Caspase家族简介

Caspase家族是一组存在于细胞质中的蛋白酶，它们在程序性细胞死亡（例如细胞凋亡）和炎症反应中发挥着重要作用。Caspase这个名称源于“含半胱氨酸的天冬氨酸特异性蛋白酶”（Cysteine-dependent Aspartate-directed proteASEs），其活性位点含有半胱氨酸，并能够特异性地切割靶蛋白中天冬氨酸残基后的肽键。

Caspase家族成员分类

Caspases根据其功能可分为炎症caspase与凋亡caspase：

• 炎症caspase：如Caspase-1、-4、-5和-11，主要参与激活炎症反应中的白介素前体，而不是直接参与细胞凋亡信号的转导。
• 凋亡caspase：主要负责细胞凋亡，可分为起始caspase（如caspase-2、-8、-9、-10），负责切割效应caspase的前体，以及效应caspase（如caspase-3、-6、-7），它们作用于细胞核和细胞质中的结构蛋白及调节蛋白，导致其失活或活化。

凋亡相关caspase的特点

激活机制

自我剪切激活：许多caspase以非活性的前体形式存在，需特定刺激或与其他分子相互作用后才能被激活。例如，caspase-8和caspase-9在与特定适配器蛋白结合形成复合物时被激活。
级联反应：一旦起始caspase被激活，它会进一步激活更多效应caspase，形成信号放大的级联反应，从而确保细胞凋亡的不可逆性。

底物特异性

Caspase对底物具有高度特异性，通常识别四肽序列中的天冬氨酸，并在此位置切割。不同caspase偏好不同的切割位点，从而决定了它们的具体功能。例如，效应caspase能够切割多种细胞内蛋白，如核纤层蛋白和聚ADP核糖聚合酶(PARP)，导致细胞骨架破坏、DNA片段化及细胞膜改变等特征性变化。

结构特点

所有caspase均含有一个大的催化亚基和一个小的调节亚基，这两个亚基共同形成异二聚体。每个亚基由多个功能域组成，如CARD（Caspase Recruitment Domain）和DD（Death Domain），这些结构域在caspase的激活及其与其他蛋白相互作用中发挥着关键作用。

调控机制

在正常情况下，caspase以前体形式存在于细胞内，受到严格调控。仅当细胞接收到特定的死亡信号时，抑制才能解除，从而允许caspase活化。一些抑制剂如IAPs（Inhibitor of Apoptosis Proteins）可以通过直接结合caspase来抑制其活性，从而抵制细胞凋亡进程。

Caspase的活化机制

Caspase的激活过程分为同源活化和异源活化，这两种机制在细胞凋亡过程中至关重要。

同源活化

同源活化是指caspase分子通过相互作用形成二聚体或多聚体，进而实现自我剪切和激活的过程。未被激活的procaspase通过特定结构域与其他procaspase相互作用，形成同源复合物，从而改变其构象，激活成熟caspase。例如，在线粒体途径中的caspase-9，细胞色素c释放后与Apaf-1结合形成凋亡小体，促使procaspase-9进行同源活化。

异源活化

异源活化是指不同类型蛋白或caspase家族成员间的相互作用促进彼此的激活，通常需要其他辅助因子或适配器蛋白的参与。例如，一些适配器蛋白通过提供结合界面来促进procaspase聚集，从而实现自我剪切与激活。

Caspase介导的细胞凋亡途径

Caspase介导的细胞凋亡途径是程序性死亡的重要机制，主要分为外源性途径和内源性途径。

外源性途径

当特定配体如Fas配体或肿瘤坏死因子（TNF）结合到细胞表面的受体时，该途径被激活。此时形成死亡诱导信号复合物（DISC），导致起始caspase-8的自我剪切和激活。活化的caspase-8可直接切割效应caspases，并通过裂解促凋亡蛋白Bid间接激活线粒体途径。

内源性途径

内源性途径通常由内部刺激引发，如DNA损伤和氧化应激。Bcl-2家族蛋白在这一过程中发挥关键作用。促凋亡信号占优时，Bax/Bak会在细胞膜上形成孔道，导致线粒体膜通透性增加，细胞色素c释放到细胞质中，最终激活caspase-9，进而启动下游效应caspases，造成细胞死亡。

Caspase的检测方法

检测Caspase的方式包括流式细胞仪、Western Blot、免疫荧光、免疫组化和ELISA等。例如，使用抗裂解caspase-3抗体进行蛋白质印迹分析。这些检测方法在生物医学研究中具有重要价值，能够揭示细胞凋亡过程中的关键机制。

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