2024年4月21日发(作者：vivos1参数配置6+256)

(一)caspase家族

Caspases是近年来发现的一组存在于胞质溶胶中的结构上相关的半胱氨酸蛋白

酶，它们的一个重要共同点是特异地断开天冬氨酸残基后的肽键。Caspase一词

是从Cysteine aspartic acid specific protease 的字头缩写衍生而来，就反

映了这个特征，而这种高度的特异 性，在蛋白酶中是很少见的。由于这种特异

性，使caspase能够高度选择性地切割某些蛋白质，这种切割只发生在少

数（通常只有1个）位点上，主要是在结构域间的位点上，切割的结果或

是活化某种蛋白，或使某种蛋白失活，但从不完全降解一种蛋白质。

Caspase的研究源于线虫（C. elegans）细胞程序化死亡的研究。线虫在发

育过程中，有131个细胞将进入程序化死亡；研究发现有11个基因与PCD

有关，其中ced3和ced4基因是决定细胞凋亡所必需的，ced9基因抑制PCD。

线虫细胞程序化死亡的研究促进了其他动物特别是哺乳类动物中细胞凋亡

的研究。人们发现哺乳类细胞中存在着Ced3的同源物ICE（interleukin-1b

converting enzyme），它催化白介素-1b的活化，即从其前体上将IL-1b

切割下来。在大鼠成纤维细胞中过量表达ICE和Ced3都会引起细胞凋亡，

表明了ICE和Ced3在结构和功能上的相似性；然而敲除ICE基因的小鼠其

表现型正常，并未发现细胞凋亡发生明显改变。进一步的研究发现，另一

个ICE成员，后来被称为apopain，CPP32或Yama的半胱氨酸蛋白酶，催

化poly（ADP-ribose）Polymerase（PARP），即聚（ADP-核糖）聚合酶的

裂解，结果导致细胞的凋亡， 因而认为apopain执行着与线虫中的ced3

相同的功能。Apopain被称为是“死亡酶”， 而PARP被认为是“死亡底

物”。 Apopain/CPP32/Yama是在1995年由两个实验室分别同时报导，时

间上只有两周之差。Ced4的哺乳类同源物则迟迟未能发现，直到1997年，

才被证明是Apaf-1（即一种细胞凋亡蛋白酶活化因子apoptosis protease

activating factor）。而Ced 9的哺乳类对应物则较早地被证明是BCL-2，

这一问题将在以后的部分述及。

现已确定至少存在11种caspase：

这些caspases中，caspase 1和caspase 11，以及可能还有caspase 4

被认为不直接参与凋亡信号的转导，它们主要参与白介素前体的活化；而

caspase 2，caspase 8，caspase 9和caspase 10参与细胞凋亡的起始；

参与细胞凋亡执行的则是caspase 3，caspase 6和caspase 7，其中caspase

3和7具有相近的底物和抑制剂特异性，它们降解PARP，DFF-45（DNA

fragmentation factor-45），导致DNA修复的抑制并启动DNA的降解。而

caspase-6的底物是lamin A和keratin 18，它们的降解导致核纤层和细

胞骨架的崩解。

(二)caspase-3

1994年Fernandez-Alnemri等在BenBank表达序列标记(expression sequence

tag, EST)数据库中找到一段ICE/CED-3活性中心同源的序列，用它合成探针后，

筛选人Jurkat T淋巴细胞cDNA文库，从中克隆到一种新基因，因其编码分子量

为32kD的半胱氨酸蛋白酶而称之为CPP32(cysteine protease protein, 32kD)。

随后，其它学者独立地将这一蛋白基因克隆出来，并分别命名为prICE、

apopain(凋亡素)和Yama(印度传说中的死亡之神)。1996年这种蛋白酶被命名为

caspase-3。现在一般认为caspase-3是细胞凋亡过程中最主要的终末剪切酶，

也也是CTL细胞杀伤机制的重要组成部分。

1. caspase-3的结构

pro-caspase-3含有277个氨基酸残基，分子量约32kD，与ICE有30%同源性，

与CED-3有35%同源，是caspase家族中与CED-3同源性最高的，不论从结构同

源性还是从底物特异性来看都与CED-3很相似，所以有人认为它是CED-3在哺乳

动物中的同源蛋白。caspase-3的原结构域明显短于ICE只有28个氨基酸残基，

但蛋白酶活性中心和与结合底物有关的保守的氨基酸均与ICE一致。

pro-caspase-3在活化过程中从Asp

28

~Ser

29

和Asp

175

~Ser

176

两处被剪切，形成

P17(29~175)和P10(182~277)两个片段，相当于ICE的P20和P10，两种亚基再

组成活性形式的caspase-3。pro-caspase-3本身并没有催化活性，在活化时首

先由颗粒酶B(GrzB)或caspase-10在D175剪切下小片段后它才被部分活化，随

后则可进行下一步的自我催化。在剪切原结构域时可能还有其它caspase如ICE

的参与。

2. caspase-3的活化和参与细胞凋亡

caspase-3在细胞凋亡中起着不可替代的作用，caspase-3基因转染昆虫Sf9细

胞后引起细胞凋亡，这个过程可以被BCL-2阻断；在发生凋亡的细胞提取液中去

除caspase-3后，这些提取液就失去了诱导细胞凋亡的能力；再加入纯化的

caspase-3它就又恢复了致凋亡的功能。caspase-3可以被多种因素活化，在CTL

细胞的杀伤作用中，它既可被Fas/FasL途径活化，也可以通过颗粒酶B途径活

化。颗粒酶B是CTL细胞颗粒中的一种丝氨酸酯酶，是哺乳动物中caspase蛋白

酶外唯一的在Asp后剪切的蛋白酶，它可以特异性剪切ICE家族蛋白酶催化亚单

位C端的IxxD序列，并活化caspase 2、3、6、7、8、9、10。ICE也可以被颗

粒酶剪切，但剪切后并不被活化。

3. caspase-3引起细胞凋亡的机制