细胞代谢研究

细胞死亡检测全攻略：凋亡、焦亡、泛凋亡、铁死亡区别与实验方法

Source: Elabscience^®Published: 2025-06-26

细胞死亡的路子比川剧变脸还多，怎么才能精准识别这些“伪装的死亡现场”，来套系统化的“验尸报告”呢？小E这就从形态学特征、细胞内代谢特征及免疫特征这几个“破案关键点”入手，给细胞凋亡、焦亡、泛凋亡和铁死亡来“身份大揭秘”，顺便安排上全套的“破案工具箱”（实验攻略），让科研er们查案的时候能少走弯路。

一、细胞凋亡、焦亡、泛凋亡、铁死亡对比

分类	形态学特征	生化代谢特征	调节路径	炎症反应
凋亡	细胞和核体积减少，染色质凝集，核碎裂，凋亡小体形成，细胞骨架解体	细胞色素C释放Caspase；细胞内钙离子升高；线粒体膜电位降低	内源性通路: Cyto C-AIF-Cas9-Cas3；	不引起周围组织炎症反应
			外源性通路：Cas8-Cas3；
			CD8+T（穿孔素、颗粒酶）途径。
焦亡	细胞膨大变形，细胞器变形，焦亡小体形成，细胞吹气球样出泡，细胞膜孔隙破裂	GSDMD切割并激活，释放促炎细胞因子的释放	依赖Caspase1的经典通路；	会引发炎症
			依赖4/5/11的非经典通路。
泛凋亡	染色质固缩、DNA 片段化、细胞膜起泡破裂、细胞皱缩、凋亡小体的形成（具有凋亡、焦亡和坏死性凋亡的综合特征）	通过激活泛凋亡小体复合物驱动泛凋亡	ZBP1-PANoptosome；AIM2-PANoptosome；RIPK1-PANoptosome；NLRP12-PANoptosome	会引发炎症
铁死亡	线粒体体积缩小，双层膜密度增加，线粒体嵴减少或消失，线粒体外膜破裂	亚铁和脂质过氧化积累，Cystine摄入降低	铁代谢途径；	会引发炎症
			GPX4调节途径；
			脂质代谢途径。

二、细胞凋亡检测实验攻略

细胞凋亡是一种“自愿献身”的程序性细胞死亡。如果把细胞比作办公楼，凋亡就是清洁工有序拆除废弃房间的过程。细胞经过缩水变形和打包行李（凋亡小体），最后安静离场（膜完整不引发炎症）。其中的信号通路就像拆除指令，通过外源性通路（Cas8-Cas3）或内源性通路（Cyto C-AIF-Cas9-Cas3）或CD8+T（穿孔素、颗粒酶）途径，最终由Caspase-3执行拆除令。检测凋亡细胞这类“退休细胞”，推荐从形态学、细胞膜表面指标、细胞内酶活/线粒体和细胞内蛋白表达丰度变化、DNA片段化等方面开展。检测方法如下表所示：

检测内容	检测方法	适用样本类型
形态学检测	光学显微镜和电子显微镜（HE染色、线粒体探针染色、台盼蓝染色等）：观察凋亡小体和线粒体变化	活细胞样本；低温冻存电镜样本
细胞膜表面指标检测	Annexin V检测细胞膜PS外翻：凋亡细胞的细胞膜上的PS外翻	活细胞样本
细胞质内酶活变化检测	Caspase酶活检测：Caspase3/7、6、8、9、10等活性酶吸光法检测或荧光法检测	活细胞样本或者低温冻存样本
细胞质内线粒体变化检测	JC-1检测：检测线粒体膜电位变化，凋亡细胞膜电位降低	活细胞样本
细胞内代谢途径检测	谷氨酰胺代谢检测（Caspase8的途径）：解析谷氨酰胺代谢机制	活细胞样本或者低温冻存样本
细胞质内信号通路蛋白表达变化检测	WB/IHC检测:PARP/Caspase3/9剪切体和前体、BAX、Bcl2、Fas/FasL、TNF/TNFR等信号通路蛋白。	低温冻存样本或或细胞样本
细胞核内DNA变化检测	TUNEL检测:凋亡晚期，DNA片段化，TUNEL流式检测断裂的DNA，检测方法有流式荧光法（可以和抗体等指标进行共染分群分析）和原位检测法（可以和抗体共染进行共定位分析）	固定的细胞悬液样本或组织切片或细胞爬片
细胞核内DNA变化检测	核酸电泳法：DNA断裂片段检测	固定的细胞悬液样本或组织切片或细胞爬片

注：TUNEL和Caspase酶活检测为细胞凋亡检测的金标准，也是组织样本凋亡检测最常用的检测方法，可以根据具体的实验情况进行选择。

三、细胞焦亡检测实验攻略

细胞焦亡是由炎性小体激活引起的，又称炎症程序性细胞死亡，形态学表现为细胞肿胀、膜穿孔（GSDMD蛋白打孔）、释放炎症因子（IL-1β/IL-18）引发强烈的炎症反应。细胞焦亡与细胞凋亡有很大不同，检测和实验方法上也有区别。主要从以下方面来进行检测：

检测内容	检测方法	适用样本类型
形态学检测	光学显微镜和电子显微镜：观察细胞状态，焦亡特有的吹气球样气泡突出	活细胞样本；低温冻存电镜样本
细胞质内酶活变化检测	Caspase酶活检测：Caspase 1、4、5、11 等活性酶吸光法检测或荧光法检测	活细胞或低温冻存细胞或组织
细胞质内信号通路蛋白表达变化检测	WB/IHC检测：Caspase 1、4、5、11前体和剪切体、GSDMD、GSDME、AIM2/Pyrin/NLRP3等信号通路蛋白表达；	活细胞或低温冻存细胞或组织
细胞质内信号通路蛋白表达变化检测	ELISA检测炎症因子：IL-1β、IL-18等	细胞上清或低温冻存的组织及细胞。
细胞代谢物检测	CCK8/MTT及LDH检测：检测细胞活力和乳酸脱氢酶的释放，解析细胞内代谢途径	活细胞或低温冻存细胞或组织
细胞内mRNA变化	RT-qPCR检测mRNA表达：常测指标包括Gsdmb、Gsdmc、Gsdmd、Gsdme、Caspase1/4/5/11等	活细胞或低温冻存细胞或组织

四、铁死亡检测实验攻略

细胞铁死亡类似于一种重金属超标引发的罢工，这类死亡像生锈的机器，核心是铁离子堆积+脂质过氧化，导致细胞内抗氧化系统崩溃：GPX4酶罢工（无法清除脂质过氧化物），FSP1蛋白救援失败（辅酶Q10再生受阻），线粒体萎缩（嵴消失）和细胞膜破裂（像被铁钉扎破的气球）以及释放前炎症介质。铁死亡的检测通常从细胞形态检测、相关基因检测、相关蛋白检测、代谢检测这4个方面开展，包含了各个调控途径的关键基因及铁死亡的特征指标：

检测内容	检测方法	适用样本类型
形态学检测	透射电子显微镜：观察线粒体的变化；	低温冻存电镜样本或活细胞样本
形态学检测	荧光显微镜或流式：线粒体探针染色和JC-1探针检测，观察分析线粒体状态和膜电位变化	低温冻存电镜样本或活细胞样本
相关基因检测	RT-PCR检测铁死亡相关基因变化：GSH稳态调节基因、CHAC1的上调，NFE2L2基因的激活等	活细胞或低温冻存细胞或组织
相关蛋白检测	WB/IHC检测：铁死亡相关蛋白检测，其中CHAC1、COX2、ACSL4、PTGS2、NOX1在铁死亡细胞中表达上调，GPX4，FTH1在铁死亡细胞中表达下调	活细胞或低温冻存细胞或组织；
相关蛋白检测		细胞上清或低温冻存的组织及细胞。
细胞代谢物检测	细胞活性检测：MTT/CCK8检测细胞活力；	活细胞或低温冻存细胞或组织
	铁/亚铁离子的细胞内变化检测：亚铁离子探针检测细胞内铁积累；
	ROS检测：ROS探针DECFH-DA检测细胞内活性氧的水平；
	脂质过氧化物检测：生化法或者荧光探针法检测LPO和MDA，定量分析细胞内过氧化物的积聚；
	谷胱甘肽代谢检测：比色法或者HPLC技术检测GSH、总谷胱甘肽（T-GSH）、谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-PX）、谷胱甘肽还原酶（GR）、谷氨酸（GLU）和半胱氨酸（Cys）的浓度和变化。

五、泛凋亡检测实验攻略

细胞泛凋亡是2019年新发现的死亡联盟，同时激活焦亡、凋亡、坏死三条通路，形态学上既有凋亡小体（打包行李），又有细胞焦亡的孔洞（自爆前兆），还伴随着坏死性肿胀。当遇到各种微生物感染和细胞稳态改变等诱因时，包括ZBP1、AIM2、RIPK1和NLRP12在内的传感器会相互作用并招募其他几种分子形成PANoptosome（泛凋亡小体）。作为细胞死亡联盟模式的泛凋亡，其检测需要结合凋亡、焦亡、坏死性凋亡的检测方法，主要包含以下内容：

检测内容	检测方法	适用样本类型
形态学检测	光学显微镜和电子显微镜（HE染色、线粒体探针染色、细胞核染色液、台盼蓝染色等）：观察凋亡小体和线粒体和细胞核型变化。	活细胞样本；低温冻存电镜样本
细胞膜表面指标检测	Annexin V检测细胞膜PS外翻，凋亡细胞的细胞膜上的PS外翻。	活细胞样本
细胞质内酶活变化检测	Caspase酶活检测：Caspase1、3/7、6、8、9 等活性酶吸光法检测或荧光法检测	活细胞样本或者低温冻存样本
细胞质内线粒体变化检测	JC-1检测：检测线粒体膜电位变化；	活细胞样本
细胞内代谢途径检测	谷氨酰胺代谢检测（Caspase8的途径）：解析谷氨酰胺代谢机制；	活细胞样本或者低温冻存样本
	ROS检测、LDH检测：检测细胞内代谢产物变化；
	细胞活力检测：MTT/CCK-8法、EdU染色检测细胞活力和增殖状态。
细胞质内信号通路蛋白表达变化检测	WB/IHC检测不同泛凋亡小体相关蛋白：	低温冻存样本或或细胞样本
	ZBP1-PANoptosome：主要包含ZBP1、NLRP3、ASC、Caspase-1、Caspase-6、Caspase-8、RIPK1和RIPK3；
	AIM2-PANoptosome：主要包含AIM2、Pyrin、ZBP1、ASC、Caspase-1、Caspase-8、FADD、RIPK1和RIPK3；
	RIPK1-PANoptosome：主要包含RIPK1、RIPK3、NLRP3、ASC、Caspase-1和Caspase-8；
	NLRP12-PANoptosome：主要包含NLRP12、ASC、Caspase-8和RIPK3。
	ELISA检测炎症因子的释放：TNF-α、IL-1β、IL-18等。
细胞核内DNA变化检测	TUNEL检测：凋亡晚期，DNA片段化，TUNEL流式检测断裂的DNA。检测方法有流式荧光法（可以和抗体等指标进行共染分群分析）和原位检测法（可以和抗体共染进行共定位分析）	固定的细胞悬液样本或组织切片或细胞爬片
细胞核内DNA变化检测	核酸电泳法：DNA断裂片段检测。	固定的细胞悬液样本或组织切片或细胞爬片

六、Elabscience®相关产品

产品名称	货号	应用
DAPI染色液（25 μg/mL） DAPI Reagent (25 μg/mL)	E-CK-A163	细胞核型检测
膜联蛋白V-APC/7-AAD细胞凋亡检测试剂盒 Annexin V-APC/7-AAD Apoptosis Kit	E-CK-A218	细胞凋亡检测
一步法TUNEL原位细胞凋亡检测试剂盒（绿色荧光，Elab Fluor® 488标记） One-step TUNEL In Situ Apoptosis Kit (Green, Elab Fluor® 488)	E-CK-A321	细胞凋亡检测
一步法TUNEL流式细胞凋亡检测试剂盒（绿色荧光，FITC标记） One-step TUNEL Flow Cytometry Apoptosis Kit (Green, FITC)	E-CK-A420	细胞凋亡检测
Caspase 3/7活性检测试剂盒（比色法） Caspase 3/7 Activity Assay Kit(Colorimetric Method)	E-CK-A383	细胞凋亡检测
流式细胞术Caspase 3/7活性检测底物 Caspase 3/7 Activity Detection Substrate for Flow Cytometry	E-CK-A483	细胞凋亡检测
Caspase 1活性检测试剂盒（比色法） Caspase 1 Activity Assay Kit(Colorimetric Method)	E-CK-A381	细胞焦亡检测
流式细胞术Caspase 1活性检测底物 Caspase 1 Activity Detection Substrate for Flow Cytometry	E-CK-A481	细胞焦亡检测
线粒体膜电位检测试剂盒（JC-1法） Mitochondrial Membrane Potential Assay Kit (with JC-1)	E-CK-A301	线粒体膜电位检测
MitoBright绿色荧光探针检测试剂盒 MitoBright Green Probe Assay Kit	E-CK-A401	线粒体形态检测
还原型谷胱甘肽（GSH）比色法检测试剂盒 Reduced Glutathione (GSH) Colorimetric Assay Kit	E-BC-K030-M	细胞代谢检测
乳酸脱氢酶（LDH）活性检测试剂盒 Lactate Dehydrogenase (LDH) Activity Assay Kit	E-BC-K046-M	细胞代谢检测
活性氧（ROS）荧光检测试剂盒（绿色荧光） Reactive Oxygen Species (ROS) Fluorometric Assay Kit (Green)	E-BC-K138-F	细胞代谢检测
谷胱甘肽过氧化物酶4（GPX4）活性检测试剂盒 Glutathione Peroxidase 4 (GPX4) Activity Assay Kit	E-BC-K883-M	铁死亡检测
脂质过氧化物（LPO）荧光检测试剂盒 Lipid Peroxide (LPO) Fluorometric Assay Kit	E-BC-F003	铁死亡检测
细胞内二价铁（Fe²⁺）荧光检测试剂盒 Cell Ferrous Iron (Fe2+) Fluorometric Assay Kit	E-BC-F101	铁死亡检测

细胞凋亡、细胞焦亡、泛凋亡、铁死亡检测等程序性细胞死亡的模型和制备方案多种多样，我们将在接下来的【细胞功能检测宝典】系列推文中陆续推出以下内容：细胞毒性T细胞介导的细胞凋亡解决方案、巨噬细胞的焦亡模型制备及解决方案以及铁死亡细胞模型的制备及解决方案。请持续关注Elabscience®，如有细胞死亡相关问题欢迎评论区交流探讨！

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