细胞死亡是多细胞生物中一种生理或病理现象，它用来消除多余或有害细胞，对于多细胞生物的发育、正常细胞的更新以及各组织的正常结构和功能维持具有重要意义。细胞死亡可以通过多种方式发生，其中包括细胞凋亡、焦亡、铁死亡、铜死亡、自噬以及相关细胞死亡等过程。本文将简要介绍这些细胞死亡形式的基本机制，并总结它们对应的标志物。
细胞凋亡（Apoptosis）是指为维持内环境稳态，由凋亡小体和Caspases介导的细胞程序性死亡过程。目前，细胞凋亡分为三种：
（1）线粒体凋亡途径：在细胞受到外部/内部刺激后，线粒体渗透转换孔打开，导致内部的促凋亡蛋白-细胞色素C和Apaf-1释放到细胞浆中，细胞色素C通过Apaf-1的CARD结构域与Caspase-9结合形成凋亡复合物，诱导Caspase-9 活化，进而活化Caspase-3，引发凋亡过程。
（2）死亡受体途径：死亡配体（FasL）与死亡受体（Fas）结合后，通过特殊死亡结构域（DD）招募FADD，FADD由DD和DED两个结构域构成，其DD结构域可以结合到Fas，而其DED结构域可以与Caspase-8上的DED结构域互补结合，从而形成FASL/Fas/DED/Caspase 8复合物，即死亡诱导信号复合物（DISC），DISC中的Caspase-8酶原发生自身切割来获得活性，活化的Caspase-8切割Caspase-3酶原，使其活化，引发凋亡过程。
（3）内质网应激途径：在内质网应激时，Ca2+从内质网中释放入细胞质后会激活内质网附近的钙调蛋白分解酶（Calpain），它可以作用于Caspase-12使之活化并释放入细胞质，诱发细胞凋亡。同时Ca2+可以通过激活Ca2+/钙联蛋白调节的钙调神经磷酸酶（Calcineurin），使得前凋亡蛋白Bad去磷酸化，激发细胞色素C的释放，诱导凋亡。
标志物解析
（1）Bax/Bcl-2：Bax是促凋亡基因，其可被p53诱导表达，对肿瘤有抑制作用。在细胞凋亡时表达增加。Bcl-2是凋亡抑制基因，其编码的蛋白具有抑制细胞凋亡的作用，且不影响细胞增殖。Bcl-2与Bax是同源基因，两者共同构成了细胞凋亡的微调变阻器。因此以两者的比值作为凋亡的指示是有一定意义的。
（2）Caspase-3/8：Caspase系统的激活对于细胞凋亡的发生至关重要，因此Caspase家族蛋白在细胞凋亡时表达均增加。
细胞自噬（Autophage）：细胞自噬是指双层膜（自噬泡）包裹部分胞质和细胞内需要降解的细胞器、蛋白质等形成自噬体（Autophagosome），最后与溶酶体融合形成自噬溶酶体（Autophagolysosome），降解其所包裹的内容物，以实现选择性地清除自身受损、衰老或过剩的生物大分子和细胞器，释放出游离小分子供细胞回收利用的正常动态生命过程。自噬通常被认为是一种生存机制，参与调节细胞内物质合成、降解和重新利用之间的代谢平衡。
目前，自噬分为三种类型：
（1）巨自噬（Macroautophagy）：通过形成具有双层膜结构的自噬体（Autophagosome）包裹胞内物质，最终自噬体与溶酶体融合进行降解。
（2）微自噬（Microautophagy）：通过溶酶体或液泡发生膜内陷直接吞没特定的细胞器进行降解。
（3）分子伴侣介导的自噬（Chaperone-mediated autophagy, CMA）：具有KEFRQ样基序的蛋白在HSP70分子伴侣的帮助下，将蛋白质由折叠的状态恢复为未折叠的状态，然后通过LAMP-2A转运体转运到溶酶体内进行降解。
标志物解析
（1）LC3B为经典的自噬标志物，LC3B在C端被蛋白酶切割后会形成游离型的LC3B-I型（16kDa），而在自噬发生后LC3B-Ⅰ会与磷脂酰丝氨酸结合形成膜型LC3B-II型（14kDa），其为自噬体膜上的结构蛋白。因此在自噬发生时LC3B-II会增加，且LC3B-II/LC3B-I的比值也随之增加。
（2）Beclin-1为自噬体形成过程中的一个必需分子，其能够介导其他自噬蛋白定位于吞噬泡，从而调节自噬体的形成与成熟，在自噬中表达增加。
（3）p62是一种泛素结合蛋白，是反映自噬活性的标记蛋白之一。在自噬过程中，p62 与泛素化的蛋白质结合，再与定位于自噬小体内膜上的 LC3-II 蛋白形成复合物，共同在自噬溶酶体内降解。当自噬活性减弱、自噬功能缺陷时，p62 蛋白会在细胞质中不断累积。p62的含量间接反映自噬小体清除水平，在细胞发生自噬时表达降低。
细胞焦亡（Pyroptosis）：一种由GASD家族蛋白执行的炎性小体依赖的程序性死亡过程，其比细胞凋亡发生的更快。细胞焦亡通常伴随着大量促炎症因子的释放，是依靠Caspase-1形成质膜孔，导致促炎细胞因子（如IL-1β和IL-18）的释放和细胞裂解。细胞焦亡一种对抗细胞内病原体的重要先天免疫效应机制，广泛参与感染性疾病、神经系统相关疾病和动脉粥样硬化性疾病等的发生和发展。
目前，细胞焦亡的类型分为两种：
（1）经典通路：由炎性小体组装介导并伴随GSDMD裂解和IL-1β和IL-18释放。炎症小体是多分子复合体，在胞质模式识别受体（PRRs），识别病原体上的病原体相关的模式分子（PAMPs）与危险相关的模式分子（DAMPs）后被激活，从而促进下游信号通路，导致I型干扰素的产生和促炎细胞因子的释放，并与Caspase-1和ASC组装形成炎性小体导致细胞焦亡。
（2）非典型通路：在非典型的焦亡途径中，上游Caspase-4/5复合物缺失，Caspase蛋白会通过N端CARD直接结合细胞内脂多糖（LPS）而被激活。活化的Caspase-4/5/11将GSDMD切割为N-GSDMD，N-GSDMD发生寡聚化并转移到细胞膜上形成质膜孔，导致K+外排，诱导炎性小体组装，最终导致焦亡。
标志物解析
Garsdermin（GSDM）家族蛋白均对细胞焦亡的产生有重要影响，因此，该家族成员均可作为发生细胞焦亡的标志物（GarsderminA/B/C/D/E），其中以GSDMD和GSDME作为细胞焦亡标志物居多。因此在检测细胞焦亡标志物时，应该在未诱导细胞焦亡的情况下检测到全长的GSDM（55kDa左右），而在诱导细胞发生焦亡后，GSDM被水解为两部分，即PFD（35kDa左右）和RD（25kDa左右）。
细胞铁死亡（Ferroptosis）：是一种铁依赖性脂质过氧化物的积累所导致新型细胞死亡的方式。主要是由铁超载和活性氧（ROS）依赖的脂质过氧化物累积引起的。线粒体是铁利用、分解代谢和合成代谢途径的主要细胞器，细胞发生铁死亡时线粒体与正常线粒体相比膜密度更致密，体积更小，嵴减少或消失，外膜破裂等。
标志物解析
（1）GPX4：GPX4（22kDa）为细胞铁死亡的关键调控因子，GPX4可利用其催化活性，削弱脂质过氧化物毒性，维持膜脂质双分子层稳态，从而抑制铁死亡的发生。而用GPX4抑制剂RSL3处理后，RSL3与GPX4共价结合而使其GPX4失活，从而导致细胞内过氧化物堆积，引发铁死亡。
（2）FTH1：FTH1（21kDa）会破坏铁自噬体，从而抑制铁死亡。
（3）ACSL4：ACSL4（79kDa）是调节脂质组成的关键酶，可促进铁死亡。
（4）PTGS2：PTGS2（69kDa）在小鼠铁死亡细胞中表达水平明显提升，但是PTGS2的抑制剂并不能影响铁死亡，所以PTGS2只可能是铁死亡的标志物而不是推动铁死亡的功能分子。
细胞铜死亡（Cuproptosis）是一种新发现的细胞死亡现象，即铜离子稳态失衡诱导细胞发生的死亡过程。铜死亡是通过铜与三羧酸循环（Tricarboxylic acid cycle,TCA cycle）的脂化组分直接结合发生的。这导致脂酰化蛋白聚集和随后的铁硫蛋白损失，使得蛋白毒性应激并最终导致细胞死亡。
线粒体中的铁氧还原蛋白（Ferredoxin 1, FDX1）是铜死亡发生的核心分子，FDX1可以将Cu2+还原为毒性更强的Cu+，同时FDX1还可以使丙酮酸脱氢酶复合体中的DLAT和DLST及硫辛酰化相关酶LIAS发生脂酰化，从而赋予其酶活性。在细胞内铜离子发生积累时，FDX1可以将Cu2+还原为Cu+，并催化DLAT、DLST和LIST发生脂酰化，而Cu+进一步结合到DLAT的脂酰化部位，使DLAT发生寡聚化，从而获得铜毒性。此外，Cu+稳态失衡会导致细胞内铁硫蛋白丢失，HSP70表达水平增加，引发蛋白质毒性应激。以上两条途径共同造成了细胞铜死亡的发生。
标志物解析
（1）FDX1为一种铁氧还原蛋白，是铜死亡发生的核心分子，一方面FDX1可以将Cu2+还原为毒性更强的Cu+来诱发铜死亡；另一方面可以催化丙酮酸脱氢酶核心结构蛋白发生脂酰化，通过影响三羧酸循环的发生来影响细胞发生铜死亡。
（2）LIAS为硫辛酸合成酶，可作为FDX1的脂酰化底物参铜死亡的发生。
（3）HSP70为热休克蛋白，在铜死亡中引发蛋白质毒性应激反应。
