2001年，Cookson 等首次使用“pyroptosis”来形容在巨噬细胞中发现caspase-1依赖的细胞死亡方式。细胞焦亡（pyroptosis）是一个新的术语，用来描述另一种类型的细胞程序性死亡。尽管细胞焦亡类似于细胞凋亡，也是细胞的一种自杀行为，但是前者与后者有很大的区别。细胞焦亡是一种病理性的自杀，但细胞凋亡不是病理性自杀，而是一种细胞的生理性自杀。所以，发生细胞焦亡的一般是那些被病毒或细菌感染的细胞，如被艾滋病病毒感染的免疫细胞。但发生细胞凋亡的是那些并未被细菌和病毒感染的正常细胞。

焦亡细胞在形态上同时具有凋亡和坏死的特征。与凋亡的形态学相似，交往细胞表现为细胞核浓缩，染色质DNA断裂以及TUNEL染色阳性。早期在弗氏志贺杆菌和沙门杆菌感染所导致的细胞死亡研究中，由于其细胞表现TUNEL染色阳性，因此研究者认为弗氏志贺杆菌和沙门杆菌感染的细胞死亡为凋亡。但与凋亡不同，细胞焦亡细胞膜完整性丧失后胞内容物释放，诱发炎症反应。研究表明细胞发生焦亡时细胞膜有1～2nm的小孔形成，正是这些小孔使细胞内的离子平衡丧失，水分内流，细胞肿胀继而膜破裂，细胞发生渗透性溶解。

caspase家族是一组同源性很高、结构相似的蛋白酶。根据caspase的结构和功能的不同可分为两大类，第一类为凋亡相关 caspase，包括 caspase-2、caspase-8、caspase-9、caspase-10、caspase-3、caspase-6和caspase-7，其中caspase-3被认为是细胞凋亡的执行者，可在其他caspase的调控下激活，裂解细胞内主要的蛋白质并诱发DNA降解，导致细胞死亡。研究表明凋亡相关caspase以及凋亡相关caspase的底物，包括ADP、caspase依赖的脱氧核糖核酸酶抑制物（inhibitor of caspase-activated deoxyrmonucle-ase，ICAD）不参与细胞焦亡。第二类为炎症相关caspase，包 括caspase-1、caspase-4、caspase-5、caspase-11、caspase-12、caspas-13 和 caspase-14。主要参与细胞因子介导炎症反应。caspase-1不参与凋亡途径。

细胞焦亡的生物学特征是依赖于caspase-1的细胞死亡方式，故caspase-1对细胞焦亡的形成起决定性作用。caspase-1又称IL-1β转化酶（IL-1βcoverating enzyme，ICE），初合成的 caspase-1 不具有活性，相对分子质量为 45 000，包含3个结构域，NH：末端CARD结构域、20 000的大亚基和10 000的小亚基，随后caspase-1前体在细胞质内自动加工形成异源二聚体，并进而形成具有活性的四聚体caspase-1。caspase-1的重要功能之一是将无活性的IL-1β前体和将IL-18前体裂解为具有活性的IL-1β和IL-18。IL-1β和 IL-18能募集、激活其他免疫细胞，诱导其他炎症细胞因子（如 IL-6）、趋化因子、黏附分子等的合成，放大局部和全身炎症反应。caspase-1的另一重要功能是介导细胞焦亡。细胞膜完整性的丧失，胞内容物的释放，诱发炎症反应是细胞焦亡不同于凋亡的一大特征，研究发现，细胞焦亡上述形态学特征是由 caspase-1介导的。沙门杆菌感染或炭疽杆菌内毒素作用会使细胞膜出现直径1.1～2.4nm的小孔，而用caspase-1特异性阻断剂能抑制此种小孔形成。小孔使细胞内的离子平衡丧失，水分内流，细胞肿胀继而膜破裂，细胞发生渗透性溶解，细胞内 IL-1β和IL-18等活性物质释放，募集、激活免疫细胞，诱导促炎因子产生，炎症发生。染色体DNA降解是凋亡的重要标志。研究表明，细胞焦亡同样也存在染色体DNA降解，细胞焦亡的DNA降解是由caspase-1激活的一种未知的核苷酸内切酶所介导的，其所降解产物也不同于凋亡DNA降解产物引。上述细胞焦亡中细胞膜溶解以及染色质DNA降解都依赖于caspase-1的激活。骨架蛋白的降解也参与了细胞焦亡的形成，但降解的确切机制以及在细胞焦亡形成中的作用尚不清楚，推测与caspase-1对底物的处理和加工有关。研究提示，对caspase-1功能和底物的研究可能有助于我们更深入地了解细胞焦亡的机制。

caspase-1的活化受到胞内多蛋白复合物炎性小体（infammasome）的调控。复合物炎性小体是由含NACHT、LRR和PYD结构域的蛋白（NACHT，LRR and PYD containing proteins，NEPR）、凋亡相关点样蛋白（apoptosis-associated speck-like protein containing a CARD，ASC）和 caspase-1构成的多蛋白复合物。根据NALPs的不同，可将炎性体分为4种：Nalp-1、Nalp-3、Nalp-5 以及 Ipaf。NALPs 是胞质内的病原体相关模式识别受体，在刺激信号作用下，NLRs暴露出效应结构域，通过 CARD-CARD或PYD-PYD同型相互作用，NLRs间接通过ASC或直接募集、激活 caspase-1。研究发现，细胞穿孔素、细胞外 ATP、尿酸盐结晶、病毒相关 DNA、RNA、紫外线、硅等刺激信号可作用于Nalp-3激活caspase-1；细胞外的病原体，例如假单胞菌、细胞内的病原体（沙门杆菌、李斯特杆菌、志贺杆菌、军团杆菌）可作用于 Ipaf激活 caspase-1；炭疽致死毒素可通过Nalp-1激活caspase-1，而在军团杆菌感染所导致的caspase-1还需要Nalp-5的参与。炎性小体在沙门杆菌、炭疽致死毒素感染的细胞中可观察到，显微镜还可观察到激活的caspase-1分布于单个独立的蛋白复合体内。

ASC是连接NLRs和 caspase-1的衔接分子。有研究指出ASC在体外不依赖于NLRs的情况下可自我聚集形成 ASC二聚体，激活 caspase-1，导致细胞发生焦亡，因此提出“焦亡小体（pyroptosome）”的概念，其本质是ASC二聚体。上述研究尚未在体内得到证实，但由此可见caspase-1激活的调控远比人们想象的复杂，对其调控机制的研究迫在眉睫。

细胞焦亡是近年来发现的一种新的细胞死亡方式，其生物学特征是细胞死亡依赖于caspase-1的激活，因此细胞焦亡与临床各种疾病的关系建立在caspase-1与临床各种疾病的研究之上。研究表明，caspase-1广泛参与了感染性疾病、神经系统疾病和动脉粥样硬化性疾病等的发生发展，并在其中发挥了重要作用。

细胞焦亡与各种感染性疾病关系密切。弗氏志贺杆菌、李斯特杆菌、铜绿假单胞菌、弗朗西斯菌属、嗜肺性军团杆菌以及耶尔森杆菌均证实可诱导细胞发生细胞焦亡。细胞焦亡在感染过程中诱导损伤细胞的死亡，这有利于宿主有效地清除致病微生物，限制细菌的生长，在病原体感染时有效地保护机体。但细胞焦亡对机体也有有害的一面，细胞焦亡在导致细胞死亡的同时激发炎症反应，诱导IL-18，IL-18的释放、细胞质的外泄、募集，激活其他免疫细胞向感染部位聚集，诱导其他炎症细胞浸润，促炎细胞因子释放，是发热、低血压、内毒素血症等病理过程产生的基础。

脑缺血、脑损伤、帕金森病、老年痴呆、亨廷顿病、中枢系统感染等多种神经系统疾病均涉及caspase-1的过度激活。IL-1β和IL-18表达水平增加，而且这些疾病也表现为细胞死亡和炎症反应发生。caspase-1特异性阻断剂显示对肌萎缩性侧索硬化症、亨廷顿病、脑缺血性损伤有明确的保护作用，因此caspase-1已成为治疗神经系统性疾病的重要靶点，对于细胞焦亡的进一步研究可加深我们对这些疾病的了解和防治。

以往研究表明，细胞死亡与动脉粥样硬化（AS）的发生发展以及动脉粥样硬化斑块的稳定性密切相关，AS的危险因素氧化型低密度脂蛋白（oxidized low density lipoprotein，oxLDL）、吸烟，CRP 等均能导致细胞发生死亡。最近研究发现细胞焦亡与AS也密切相关。oxLDL诱导的巨噬细胞死亡一直被认为是凋亡，但最近发现该种细胞死亡并不依赖与凋亡关键执行者 caspase-3。细胞焦亡的重要功能分子NLRF3、ASC以及 caspase-1均与 AS的发生发展密切相关。