

“自噬细胞死亡”的定义

根据形态学特征，术语“自噬细胞死亡”被广泛用于表示伴随大量细胞质空泡化的细胞死亡，这通常（尽管并不总是）表明自噬流量增加。^5,8尽管最初这种表达并不意味着任何功能性考虑，但科学家们很快采用了“自噬细胞死亡”这一术语，并用它来暗示自噬实际上会导致细胞死亡。⁸⁹这至少适用于两种截然不同的设置。首先，自噬被证明可以介导生理性细胞死亡体内，在D.黑腹果蝇.^90,91,92其次，自噬似乎是某些癌细胞死亡的原因（尤其是当它们缺乏必要的凋亡调节剂，如BAX和BAK或半胱氨酸蛋白酶时）^93,94对一组选定的化疗药物有反应在体外.^95,96尽管如此，在大多数已知的情况下，自噬是一种细胞保护反应，由濒死细胞激活以应对压力，其抑制作用加速而非阻止细胞死亡。⁹⁷

在细胞死亡的背景下，可以使用几种方法来确定自噬途径是否在基线水平以上被激活。讨论这些技术的优点和缺点超出了本文的范围，最近发表了几篇关于监测自噬流量的方法的优秀综述。^15,98,99然而，应该记住，稳态方法不能提供任何关于自噬活性的可靠估计，因为它们本质上无法区分自噬速率的增加（正速率增加）和通路的后期步骤被阻断（负速率减少）的情况。^15,99

从纯粹的形态学角度来看，术语“自噬细胞死亡”极易被误解，因此必须谨慎使用。⁸⁹相反，我们建议根据生物化学和功能考虑重新引入术语“自噬细胞死亡”，以表明由自噬介导的细胞死亡实例，即可以通过化学物质（例如靶向VPS34的药物）抑制自噬途径来抑制和/或基因手段（例如，针对AMBRA1、ATG5、ATG12或beclin 1等重要自噬调节剂的基因敲除/突变或RNAi^100,101(表1和图4). 由于一些ATG蛋白可能具有自噬无关的功能，甚至可能通过蛋白水解裂解从自噬前蛋白转化为死亡前蛋白（例如ATG5和ATG6），^102,103,104通过敲除至少两种不同的必需自噬蛋白来检查自噬细胞死亡的可能病例可能是明智的。根据我们的定义，所有表现出自噬标记的细胞死亡案例，如微管相关蛋白1轻链3的脂化（更好地称为LC3/Atg8）或自噬底物如固碳体1（SQSTM1）的降解增加，但不能被自噬抑制所阻断，不应被归类为自噬细胞死亡。

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图4

自噬细胞死亡。为了应对压力和在发育过程中，真核细胞经常激活自噬，这是一种将细胞器和部分细胞质隔离在双层膜囊泡（自噬体）中的机制，这些囊泡被输送到溶酶体进行降解。应激诱导的自噬通常发挥细胞保护功能，有助于体内平衡和生存的重建(一). 在这种情况下，药物或基因抑制自噬会加速细胞死亡。相反，这些干预措施经常抑制发育细胞死亡，表明自噬也构成了一种调节“自噬细胞死亡”的致命机制(b条)

“有丝分裂灾难”的定义

在过去的十年中，人们曾多次尝试描绘导致有丝分裂灾难的分子途径。^5,8,105,106有时，研究人员限制性地使用“有丝分裂灾难”一词来描述有丝分裂过程中发生的细胞死亡。^106,107更常见的是，有丝分裂突变是指由异常有丝分裂触发的细胞死亡，并在有丝分裂期间或随后的间期执行。^5,8最近，有人提出有丝分裂突变甚至可能不构成真诚地细胞死亡执行器机制，但这是一种先于细胞死亡或衰老并不同于细胞死亡或衰老的抑癌途径。^106,108

异常有丝分裂后，细胞经常表现出明显的核改变（例如，微核和多核），这些改变被用作检测有丝分裂突变的形态学标记。⁸然而，在这些细胞中也检测到了凋亡和坏死特征，无论是伴随着多核还是在多核之后。^109,110因此，终点技术本质上不适合评估有丝分裂灾难，因为它们无法重建导致细胞死亡的事件序列。为了避免这个问题，依赖高通量视频显微镜或延时荧光显微镜的新方法正在开发中。^{99,111,112,113}最初有几个过程与有丝分裂灾难有关，但后来证明对于有丝分裂的灾难（至少在某些情况下）来说是不必要的。这些包括但不限于DNA损伤应答蛋白酶caspase-2的激活，¹¹⁴肿瘤抑制因子TP53^109,115以及TP53家族的其他成员，包括TP73变体TAp73。^116,117

鉴于最近几个实验室的研究结果表明，有丝分裂畸变可以诱导细胞衰老，^118,119,120细胞死亡可能是凋亡或坏死，⁸我们最近提出了一个基于纯粹功能考虑的有丝分裂突变的新定义和分类。¹⁰⁸因此，有丝分裂突变不会构成一种“纯”细胞死亡刽子手途径，而是一种抑癌机制，即：（i）由有丝分裂器（即染色体和确保其忠实分离的复杂机制）的扰动启动；（ii）在细胞周期的M期启动；（iii）伴有一定程度的有丝分裂阻滞；和（iv）最终触发细胞死亡或衰老(表1和图5). 有丝分裂阻滞的持续时间是否真正影响¹²¹或者不是¹¹¹有丝分裂突变后的细胞命运。然而，TP53和哺乳动物雷帕霉素靶标（mTOR）中继信号之间的串扰可能（至少部分）决定细胞衰老。^122,123根据我们的定义，DNA损伤诱导的信号在G₂/G的M过渡₂检查点（通常由TP53家族成员介导，但并不总是如此）^124,125不构成有丝分裂灾难。此外，有丝分裂停止后，体内平衡重建和增殖恢复，不能被视为有丝分裂灾难事件，即使它们导致染色体的获得或丢失，从而导致非整倍体细胞的产生。¹⁰⁸

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图5

有丝分裂灾难。(一)在有丝分裂器（包括染色体和确保其可靠分离的分子机制）没有化学和遗传扰动的情况下，细胞会通过细胞周期的不同阶段来产生二倍体后代。相反，如果在M期检测到染色体缺陷或影响有丝分裂机制的问题，细胞会因有丝分裂突变的激活而在有丝分裂中停滞(b–d段). 这些细胞可以经历不同的命运：它们可以在没有有丝分裂的情况下死亡(b条)，到达G₁随后的细胞周期阶段（通过一种称为有丝分裂滑移的现象），然后死亡(c（c）)或退出有丝分裂而衰老(d日). 不管结果的多样性如何，有丝分裂突变可以被定义为一种肿瘤抑制机制，它先于细胞死亡和衰老，并与之不同，但在细胞死亡和老化中起作用

其他细胞死亡模式的初步定义

注意事项

根据生化参数对细胞死亡子程序进行适当分类时，应考虑几个问题。

（1）生理病理相关性：这里，我们提供了一个功能分类，可以应用于在体外和体内观察。这就是说，只有当细胞死亡子程序被证明发生时，才应该从生理病理学的角度考虑其相关性体内对胚胎/胚胎后发育或作为疾病的病因决定因素至关重要。在生理病理相关的环境中，可能有过多的基因可以影响细胞死亡，但从未在这种条件下进行过测试，因此大多数基因仍不清楚。因此，体内研究是认识细胞死亡信号通路的真正重要性并了解其调控的最终工具。

(2)药物调节剂：包括RIP1抑制剂坏死抑制素-1、泛酶抑制剂Z-VAD-fmk和VPS34抑制剂3-甲基腺嘌呤和沃特曼宁在内的化学制剂已广泛用于细胞死亡研究，并肯定有助于重要发现，例如调节性坏死。¹⁰然而，大多数这些化合物缺乏足够的特异性来精确定义细胞死亡程序。例如，Z-VAD-fmk反复被证明抑制非半胱氨酸蛋白酶，包括钙蛋白酶。^174,175,176同样，3-甲基腺嘌呤影响细胞代谢的多个方面。¹⁷⁷因此，虽然药物抑制剂测试是实验的有用起点，但它们不能作为基于基因敲除或RNAi的遗传研究的替代品。

(3)信号的特异性：大多数（如果不是所有的话）触发或介导细胞死亡子程序的蛋白质都具有多种功能，有时甚至与细胞死亡无关。²⁷因此，细胞溶质CYTC激活凋亡小体，⁵²在线粒体中，CYTC在呼吸链中起着电子穿梭器的作用，¹⁷⁸它的完全缺失与生活格格不入。¹⁷⁹RIP1有过多的下游靶点调节不同的生物输出，它不仅参与凋亡和坏死细胞死亡，²³但对促进生存的核因子也至关重要-κB信号。⁴⁵沿着类似的路线，VPS34复合物调节自噬以及包括内吞在内的其他囊泡运输途径。¹⁸⁰因此，包括（但不限于）RIP1和VPS34在内的多效性调节剂的消融或基因抑制产生的结果应谨慎解释，因为很容易低估受到明显高度特异性扰动影响的信号级联数量。

(4)不同细胞死亡子程序之间的串扰：应始终记住，在绝大多数设置中（尤其是体内)，细胞死亡子程序既不是孤立的，也不是互斥的信号级联。大多数情况下，促生存途径与致命信号的传播同时进行。此外，应激条件可能导致多种致死机制的激活，这些机制可能表现出不同程度的重叠。正是促存活和促死亡途径之间的相互作用决定了细胞最终是否会死亡以及通过哪种子程序死亡。在对细胞死亡模式进行分类时，必须考虑到这种复杂程度，因为对一种特定途径的抑制往往揭示了后备机制的存在，而不是真正阻断细胞死亡。

(5)“程序性”、“调节性”和“意外性”细胞死亡：我们建议保留形容词“程序化”，用于那些发生在胚胎/胚胎后发育和组织稳态背景下的细胞死亡的生理实例，无论其执行方式如何。”“受调控”应用于指示细胞死亡的情况，无论其是否被编程，其启动和/或执行是由专用分子机制介导的，这意味着它们可以被靶向药理学和/或基因干预所抑制。最后，应使用“意外”的表达来表示由极端恶劣的物理条件（例如，冷冻-解冻循环、高浓度的抗氧化剂）引发的细胞死亡，这些条件不能被药物和/或基因操作所抑制，并且通常表现出坏死的形态特征。

(6)通用与专用术语：在过去十年中，引入了几个新词来表示导致细胞死亡的非常特殊的信号通路，包括处死、坏死、截瘫、焦坏死等。^5,6,8尽管其中一些表达方式（如坏死、部分坏死）的使用相对一致，但其他表达方式（例如截瘫、焦坏死）具有多种含义，容易混淆。因此，根据我们的任务（即提供细胞死亡子程序的真正功能定义），我们鼓励科学家和科学出版物的作者（i）使用具有功能含义的通用术语，而不是使用特定名称，以及（ii）避免引入新词。

结束语

迄今为止，细胞死亡研究领域一直被形态学定义所主导，这些定义忽视了我们对不同细胞死亡子程序的生化特征不断增长的认识。在这里，NCCD提出了一种基于生物化学和功能考虑的致命信号通路的新分类。在这种情况下，“失去功能”和“获得功能”的基因干预（如RNAi、敲除模型和质粒驱动的过表达系统），以及重要信号节点的化学抑制剂或激活剂，是表征细胞死亡的不可替代的工具。在功能表征过程中，应高度重视确保基因和化学干预真正改变细胞死亡的发生率（通过克隆形成细胞存活率评估），而不是激活其他致死途径。考虑到这些建议和手头的适当工具，研究人员有可能用功能和生物化学标签标记细胞死亡实例。我们相信，如果应用得当，这种分类将有助于理解科学报告，刺激科学家之间的交流，并最终加快细胞死亡发现的步伐。

致谢

词汇表

笔记

作者声明没有利益冲突。

脚注

参考文献