caspase家族
caspase-3
(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。
Caspase,BCL-2蛋白家族与细胞凋亡调控机制
Caspase,BCL-2蛋白家族与细胞凋亡调控机制1972年，Kerr等提出细胞凋亡的概念，细胞凋亡（apoptosis）又谓细胞程序化死亡（programmed cell death ,PCD）是一种参与了生物体许多过程的细胞去除机制，是由基因编程调控的细胞主动自杀过程。
生物体通过这种机制完成对衰老细胞和畸形细胞的清除。
另外细胞凋亡对胚胎发育，免疫耐受，细胞群体稳定等有重大影响，并且对进一步深入研究艾滋病，癌症等对人类的生存构成严重威胁的疾病有潜在的价殖。
因此，许多年以来，细胞凋亡一直是生物领域科研研究的热点。
细胞凋亡的过程非常复杂，与此有关的两大家族bcl-2,caspase对细胞凋亡的调控起着举足轻重的作用，本文就这两大家族对细胞凋亡的调控机制影响作一综述。
1 BCL-2蛋白家族BCL-2蛋白家族分为三个亚族，原生存亚族（Pro-suvival subfamily）即BCL-2亚族成员有BCL-2, BCL-CL, KS-BCL-2, BCL-W, MCL-1,BHRF1, NR-B,ORF16, LMW5-HL,AL,FIB-19K,及 CED-9;两个原凋亡家族（Proapoptotrc subfamily）是Bax and BH3亚族。
Bax,bak, bid及egl-1属bh3亚族【1】。
其中15种蛋白为哺乳动物（主要是人）所有，nr-3为鸡所有，线虫c.elegans中的蛋白有ced-9及egl-1,病毒蛋白有LMW5-HL,BHRF1,ORF-16,KS-BCL-2和EIB-19K,BCL-2家族在细胞凋亡过程中起到调节者的作用。
1.1 细胞周期细胞增殖可以启动PCD，在一定条件下，bax能加速细胞周期进程。
而BCL对凋亡的阻遏抑制细胞增殖受阻碍的细胞也难以再进入细胞周期的淋巴细胞中，BCL-2造成的生长抑至与阻碍转录因子NFZF(Nucleaar Factor Assocciate Transcription)激活相关，另外对FAS信号途径的干扰会抑至细胞。
caspase家族
细胞色素c
Caspase-8酶原 活化的 Caspase-8 CARD Caspase-9酶原 活化的 Caspase-3 活化的 Caspase-9 Apaf-1
Caspase-3酶原
凋亡复合体
切割底物，产生效应
细胞凋亡的膜受体通路
FASL+FAS +FADD
凋亡诱导复合物（DISC） 胞质中游离的caspase8聚集到这个复合物上 细胞有足够caspase8 死亡受体活化， 细胞凋亡 细胞caspase8浓度不够 切割Bid tBid从胞质到线粒体 CtyC 释放
未活化的caspase 酶原Y
原结构域
活化的caspaseX
较多活化的caspaseY
大量活化的caspaseZ
切割细胞质蛋白
切割细胞核蛋白
外源途径 内源途径 其他刺 激因素
Fas DD FADD
Fas DD + DD DED
Fas
Fas DD DED DISC切的Bid
2002年诺贝尔医学及生理学奖
凋亡起始者 Caspase 9、8、2、10、11
同性活化——切割自身前体
凋亡执行者 Caspase 3、6、7
异性活化——切割结构蛋白、功能蛋白
Caspase级联效应
NH2 活化的 caspase X
大亚基
切割位点
小亚基 切割活化 COOH 活化的 caspase Y
Caspase 家族
及其在细胞凋亡中的作用
Caspase （天冬氨酸特异性的半胱氨酸蛋白水解酶）
是一组存在于细胞质中具有类似结构的蛋白
酶，它们的活性位点均包含Cys残基，能够特异 性的切割靶蛋白Asp残基后的肽键。Caspase能 选择性的切割某些蛋白质，从而造成细胞凋亡。
Caspase家族与细胞凋亡的关系
Caspase家族与细胞凋亡的关系一、本文概述细胞凋亡，也被称为程序性细胞死亡，是一种由基因控制的细胞自主有序的死亡方式。
它在生物体的发育、生长、平衡和稳态维持等过程中起着至关重要的作用。
在细胞凋亡的过程中，Caspase家族蛋白酶起着关键的角色。
本文旨在深入探讨Caspase家族与细胞凋亡之间的关系，包括Caspase家族的基本特性、它们在细胞凋亡中的功能机制，以及相关的调控网络和潜在应用。
我们将对Caspase家族进行简要的介绍，包括其成员的分类、结构特点以及活性调控等。
然后，我们将详细阐述Caspase家族在细胞凋亡过程中的关键作用，包括凋亡信号的接收、传递、放大和执行等阶段。
我们还将探讨Caspase家族与其他凋亡相关蛋白的相互作用，以及它们在细胞凋亡调控网络中的地位。
我们将展望Caspase家族在未来生物医学研究中的应用前景，特别是在癌症治疗、神经退行性疾病防治等领域中的潜在作用。
通过本文的阐述，我们期望能够更深入地理解Caspase家族与细胞凋亡的关系，为未来的生物医学研究提供有益的参考和启示。
二、Caspase家族概述细胞凋亡，也称为程序性细胞死亡，是生物体内一种至关重要的生理过程，负责维持机体的稳态，去除受损或不需要的细胞。
在这一过程中，Caspase家族扮演着核心的角色。
Caspase，全称为半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶（Cysteine-dependent Aspartate-directed Proteases），是一组存在于细胞质中的半胱氨酸蛋白酶，具有特定的天冬氨酸切割位点。
Caspase家族成员众多，按其功能和在凋亡过程中的作用，可以分为启动型Caspase（也称为上游Caspase，如Caspase-2, -8, -9, -10）和执行型Caspase（也称为下游Caspase，如Caspase-3, -6, -7）。
启动型Caspase在凋亡信号刺激下首先被激活，然后它们会激活执行型Caspase。
Caspase
Caspase生化特性caspase家族属于半胱氨酸蛋白酶，一般在细胞内以无活性酶形式存在；当其作用于特异性底物，产生异二聚体，同时发出光子。
Caspase检测凋亡的原理通过检测细胞内caspase酶活性了解细胞的凋亡功能。
试剂渗透进入细胞后，使细胞内caspase 酶释放，作用于其特异性底物，产生发光体或荧光，发光酶（荧光酶）作用于发光体，产生光。
发光度与细胞内caspase酶活性成正比。
Caspase酶活性反映了细胞内凋亡途径激活情况，即细胞的凋亡能力。
如何做对照组？阴性对照：caspase抑制剂和培养基；或者只加完全培养基。
试剂盒没有caspase抑制剂？不必要。
Caspase试剂盒组成：caspase3/7特异性底物；含发光酶，细胞溶解液的缓冲液。
Caspase试剂盒分类：caspase3/7,caspase8,caspase9.(后两个是内源性凋亡途径参与物）试剂盒的选择：一般细胞凋亡检测选用caspase3/7试剂盒，如果用于分析凋亡上游启动子，根据对凋亡途径（内源性/外源性）的兴趣，选择caspase8/caspase9试剂盒即可。
Caspase3/7介绍Caspase3/7是一种发光分析法，可用于检测粘附细胞或悬浮生长细胞内caspase3/7的酶活性。
试剂盒中包含了发光前体caspase3/7的Z-DEVD-aminoluciferin 冻干底物，DEVD为抑制剂，保证了试剂盒的特异性。
底物被切割后产生发光体，发光体作为发光酶的底物与之反应后，发出光。
Caspase3/7试剂已经对caspase酶活力，发光酶活力以及细胞溶解做了优化。
将试剂以混合物形式加入样本，导致细胞溶解，底物的切割和产生流性光信号。
可用于研究细胞凋亡和凋亡抑制。
实验大概需用2小时一轮。
检测波长一般检测发光体没有内置的波长选择功能，都采用全部可见光检测。
原因有二：1.不需用滤光；2.滤光后敏感度降低。
内源性凋亡途径：病毒，紫外线或线粒体胞膜破坏，细胞色素C释放至胞液等因素导致内源性凋亡途径激活，从而产生含有caspase-9前体的凋亡小体复合物，复合物导致caspase-9活化，接着caspase-9使下游介导凋亡的死亡效应caspase酶活化，包括caspase3,caspase6,caspase7。
凋亡相关基因及其调控机制
凋亡相关基因及其调控机制细胞凋亡是维持机体正常运转的重要过程之一，也是防止肿瘤等疾病发生的重要保障。
而凋亡过程中，许多基因发挥着至关重要的作用。
本文将介绍几种常见的凋亡相关基因及其调控机制。
一、p53基因p53是一种重要的肿瘤抑制蛋白，它参与调控基因转录、DNA修复、细胞周期等多个生物学过程，同时也是细胞凋亡调控的重要分子。
当细胞遭遇DNA损伤或其他异常情况时，p53能够通过DNA结合结构域识别相关序列，激活其下游基因的表达，从而引起细胞凋亡。
除了直接通过DNA结合作用识别和调控基因表达之外，p53基因还可以通过多种途径调控凋亡过程。
例如，p53直接调节细胞凋亡信号通路的其他关键分子的表达，如Bax、Puma等，从而诱导细胞凋亡。
此外，p53基因还能够通过影响凋亡相关蛋白的修饰、稳定性等方式影响凋亡过程。
例如，研究发现，p53能够调控Bcl-2蛋白的磷酸化和稳定性，从而抑制其抗凋亡作用。
二、Bcl-2基因家族Bcl-2基因家族是一组广泛存在于哺乳动物细胞中的重要凋亡调控基因，包括Bcl-2、Bax、Bcl-xl等多个成员。
Bcl-2蛋白是一种抗凋亡蛋白，其表达能够阻止其它促凋亡分子（如Bax、Bid等）的发挥作用，防止细胞凋亡。
与Bcl-2相反，Bax蛋白则是一种促凋亡蛋白，其表达能够促进细胞内线粒体透性转化和细胞凋亡。
Bcl-xl蛋白则类似于Bcl-2，在许多情况下有着与Bcl-2相似的抗凋亡作用。
Bcl-2家族成员的调控机制也非常复杂，其中包括基因表达、蛋白修饰、蛋白稳定性等多种方式。
例如，细胞内的一些激素和生长因子可以通过信号通路的途径调控Bcl-2家族成员的表达，从而影响细胞的凋亡敏感性。
三、Caspase家族Caspase家族是细胞凋亡信号通路中长链蛋白酶的一类，其中包括活化氨基酸底物特异性半胱氨酸蛋白酶（caspase-8、caspase-9）和执行氨基酸底物特异性半胱氨酸蛋白酶（caspase-3、caspase-7）等。
caspase蛋白1
Caspase-9酶原
凋亡复合体
执行Caspase与底物作用方式
四、Caspase家族与细胞凋亡的关系
细胞凋亡过程可以分为激活期和执行期。前期细 胞应答死亡信号，起始Caspase活化，后期执行 Caspase活化，执行细胞死亡程序。起始Caspase的 活化属于同性活化，即酶原分子聚集成复合物达到一 定浓度时，就彼此切割或者构象改变产生有活性的二 聚体形式；执行Caspase的活化属于异性活化，即起 始Caspase招募执行Caspase酶原分子后，对其进行 切割，产生具有活性的执行Caspase切割细胞内重要 的结构和功能蛋白，导致细胞凋亡。
内源途径
内源性细胞凋亡途径始于线粒体,细胞色素c 从线粒体内释放是关键的一步。在细胞凋亡信 号的刺激下,细胞色素c从线粒体内释放到胞浆 内，胞浆内的细胞色素c在dATP存在下通过Cys 蛋白酶募集域的作用。与凋亡细胞蛋白酶激活 因子Apaf-1结合，募集并激活 Caspase-9，然 后激活下游的效应半胱氨酸蛋白酶,如Caspase2、3、6、7、8、9，启动Caspase的级联反应， 引起细胞凋亡。
别名
ICE ICH-1 CPP32, Yama, apopain TX, ICH-2, ICErel-II ICErel-III, TY Mch2 Mch3, ICE-LAP3, CMH-1 MACH, FLICE, Mch5 ICE-LAP6, Mch6 Mch4 ICH3, FLICE2
识别 序列 YVAD
外源途径
Fas Fas
Fas
DD DD
DD
+
DD
DED
FADD
DED
+
Caspase-8酶原
Caspase和BCL-2两大家族介绍汇总最新+最全,总有一天会用到
Caspase和BCL-2两大家族介绍汇总|最新+最全，总有一天会用到原创2018-06-21 订阅号APExBIO看到“caspase”和“BCL-2”这两个词是不是觉得很眼熟？这两个家族的研究历史悠久，有的人即使不研究这个也或多或少听说过它们；有的人虽然不了解，但是知道它们跟凋亡相关。
这两大家族的成员有很多，搞不清楚的可以了解一下。
（一）Caspases家族Caspase，这是个缩写，英文全称是cysteine-dependent aspartate-specifc proteases，中文名称称为胱天蛋白酶或半胱天冬酶。
Caspases家族成员是一组存在于胞质溶胶中的半胱氨酸蛋白酶。
利用半胱氨酸（Cys）侧链切割含有天冬氨酸（Asp）的多肽底物，caspases可以选择性地对多种信号转导途径中的蛋白质进行高效切割。
Caspases调节多种生物过程，如程序性细胞死亡，炎症，细胞分化、增殖和运动。
启动者和效应者的激活Caspases的功能基于结构和功能，哺乳动物caspases可以分为三大类：（1）促凋亡caspases。
包括caspase-2，8，9，10，3，6，7。
它们以级联的方式切割一系列胞内蛋白，最终导致细胞凋亡。
它们被分为两派，启动者（initiators）和效应者（effectors）。
启动者参与细胞内在（caspase-9）或细胞外在（caspase -8和-10）凋亡途径。
效应者切割数百种细胞蛋白质。
然而，一些促凋亡caspases在诸如淋巴细胞增殖、细胞运动和组织入侵的过程中也具有非凋亡作用。
（2）促炎性caspases。
包括caspase-1，4，5，11，12，13。
在先天性免疫应答激活期间，促炎性caspases介导特异性细胞因子（cytokines）的成熟，但也可能参与一种称为pyroptosis（焦亡）的细胞死亡形式。
（3）角化细胞分化。
Caspase-14参与角化细胞的分化，但不会在炎症或细胞凋亡中发挥重要作用。
Caspase半胱氨酸蛋白酶家族蛋白介绍
抗体动物种属来源缩写：R-兔、M-小鼠、r-大鼠、Sh-山羊、H-人
Caspase-6(CT)半胱氨酸蛋白酶蛋白-6（C端）
◆WB=1:300-600 Elisa=1:500-1500 IP=1:50-150 IHC=1:300-600
◆Caspase-6（NT）与Caspase-3有38%的同源性，属胱氨酸-天冬氨酸蛋白酶家族。在凋亡执行阶段起中心作用，可被Caspase-7、-8、-10剪贴。它是唯一一个可以剪贴核纤维层蛋白的Caspase.分子量为：34KDa。
抗体动物种属来源缩写：R-兔、M-小鼠、r-大鼠、Sh-山羊、H-人
CD4（Mouse Anti-Human CD4 Monoclonal Antibody）
S-0551M
◆小鼠抗人CD4单克隆抗体
◆200ul/800.00 1ml/2200.00 (100ug/200ul 500ug/1ml)亲和纯化抗体
◆WB=1:300-600 Elisa=1:500-1500 IP=1:50-150 IHC=1:300-600 ICM=ICM=1:100-200
◆小鼠抗人CD3单克隆抗体（Mouse Anti-Human CD3 Monoclonal Antibody）经亲和纯化，溶于PBS（pH7.4）中，含BSA等稳定剂，识别17-19KDε链，可与人CD3抗原的ε链和T细胞抗原受体(CD3/TCR)复合体反应。类别：IgG2a,κ。CD3抗原在60-80%正常人外周血淋巴细胞和60-70%的人胸腺细胞上表达。在T细胞发育的早期，CD3抗原主要在胞浆中表达，晚期出现在膜上。在抗原识别中，CD3抗原起着信号传递的重要作用。有报道，CD3抗原在NK细胞的胞浆中(非膜上)表达，为研究T细胞和NK细胞的发育关系和共同的前体细胞提供了一种手段。抗CD3抗体在微量时对T细胞有强的致分裂原效应(在可溶性或固相条件下)，大剂量时有免疫抑制作用。
caspase蛋白1
二、Caspase家族蛋白酶的结构与功能
人类的Caspase-1和Caspase-3的3D结构（NCBI）
其它Caspase蛋白酶
2
4
5
6
7
9
10
11
3
图 ： 蛋 白 酶 家 族 的 同 源 性
蛋白酶名称
caspase 1 caspase 2 caspase 3 caspase 4 caspase 5 caspase 6 caspase 7 caspase 8 caspase 9 caspase 10 caspase 11 caspase 12 caspase 13 caspase 14 caspase 15
三、Caspase家族蛋白酶的活化
细胞凋亡过程中Caspase级联效应
NH2
活化的
caspase X
大亚基
切割位点
COOH 未活化的 caspase酶原Y
切割活化
原结构域
小亚基
活化的 caspase Y
活化的caspaseX 较多活化的caspaseY 切割细胞质蛋白
大量活化的caspaseZ 切割细胞核蛋白
内源途径
内源性细胞凋亡途径始于线粒体,细胞色素c 从线粒体内释放是关键的一步。在细胞凋亡信 号的刺激下,细胞色素c从线粒体内释放到胞浆 内，胞浆内的细胞色素c在dATP存在下通过Cys 蛋白酶募集域的作用。与凋亡细胞蛋白酶激活 因子Apaf-1结合，募集并激活 Caspase-9，然 后激活下游的效应半胱氨酸蛋白酶,如Caspase2、3、6、7、8、9，启动Caspase的级联反应， 引起细胞凋亡。
CARD
Caspase-9酶原
凋亡复合体
执行Caspase与底物作用方式
细胞凋亡相关蛋白研究进展
2、BCL- 2 家族蛋白
Bcl-2被以为是细胞凋亡蛋白家族中最主要旳调控 蛋白。它们在线粒体参加旳凋亡途径中起调控作 用，能控制线粒体中细胞色素c等凋亡因子旳释放。
Bcl- 2 家族分为两大类: 一类是抗凋亡蛋白, 主 要涉及Bcl- 2、Bcl- xL 和 Bcl- w等; 另一类是 促凋亡蛋白, 主要涉及 Bax、Bak、Bid、Bim 和 Bad 等。
在线粒体损伤后，细胞色素C从构建旳孔隙中进入细 胞液，与抗恶性贫血因子1和caspase-9构成了凋亡 复合体。在caspase-9被激活后，再作用于其下游旳 caspase-3酶原，活化旳caspase-3作为效应子，作 用于不同旳靶分子，经蛋白水解作用造成细胞凋亡 。
3、P53蛋白
肿瘤克制蛋白 p53 在维持蛋白组旳完整 性中起着主要旳作用。p53 作为一种转录 因子对 DNA损伤做出反应,并诱导下游蛋 白如 p21, Mdm2 和 Bax 旳体现, 这些下 游蛋白能够调整细胞周期和凋亡。正常旳 p53 在细胞里旳功能有多种, 但目前研究 最多旳有两种, 一种是克制细胞分裂, 让 其停留在细胞周期旳 Gl 期,另一种是使 细胞凋亡, 此两种功能与 p53 转录旳能 力都有一定程度旳联络。
细胞凋亡有关蛋白旳研究进展
序言：
细胞凋亡是细胞旳一种基本生物学现象, 在多 细胞生物清除不需要旳或异常旳细胞中起着必 要旳作用。
细胞凋亡是多蛋白严格控制旳过程, 伴随分子 生物学技术旳发展对多种细胞凋亡旳过程有了 较为进一步旳认识, 但是迄今为止凋亡过程确 切机制尚不完全清楚。
细胞凋亡是一种主动过程,它涉及一系列蛋白 旳激活、 体现以及调控等旳作用。其中 caspase 家族蛋白、Bcl- 2 家族蛋白和 p53 蛋白、 survivin 蛋白等在凋亡旳信号转导中 扮演着主要角色。
Caspase家族与固有免疫关系研究进展
caspase家族蛋白酶的结构与功能
caspase家族蛋白酶的结构与功能按照结构同源性的大小，可以将caspase蛋白酶分为三个组，分别以caspase-1、caspase-2和caspase-3为代表。
其中最重要的是caspase-1、caspase-3 和caspase-8。
(一)caspase-1(ICE)1. ICE的结构与生物学作用ICE即IL-1b 转化酶(IL-1b converting enzyme)，是单核细胞合成的一种蛋白酶，可以将34kD的IL-1b 前体(pro-IL-1b )剪切为17kD的成熟IL-1b ，这种剪切对于IL-1b 活性的发挥是必须的。
不表达ICE的细胞系转化IL-1b 基因后可以产生pro-IL-1b ，但不能分泌有活性的成熟IL-1b ；ICE特异性抑制剂可以阻断金黄色葡萄球菌刺激引起的IL-1b 的分泌。
ICE 属于半胱氨酸蛋白酶，活性中心有高活性的巯基，对氧化剂很敏感，但对丝氨酸蛋白酶、金属蛋白酶或天冬氨酸蛋白酶的抑制剂不敏感。
(1)ICE活化时的剪切过程：ICE基因定位于11q13-23，编码的ICE前体(pro-ICE)全长404aa，约45kD，蛋白酶活性中心是位于283~287位置的Gln-Ala-Cys-Arg-Gly(QACRG)五肽序列，其中Cys285是发挥酶切活性的关键残基。
在活化过程中pro-ICE在4个位点Asp103~Ser104、Asp119~Asn120、Asp297~Ser298和Asp316~Ala317进行自我催化剪切形成两个片段P20和P10，P20和P10首先形成异源二聚体，然后两个P20/P10异源二聚体再通过P10小亚基多聚化形成同源二聚体，所以ICE的活性形式是(P20/P10)2。
pro-ICE活化过程中的剪切并不是在四个酶切位点同时进行的，最先被剪切的是第三个位点(Asp297~Ser298)，形成P35和P12两个片段，P35的酶切活性比pro-ICE要高，它既可以进一步在第三个酶切位点剪切其它pro-ICE，还可以剪切其它三个酶切位点，形成P20和P10两个片段，再由P20和P10形成四聚体。
caspase家族及在细胞凋亡中的作用
caspase家族及在细胞凋亡中的作用admin注:本文仅是基础知识,目前这方面进展十分快，需要更新更多的知识。
如caspase家族目前发现至少14种。
这里仅介绍几种常见的成员。
目的是让大家了解到caspase家族的概况,以及在细胞凋亡中的作用。
一caspase家族蛋白酶的组成未活化的caspase家族蛋白酶是以酶原形式存在的，酶原的氨基端有一段被称为“原结构域”(pro-domain)的序列.酶原活化时不但要将原结构域切除，并且要将剩余部分剪切成一大的形式组成的。
这一小两个亚基，分别称为P20和P10,活性酶就是由这两种亚基以(P20/P10)2种活化反应也是Asp特异的，剪切发生在酶原中保守序列的Asp与其后的氨基酸残基之间，一般是先切下羧基端的小亚基，然后再从大亚基的氨基端切去原结构域.这种剪切可以是酶原及中间活性酶自我催化，也可以是其它ICE家族蛋白酶的作用，还有其它酶类如颗粒酶B参与。
表5。
caspase家族蛋白酶的识别序列及作用底物已命名的caspase家族成员均已克隆成功,它们不但在氨基酸序列上具有同源性，而且在空间结构上也很相似。
目前已经获得了caspase—1（ICE)和caspase—3（CPP32）的X线结晶图像，结果显示它们具有相似的空间结构,在P20的C端和P10的N端有200多个氨基酸残基的序列尤为保守，在空间结构上组成相似的β折叠中心和相邻的α螺旋，保守的、对蛋白酶活性有特殊意义的氨基酸残基均位于这一段，并形成特定的结构。
不同源的序列主要存在于P20的N端和P20与P10交界处，这两个部位的氨基酸残基在蛋白酶活化过程中一般被全部或部分切除。
所有的成员都保守性地包含有与底物P1Asp作用的氨基酸残基，如在ICE中，它们是催化中心的Cys285,与酶/抑制剂复合物的巯基半缩醛以氢键结合的His237,以及可以稳定反应中间物氧阴离子的Gly238。
另外，Arg179、Arg341、Gln383和Ser347形成容纳P1Asp的“口袋”，Ser339靠近Cys285的巯基，以氢键结合P1位的酰胺。
caspase
ICE在细胞凋亡中的作用
普遍研究： ICE用ATP或过量内毒素刺激单核细胞，活 化ICE可增加IL-1b 的分泌来促进细胞凋亡。这种凋亡 可被牛痘病毒蛋白CrmA或细胞凋亡拮抗蛋白BCL-2所抑 制。 不同研究：稳定高表达IL-1b 的细胞系并不自发凋亡 ；在具有ICE活性的细胞中用YVAD抑制ICE活性后，细 胞凋亡过程也不受影响；凋亡的鸡细胞DU249的细胞提 取液不具有剪切pro-IL-1b 的能力，但凋亡的DU249细 胞提取液的另一种成分prICE可将不作为ICE底物的 PARP剪切成典型的凋亡片段。
3
caspase-1(ICE)
ICE的结构:ICE即IL-1b 转化酶，是单核细胞合成的
一种蛋白酶，可以将34kD的IL-1b 前体(pro-IL-1b ) 剪切为17kD的成熟IL-1b,其剪切的位点是一个四肽序 列。
生物学作用: 不表达ICE的细胞系转化IL-1b 基因后可
以产生pro-IL-1b ，但不能分泌有活性的成熟IL-1b ； ICE特异性抑制剂可以阻断金黄色葡萄球菌刺激引起的 IL-1b 的分泌。ICE属于Cys蛋白酶，活性中心有高活 性的巯基，对氧化剂很敏感，但对Ser蛋白酶、金属蛋 白酶或Asp蛋白酶的抑制剂不敏感。
活化的caspase能够特异地水解一套地物，从而导致细 胞凋亡，此过程为不可逆反应
正常情况下细胞内总存在有Caspase的抑制剂，以防止 caspase酶原偶然被激活而对正常细胞造成损伤。
四、Caspase家族与细胞凋亡的关系
与caspase有关的凋亡通路主要有两种。一种是死亡受体介 导的信号传导途径，另一种是线粒体依赖途径。 死亡受体介导的信号传导途径:最具代表性的死亡受体是 FADD(又名Fas或APO一11，是一种跨膜受体蛋白，既能与细胞外 的CD95抗体及CD95配基结合。又能与细胞内的接头蛋白FADD结 合，FADD的C端含有死亡域DD, N端含有死亡效应域DED。同时 CD95及caspase-8分别含有DD及DED， 当死亡诱导信号CD95抗体 或 CD95配基作用于CD95后，CD95的构象发生改变，通过其DD与 FADD的DD结合, FADD又通过DED与procaspase-8的DED结合．共 同形成死亡诱导信号复合物DISC，DISC形成后，可诱导 pmcaspase-8自身激活，产生活性的caspase-8a/b，活化的 caspase-8则进一步激活下游的caspase-3, caspase-3激活后作 用于特定的凋亡底物，引起细胞凋亡 。
Caspase家族与细胞凋亡的关系_赵瑞杰
内的一个重要生命现象，即出现在个体发育过程中， 径可以分为外部死亡受体途径、线粒体途径和内质
也出现在正常生理状态或疾病中，在一定的生理或 网途径。在这些途径中，Caspase 家族蛋白酶充当了
病理条件下，遵循自身的程序，自己结束生命的过 重要的角色。细胞凋亡从内外多因子复杂的相互作
程，最后细胞脱落离体或裂解为若干凋亡小体，被其 用诱导产生凋亡信号，传递至 Caspase，死亡受体和
医，2005,（8）:52-54. [3] Tartaglia M. Detection of bovine mitochondrial DNA in ruminant
feeds: A molecular approach to test for the presence of bovine derived materials [J]. J Food Protection, 1998, 61(5):513.
Caspase- 1（白介素 - 1β 转换酶，ICE）是该家族中 第一个被鉴定的成员，但它在细胞凋亡中并无十分 明显的作用，主要参与 IL- 1β 的成熟和转运。Caspase- 8 是启动者 Caspases 的重要代表，可通过与连接 分子 FADD 的结合而活化，将凋亡信号传递到下游 的效应 Caspases 分子。Caspase- 14 是该家族中的最新 成 员 ，主 要 表 达 于 胚 胎 细 胞 中 ，成 年 期 缺 乏 表 达 ，由 于 分 子 结 构 中 没 有 NH2- 末 端 域 ， 因 此 又 被 称 为 MICE。并不是所有 Caspase 都参与细胞凋亡反应，如 Caspase- 1、4、5、l2 等 的 作 用 主 要 是 参 与 炎 症 反 应 ， Caspass- 3 是迄今为止研究比较透彻的一个，它是主 要的效应者分子。其中 Caspase- 3 被认为是凋亡的关 键蛋白酶，一旦被激活，即发生下游的级联反应,使凋 亡不可避免，因而 Caspase- 3 被称为“死亡蛋白酶”。 正常情况下，胞质中的 Caspase- 3 以无活性的酶原形 存在, 细胞凋亡信号的出现可导致 Caspase- 3 在多种 蛋白水解酶的作用下,发生裂解而活化[9~11]。Caspase- 3 家族是直接导致凋亡细胞解体的蛋白酶系统，在细 胞凋亡机制网络中居中心地位。迄今大量研究认为， Caspase- 3 是 哺 乳 动 物 细 胞 凋 亡 中 的 关 键 蛋 白 酶 ， Caspase- 3 活化后大致通过 3 种机制使细胞解体 ： [12] ① 酶 解 灭 活 凋 亡 抑 制 物 ， 如 核 酸 内 切 酶 抑 制 剂（ICAD/DFF45），Bcl- 2，mdm2，IkB 等。②酶解细胞外基 质及骨架蛋白，如角质蛋白、局部粘连蛋白（FAK）、肌 动蛋白、P21 依赖性激酶（PAK2）和层连蛋白等。③裂 解 DNA 修 复 相 关 分 子 、 如 聚 ADP 核 糖 多 聚 酶 （PARP）、DNA 依赖性蛋白激酶、复制因子 C（REC）的 大亚单位 REC140 等。这些底物被酶解失活后细胞的 功能和形态发生变化，表现为细胞固缩，与邻近细胞 分离，同时染色质聚集，核碎裂。最后细胞分裂为完 整而分散的膜结合小体，即凋亡小体。凋亡的执行过 程是系列 Caspase 级联切割的过程。不同蛋白酶分别
Caspase家族研究进展
内源性细胞凋亡途径始于线粒体。当受到细 胞凋亡信号刺激。线粒体释放细胞色素C至 细胞浆中。细胞色素C与细胞内存在的一种 凋亡细胞蛋白酶激活因子(Apoptosis Protease Activating Factor-1，Apaf-1)结合， 在dATP存在的条件下，通过半胱氨酸蛋白酶 募集域的作用，Apaf1和Caspase-9酶原结合。 使Caspase-9酶原活化，然后激活下游的效 应半胱氨酸蛋白酶如Caspase-2、3、6、7、 8、10，从而启动细胞凋亡。
第1 类为凋亡始动子,包括Caspase-2、8、9、 10 等。
第2 类为凋亡效应子,包括Caspase-3、6、7
第3 类包括Caspase-1、4、5、13、14,主要 参与细胞因子介导炎症反应。
Caspase-1是该家族中第一个被鉴定的成员,但它在 细胞凋亡中并无十分明显的作用,主要参与IL-1β的 成熟和转运。
码的蛋白质为CED29 。后来发现,CED23 与哺乳动 物的白介素-1β转换酶(Caspase-1 ,原名ICE) 具有高 度同源性,CED24 、CED29 则分别与Apaf21 、 Bcl22 同源。
哺乳动物的ICE类蛋白是一组半胱氨酸蛋白酶 ,且 有以下共同特点:
(1) 和ICE 有同源性； (2) 有高度保守QACXG(X 为R、Q 或G) 五肽序列; (3) 有发挥酶活性所必须的半胱氨酸； (4) 特异地裂解天冬氨酸位点； (5) 前体蛋白均无活性,均需经蛋白水解后才产生
由于各种细胞凋亡信号的刺激，FasL(Fas ligand) 和TNF α作用于相应的受体，使得内源性Fas相关 死亡结构域(Fas associated death domain， FADD)和Fas发生直接的作用，生成FasL-FasFADD凋亡复合物而使细胞凋亡。而TNFR相关死 亡结构域(TNFR associated death domain， TRADD)通过与死亡域间的相互作用，与TNFR1 直接结合。间接使TNFR1和FADD相结合形成 TNFα-TNFR1-TRADD-FADD复合物。复合物形 成后FADD的死亡效应区即和Caspase-8酶原或 Caspase-10酶原结合。使Caspase酶原活化为有 活性的Caspase。活化的Caspase-8或10激活下 游的Caspase-3、6、7，最终导致细胞的凋亡。
细胞凋亡调控相关的基因及酶
细胞凋亡调控相关的基因及酶细胞凋亡是一种正常细胞程序性死亡的过程，它在维持生物体内部环境稳定、细胞发育、组织形成和免疫系统调节等方面起着重要作用。
细胞凋亡的调控涉及许多基因和酶，下面将介绍其中几个主要的调控因子。
1. Bcl-2家族基因：Bcl-2家族是细胞凋亡调控中最重要的家族之一。
它包括抑制凋亡的成员（如Bcl-2、Bcl-xL）和促进凋亡的成员（如Bax、Bak）。
这些基因通过调节线粒体膜通透性来控制细胞凋亡的发生。
Bcl-2和Bcl-xL通过抑制线粒体膜通透性转运蛋白Bax和Bak的活性，阻止线粒体释放细胞凋亡执行者酶，从而抑制细胞凋亡的发生。
2. c-Myc基因：c-Myc是一种转录因子，对细胞增殖和凋亡起着重要作用。
c-Myc在细胞生长、代谢以及凋亡调控中发挥着双重作用。
在细胞生长和代谢方面，c-Myc可以促进细胞周期进程和蛋白质合成，从而促进细胞增殖。
然而，在细胞凋亡调控中，c-Myc也能够诱导细胞凋亡的发生，通过抑制Bcl-2的表达或者直接调节凋亡相关基因的表达来实现。
3. p53基因：p53是一种重要的肿瘤抑制基因，也是细胞凋亡调控的关键因子。
在DNA损伤、细胞应激和肿瘤发生等情况下，p53被激活并调控多个靶基因的表达。
p53通过直接调控凋亡相关基因表达，如促凋亡基因PUMA和Bax的表达，或者通过调节凋亡相关信号通路的活性来诱导细胞凋亡。
4. Caspase家族酶：Caspase是一类半胱氨酸特异性蛋白酶，是细胞凋亡执行者酶。
Caspase家族包括半胱氨酸蛋白酶（如caspase-3、caspase-7）和半胱氨酸酶（如caspase-8、caspase-9）。
这些酶在细胞凋亡中起着关键作用，通过激活下游的凋亡效应蛋白，如DNA酶和核蛋白，从而引发细胞凋亡的级联反应。
5. IAP（抑制凋亡蛋白）家族：IAP家族是一类通过抑制Caspase的活性来抑制细胞凋亡的蛋白质。
IAP家族包括多个成员，如cIAP1、cIAP2和XIAP。
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caspase家族及在细胞凋亡中的作用注:本文仅是基础知识，目前这方面进展十分快，需要更新更多的知识。
如caspase家族目前发现至少14种。
这里仅介绍几种常见的成员。
目的是让大家了解到caspase家族的概况，以及在细胞凋亡中的作用。
一caspase家族蛋白酶的组成未活化的caspase家族蛋白酶是以酶原形式存在的，酶原的氨基端有一段被称为“原结构域”(pro-domain)的序列。
酶原活化时不但要将原结构域切除，并且要将剩余部分剪切成一大一小两个亚基，分别称为P20和P10，活性酶就是由这两种亚基以(P20/P10)2的形式组成的。
这种活化反应也是Asp特异的，剪切发生在酶原中保守序列的Asp与其后的氨基酸残基之间，一般是先切下羧基端的小亚基，然后再从大亚基的氨基端切去原结构域。
这种剪切可以是酶原及中间活性酶自我催化，也可以是其它ICE家族蛋白酶的作用，还有其它酶类如颗粒酶B参与。
表5. caspase家族蛋白酶的识别序列及作用底物蛋白酶名称别名识别序列底物caspase 1 ICE YV AD pro-IL-1 , pro-caspase 3, pro-caspase 4caspase 4 TX, ICH-2, ICErel-II pro-caspase 1caspase 5 ICErel-III, TYmICH3mICH4caspase 2 ICH-1 PARPcaspase 9 ICE-LAP6, Mch6 PARPcaspase 3 CPP32, Yama, apopain DEVD PARP, DNA-PK, SRE/BP, rho-GDI, KCcaspase 6 Mch2 VEID lamin Acaspase 7 Mch3, ICE-LAP3, CMH-1 DEVD PARP, pro-caspase 6caspase 8 MACH, FLICE, Mch5 DEVD pro-caspase3,4,7,9,10caspase 10 Mch4 YV ADcaspase 11 ICH3, FLICE2CED-3已命名的caspase家族成员均已克隆成功，它们不但在氨基酸序列上具有同源性，而且在空间结构上也很相似。
目前已经获得了caspase-1(ICE)和caspase-3(CPP32)的X线结晶图像，结果显示它们具有相似的空间结构，在P20的C端和P10的N端有200多个氨基酸残基的序列尤为保守，在空间结构上组成相似的折叠中心和相邻的螺旋，保守的、对蛋白酶活性有特殊意义的氨基酸残基均位于这一段，并形成特定的结构。
不同源的序列主要存在于P20的N端和P20与P10交界处，这两个部位的氨基酸残基在蛋白酶活化过程中一般被全部或部分切除。
所有的成员都保守性地包含有与底物P1Asp作用的氨基酸残基，如在ICE中，它们是催化中心的Cys285，与酶/抑制剂复合物的巯基半缩醛以氢键结合的His237，以及可以稳定反应中间物氧阴离子的Gly238。
另外，Arg179、Arg341、Gln383和Ser347形成容纳P1Asp的“口袋”，Ser339靠近Cys285的巯基，以氢键结合P1位的酰胺。
与P2~P4作用的氨基酸残基则变异比较大，这可能是各个成员识别不同底物的特异性之所在。
在活性Cys周围的氨基酸序列也很保守，一般都有Gln-Ala-Cys-Arg-Gly(QACRG)五肽序列，在caspase-8、caspase-10中为QACQG，在caspase-9中是QACGG，这三个成员都有一个氨基酸残基的变异，但这种变异不影响蛋白酶的剪切活性和特异性。
二caspase家族蛋白酶的结构与功能按照结构同源性的大小，可以将caspase蛋白酶分为三个组，分别以caspase-1、caspase-2和caspase-3为代表。
其中最重要的是caspase-1、caspase-3 和caspase-8。
(一)caspase-1(ICE)(二)caspase-3(三)caspase-8(四)其它caspase蛋白酶(一)caspase-1(ICE)1. ICE的结构与生物学作用ICE即IL-1b转化酶(IL-1b converting enzyme)，是单核细胞合成的一种蛋白酶，可以将34kD 的IL-1b前体(pro-IL-1b )剪切为17kD的成熟IL-1b ，这种剪切对于IL-1b活性的发挥是必须的。
不表达ICE的细胞系转化IL-1b基因后可以产生pro-IL-1b，但不能分泌有活性的成熟IL-1b；ICE特异性抑制剂可以阻断金黄色葡萄球菌刺激引起的IL-1b的分泌。
ICE属于半胱氨酸蛋白酶，活性中心有高活性的巯基，对氧化剂很敏感，但对丝氨酸蛋白酶、金属蛋白酶或天冬氨酸蛋白酶的抑制剂不敏感。
(1)ICE活化时的剪切过程：ICE基因定位于11q13-23，编码的ICE前体(pro-ICE)全长404aa，约45kD，蛋白酶活性中心是位于283~287位置的Gln-Ala-Cys-Arg-Gly(QACRG)五肽序列，其中Cys285是发挥酶切活性的关键残基。
在活化过程中pro-ICE在4个位点Asp103~Ser104、Asp119~Asn120、Asp297~Ser298和Asp316~Ala317进行自我催化剪切形成两个片段P20和P10，P20和P10首先形成异源二聚体，然后两个P20/P10异源二聚体再通过P10小亚基多聚化形成同源二聚体，所以ICE的活性形式是(P20/P10)2。
pro-ICE活化过程中的剪切并不是在四个酶切位点同时进行的，最先被剪切的是第三个位点(Asp297~Ser298)，形成P35和P12两个片段，P35的酶切活性比pro-ICE要高，它既可以进一步在第三个酶切位点剪切其它pro-ICE，还可以剪切其它三个酶切位点，形成P20和P10两个片段，再由P20和P10形成四聚体。
四聚体形式的ICE酶切活性非常强，实验证明即使在单核细胞大量分泌IL-1时，细胞浆中活性形式的ICE也仅占很小的比例。
从pro-ICE上剪切下来的原结构域可以抑制ICE的进一步剪切，这可能是一种反馈机制。
(2)ICE识别的剪切位点和特异性抑制剂：ICE识别的剪切位点是一个四肽序列，除了在P1位置的Asp外，还要求在P4位置的氨基酸残基具有一个较大的疏水性集团，P2和P3位置上的氨基酸的变异则较大，P1’位置上一般是一个较小的疏水性氨基酸。
根据这一研究结果，人们合成了ICE的人工特异性四肽底物YV AD，醛化的YV AD(Ac-YV AD-CHO)是ICE的特异可逆抑制剂，醯酮化YV AD(Ac-YV AD-CMK)是特异性不可逆抑制剂。
YV AD抑制剂可以抑制单核细胞中成熟IL-1的释放，而对其它细胞因子的释放没有作用，在体的实验也有同样的结果，说明这些特异性抑制可能具有一定的临床实用前景。
牛痘病毒产生的一种38kD的蛋白质CrmA(cytokine response modifier A)与丝氨酸蛋白酶抑制剂(serpin)很相似，但它并不抑制丝氨酸蛋白酶的活性，反而抑制ICE的活性。
研究发现这是因为CrmA的氨基酸序列中有LV AD四肽结构，与ICE的特异性抑制剂YV AD很相似，可以作为假底物结合ICE，阻断ICE对pro-IL-1的剪切，从而降低IL-1的分泌。
所以CrmA在病毒感染时可以干扰宿主的炎症反应，促进病毒在体内的复制。
(3)ICE的空间构型：利用不可逆的抑制剂Ac-YV AD-CMK，Walker等于1994年获得了活性ICE的X线结晶图像。
分析发现，ICE是首先由P20/P10构成一个完整的结构域，然后两个相同的结构域再通过P10结合成一个蛋白酶。
在P20/P10异源二聚体中，中心位置是由6个折叠股组成，其中4个来自于P20呈平行排列，另两个来自P10，其中一个与P20的4个折叠股平行排列，另一个则呈反平行排列。
折叠股形成的核心周围是由分别来自P20和P10的螺旋所包围。
两个P20/P10异源二聚体以反平行方式通过P10结合在一起，在外表形成一个可以容纳底物P1Asp侧链羧基基团的“口袋”。
这个“口袋”由P20的Arg179、Gln283和P10的Arg341、Ser347组成，Gly238和His237也参与这种构型的维持，活性中心的Cys285通过氢键与底物结合。
对ICE/CED-3家族其它成员的研究发现，在ICE中形成活性中心的氨基酸序列和形成容纳底物的“口袋”的四个氨基酸都很保守，提示它们可能具有相似的空间结构。
2. ICE在细胞凋亡中的作用Yuan等于1993年将CED-3基因克隆出来，发现它所编码的蛋白质的与人ICE很相似，在一级结构上有28%的同源性。
CED-3包含503个氨基酸残基，有100aa富含丝氨酸，与ICE 的同源性主要表现在非富含丝氨酸的区域，尤其是羧基端的115aa，与ICE同源性高达43%，其中也包含活性中心QACRG(361~365)。
CED-3可能象ICE一样，也是一种半胱氨酸蛋白酶，通过剪切底物蛋白来参与细胞凋亡。
ICE是人体中CED-3的同源物，可以发挥与CED-3相似的作用，参与人体细胞的凋亡过程。
用ATP或过量内素毒素刺激单核细胞，可以通过活化ICE增加IL-1b的分泌，这些刺激同时也可以促进细胞凋亡。
将ICE cDNA转染入大鼠成纤维细胞系中过量表达ICE可以引起细胞凋亡，这种凋亡可以被牛痘病毒蛋白CrmA或细胞凋亡拮抗蛋白BCL-2所抑制；如果在转染前将ICE基因中编码酶切活性中心的氨基酸残基(Cys285、Gly287)突变，则不能诱导细胞发生凋亡；将CrmA导入鸡背根神经节细胞可以阻断撤除神经生长因子而引起的神经元细胞的凋亡过程。
但是有些研究与上述结果不相吻合：稳定高表达IL-1的细胞系并不自动发生凋亡；ICE 基因剔除的小鼠虽然不能分泌成熟IL-，但其发育并不受影响，也不发生自身免疫性疾病，这些小鼠的胸腺细胞和巨噬细胞在受到特定信号刺激后仍能发生凋亡；在具有ICE活性的细胞中用YV AD抑制ICE活性后，细胞凋亡过程也不受影响；凋亡的鸡细胞DU249的细胞提取液不具有剪切pro-IL-1的能力，但凋亡的DU249细胞提取液的另一种成分prICE(proteolytic resembling ICE)则可以将不能作为ICE底物的PARP剪切成典型的凋亡片段。
这些结果说明ICE本身可能不是人体细胞凋亡的真正效应剂，至少不是最主要的因素，在人体中可能有其它更重要的ICE样的蛋白酶参与细胞凋亡过程。
(二)caspase-31994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)。