caspase信号通路讲解
细胞凋亡的信号通路
山东农业大学学报(自然科学版),2015,46(4):514-518VOL.46N0.42015 Journal of Shandong Agricultural University(Natural Science Edition)doi:10.3969/j.issn.1000-2324.2015.04.007细胞凋亡的信号通路谢昆,李兴权红河学院生命科学与技术学院,云南蒙自661199摘要:细胞凋亡是细胞程序性死亡的一种方式，与自噬和坏死有明显的区别。
细胞凋亡的信号途径比较复杂，在凋亡诱导因子的刺激下经历不同的信号途径。
本文就细胞凋亡的三条信号通路——线粒体途径、内质网途径和死亡受体途径做一综述，以便为人们进一步了解细胞凋亡发生的机制，从而对癌症及其他一些相关疾病的治疗奠定基础。
关键词:细胞凋亡;信号通路;线粒体途径;内质网途径;死亡受体途径中图法分类号:R329.2+8文献标识码:A文章编号:1000-2324(2015)04-0514-05The Signal Pathway of ApoptosisXIE Kun,LI Xing-quanDepartment of Life Science and Technology/Honghe University,Mengzi661199,ChinaAbstract:Apoptosis is a process of programmed cell death which distinguishes from autophagy and necrosis.The signal pathways of apoptosis are complex and different under apoptosis induced factor stimulating.Three kinds of signal pathways of apoptosis including Mitochondrial pathway,Endoplasmic Reticulum pathway and Death Receptor pathway were summarized in this review in order to make people further comprehend the mechanism of apoptosis，so that it should make a basis for us all to treat cancer and other related diseases.Keywords:Apoptosis;signal pathway;Mitochondrial pathway;Endoplasmic Reticulum pathway;Death Receptor pathway细胞凋亡是细胞程序性死亡（Program cell death，PCD）中特有的一种细胞死亡方式，是细胞在一系列内源性基因调控下发生的自然或生理性死亡过程。
细胞凋亡信号通路的分子机制
细胞凋亡信号通路的分子机制细胞凋亡是一种广泛存在于生物体中的程序性死亡现象。
细胞凋亡发生于各种生物过程中，具有凋亡的细胞可迅速和无痛苦地被身体摆脱避免产生炎症反应和自身免疫。
细胞凋亡是一种复杂的多环节生物行为，对于了解人类疾病的发病机制和治疗方案等具有重要意义。
细胞凋亡信号通路是调控细胞凋亡的重要机制，其中包括两条信号通路: 线粒体通路和死亡受体通路。
线粒体通路是在胞质外的压力刺激下，线粒体释放细胞内酶出来，侵袭细胞核然后触发细胞凋亡。
其中，细胞凋亡激酶(caspase) 是不可或缺的，是控制凋亡的关键酶。
线粒体膜通透性转换蛋白(Bcl-2家族) 是调控线粒体膜完整性的一类基因，包括反应史上第一个被发现的抑制凋亡基因 Bcl-2 和在调节凋亡中起作用的调节凋亡基因 (Bax)、墓碑蛋白 (Bad)、Bim 和诱导凋亡的 T-细胞产生抑制因子 (IAPs) 等。
死亡受体通路是依靠死亡受体家族及其相关蛋白介导的细胞凋亡通路。
TNF 受体家族 (TNFR) 中，包括 TNFR1 和 Fas(CD95/APO-1) 等死亡受体，通过与其相关的TNF-α、FasL 和TRAIL 进行配体结合，再通过其五种高度相互调节的信号通路，刺激及中介细胞内调节家族的调节因子激活，导致 caspase 活性、氧化应激、线粒体膜通透性等发生改变，从而使细胞凋亡。
细胞凋亡和存活之间的平衡是涉及细胞凋亡的调节，包含了一些因子的调节，其中包括蛋白激酶 A (PKA)、p53、骨钙素相关肽基因相关肽 (CGRP)、TNF-α 和口罩相关蛋白 (CFRP) 等。
p53 在许多细胞类型中发挥着重要作用，其调控了数百个基因，其中包括非细胞凋亡基因如 p21 和 Gadd45，以及与细胞凋亡有关的基因如 Bax、Fas/APO-1、PUMA 和 NOXA 等。
总的来说，细胞凋亡信号通路的分子机理非常复杂。
但是，通过探究细胞凋亡信号通路的分子机制，有利于了解许多疾病的发病机制和治疗方法，如肿瘤、免疫系统失调以及生殖障碍等。
丹参酮ⅡA通过NLRP3Caspase-1信号通路对心肌成纤维细胞的保护作用
基金项目：国家自然科学基金项目（８１７０１８８７）———ＰｒｏｔｅｃｔｉｎＤＸ调节中性粒细胞活化在脓毒症致急性肺损伤中的作用及其机制研究；湖北省自然科学基金项目（２０２０ＣＦＢ５７７）作者简介：郑鹏（１９８６ １０—），男，博士，主治医师，研究方向：脓毒症，Ｅ ｍａｉｌ：ｚｈｐ２０１４ｄ＠１２６ ｃｏｍ通信作者：冯俊（１９７８ ０７—），男，博士，副主任医师，研究方向：脓毒症，Ｅ ｍａｉｌ：ａｎｄｙｔｅｒｒｙ５５５＠１６３ ｃｏｍ丹参酮ⅡＡ通过ＮＬＲＰ３／Ｃａｓｐａｓｅ １信号通路对心肌成纤维细胞的保护作用郑 鹏１ 王俊帅１ 占大钱１ 王 敏１ 夏海发２ 刘旭东１ 明晓青１ 周代星１ 冯 俊１（１华中科技大学同济医学院附属同济医院急诊内科，武汉，４３００００；２华中科技大学同济医学院附属协和医院麻醉科，武汉，４３００００）摘要 目的：探讨丹参酮ⅡＡ对心肌成纤维细胞损伤的保护作用及可能机制。
方法：分离和培养大鼠心肌成纤维细胞（ＣａｒｄｉａｃＦｉｂｒｏｂｌａｓｔ，ＣＦｓ）。
以脂多糖（ＬＰＳ）刺激ＣＦｓ建立脓毒症心肌损伤体外模型，以不同浓度丹参酮ⅡＡ预处理ＣＦｓ３０ｍｉｎ后，给予ＬＰＳ刺激，设对照组，ＬＰＳ模型组，ＬＰＳ＋不同浓度ＴＳＡ（２μｍｏｌ／Ｌ、１０μｍｏｌ／Ｌ、５０μｍｏｌ／Ｌ）组；采用蛋白质免疫印迹试验法（Ｗｅｓｔｅｒｎｂｌｏｔｔｉｎｇ）检测ＣＦｓ的ＮＬＲＰ３和Ｃａｓｐａｓｅ １蛋白表达水平，酶联免疫吸附试验（ＥＬＩＳＡ）检测细胞上清中ＩＬ １β和ＩＬ １８的含量。
结果：ＬＰＳ刺激２４ｈ后，ＣＦｓ的ＮＬＲＰ３蛋白的表达水平最高。
ＬＰＳ模型组ＮＬＲＰ３和Ｃａｓｐａｓｅ １蛋白的表达较对照组明显升高（Ｐ＜０ ０１）。
与ＬＰＳ模型组比较，丹参酮ⅡＡ（１０μｍｏｌ／Ｌ、５０μｍｏｌ／Ｌ）处理组ＮＬＲＰ３和Ｃａｓｐａｓｅ １蛋白的表达均明显降低（Ｐ＜０ ０５）；丹参酮ⅡＡ处理组的ＩＬ １β和ＩＬ １８水平均明显低于ＬＰＳ模型组（Ｐ＜０ ０５）。
细胞生物学名词解释
细胞拆合：“细胞质工程” 又称“细胞拆合工程”，是通过物理或化学方法将细胞质与细胞核分开，再进行不同细胞间核质的重新组合，重建成新细胞。
可用于研究细胞核与细胞质的关系的基础研究和育种工作。
血影：人的红细胞经低渗处理后，质膜破裂，同时释放出血红蛋白和胞内其他可溶性蛋白，这时红细胞仍保持的基本形态和大小，这种结构称为血影。
泛素依赖性降解途径：在E1,E2,E3三种酶的催化下，通过一系列级联反应将泛素连接到靶蛋白上，最后由26S蛋白酶特异性识别被泛素化的底物并将其降解，同时释放出泛素单体以备循环利用。
协同运输：两种溶质协同跨膜运输的过程。
两种溶质运输方向相同称为同向协同运输，相反则称为反向协同运输，是一种简接消耗ATP的主动运输过程。
Caspase蛋白酶：caspase是一类结构类似、与细胞凋亡有关的的蛋白酶家族。
它们的活性位点均包含半胱氨酸残基，能够特异性的切割靶蛋白天冬氨酸残基上的肽键，负责选择性地切割某些蛋白质，切割的结果是使靶蛋白活化或失活。
信号识别颗粒：（SRP）在真核生物细胞质中一种小分子RNA和六条不同多肽构成的RNP 颗粒，识别并结合从核糖体中合成出来的内质网信号序列，指导新生多肽和核糖体和mRNA 附着到内质网膜上。
胞吞作用：通过质膜内陷形成膜泡，将细胞外或细胞质膜表面的物质包裹到膜泡内并转运到细胞内。
（胞饮和吞噬作用）细胞信号通路：通过信号分子与受体的相互作用，将外界信号经细胞质膜传递至细胞内部，通常传递至细胞核，并引发特异生物学效应的过程。
核小体：由DNA和组蛋白形成的染色质基本结构单位。
每个核小体由147 bp的DNA缠绕组蛋白八聚体近两圈形成。
核小体核心颗粒之间通过60bp左右的连接DNA相连。
G蛋白偶联的受体：一类在质膜上7次跨膜的受体。
配体与特异性受体的结合，导致受体的构象改变，与G蛋白亲和力也随之增加，从而通过G蛋白的耦联向下游传递信号。
微管组织中心（MTOC）：在细胞中微管起始组装的地方，如中心体，基体等部位。
Caspase的活化及其在细胞凋亡中的作用
当细胞受到某些刺激时，线粒体释放出促凋亡因子，如 Bcl-2家族的成员，这些因子会激活Caspase-9，进而激活 下游的Caspase，引发细胞凋亡。
内质网途径
当内质网应激时，会释放出Ca2+和活性氧，这些物质会 激活Caspase-12，进而引发细胞凋亡。
04 Caspase活化的研究方法
Caspase的活化及其在细胞凋亡 中的作用
目 录
• 引言 • Caspase的概述 • Caspase在细胞凋亡中的作用 • Caspase活化的研究方法 • Caspase活化与疾病的关系 • 展望与未来研究方向
01 引言
研究背景
细胞凋亡是生物体内一种重要的生理过程，它涉及到一系列复杂的分子事件和信 号转导途径。Caspase是一类在细胞凋亡过程中起关键作用的蛋白酶，其活化是 细胞凋亡的标志之一。
细胞凋亡的概述
01
细胞凋亡是细胞自我消亡的过程，是机体正常发育和维持内环 境稳定的重要机制。
02
细胞凋亡是由基因控制的程序性死亡，涉及一系列复杂的生化
反应。
细胞凋亡过程中，细胞膜保持完整，不会引起周围组织的炎症
03
反应。
Caspase在细胞凋亡中的角色
01
Caspase是一类蛋白酶，在细胞凋亡过程中起关键作 用。
当死亡受体（如Fas或TNFR）与其配体结合后，会募集并活化Caspase-8，引发细胞凋亡。
线粒体途径
当细胞受到某些刺激时，线粒体释放凋亡因子（如Cytochrome c），与Caspase-9前体结合 形成复合物，激活Caspase-9，进而活化效应Caspase引发细胞凋亡。
03 Caspase在细胞凋亡中的 作用
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。
科研的成功之路(pathway)上绕不过去的靶点—caspase!
科研的成功之路（pathway）上绕不过去的靶点—caspase！订阅号APExBIO5月1，Nature在线刊登了北京生命科学研究所（NIBS）邵峰院士组的一篇名为“Chemotherapy drugs induce pyro ptosis through caspase-3 cleavage of a Gasdermin”的研究性论文，该研究揭示了化疗药物诱导的细胞焦亡是通过活化的caspase-3对Gasdermin E（GSDME）的切割完成的。
GSDME在很多癌细胞中不表达或低表达而在正常组织中高表达，该研究发现化疗药物通过GSDME介导的细胞焦亡会杀死一些正常的细胞，而Gsdme-/- 基因敲除的小鼠可以免受化疗药物带来的组织损伤和体重减轻，为癌症化疗提出了全新见解。
“中国最年轻院士”邵峰，图片来源于网络细胞焦亡（pyroptosis或pyroptotic cell death）又称细胞炎性坏死，是一种程序性细胞坏死，表现为细胞不断胀大直至细胞膜破裂，导致细胞内容物的释放进而激活强烈的炎症反应。
细胞焦亡的形态学特征、发生及调控机制等均不同于凋亡、坏死等其它细胞死亡方式。
细胞焦亡是机体一种重要的天然免疫反应，在抗击感染中发挥重要作用。
过度的细胞焦亡会诱发包括败血症在内的多种炎症和免疫性疾病。
目前认为，细胞焦亡由包括caspase-1和caspase-4/5/11在内的炎性caspase活化而诱发。
Caspase-1在病原信号诱导形成的炎症小体复合物作用下被激活；邵峰实验组之前的研究证实caspase-4/5/11是细菌脂多糖（LPS，又称内毒素）的胞内受体，在结合LPS后发生寡聚而被活化。
然而，20多年来人们对于炎性caspase如何诱导细胞焦亡的机理一直完全不清楚。
直到2015年，来自邵峰课题组和美国Genentech的研究人员发现了caspase 诱导细胞焦亡的机制，即发现了一个所有炎性caspase1/4/5/11的共同底物蛋白GSDMD，炎性caspase通过切割GSDMD释放其N端结构域而引发细胞焦亡。
caspase信号通路
细胞外途径：
细胞死亡信号蛋白盘 绕粘附到它的同源细 胞表面接收器上，死 亡配体与其受体结合， 导致其死亡结构域相 互积聚，并与转接器 分子的死亡结构域相 互结合，使死亡受体 分子活化。导致细胞 内pro- caspase 局 部聚集，FADD与募 集的pro- caspase 8地DED（长原域中 包含的死亡效应域结 合形成信号复合物， 使pro- caspase -8 自我水解、活化，形 成活性caspase -8。 激活的caspase -8激 活下游caspase，引 起细胞凋亡。
2. 当信号分子是多肽时：只能与细胞膜上的蛋白质等受体结合，这些受体大都 是跨膜蛋白，通过构象变化，将信号从膜外域传到膜内域，然后再与下一级 别受体作用，通过磷酸化等修饰化激活下一级别通路。
接收
转导
效应
Caspase
信号通 路
细胞外途径
细胞内途径
细胞内途径：
由线粒体介导的内源 性凋亡通路是哺乳动 物细胞程序性死亡的 主要途径。 凋亡刺激-死亡促进因 子（DPF），包括细 胞色素C、凋亡诱导 因子（AIF）、促死 亡蛋白、 caspase酶 原的释放-dATP、 ATP存在下活化 caspase-细胞凋亡。
在正常的细胞内，每一种caspase都是以非活性状态存在的，这种非活 性的caspase称作酶原（zymogen），它是酶的非活性前体，其肽链 比有活性时长一些，将多出的部分切除，就转变成有活性的caspase。
Caspase家族
Caspase家族蛋白酶的识别序列及作用底物 Casቤተ መጻሕፍቲ ባይዱase家族蛋白酶的结构特征 Caspase家族蛋白酶的同源性 Caspase蛋白酶在细胞凋亡中的活化顺序 Caspase蛋白酶在死亡受体介导的细胞凋亡 中起着中心的作用 Caspase蛋白酶家族
caspase信号通路详解
信号通路（signal pathway） ： 分类：
当细胞里要发生某种反应时，信号从细胞外到细胞内传递了一种信息，细胞要根 据这种信息来做出反应的现象，叫做信号通路。
1. 当信号分子是胆固醇等脂质时：可以轻易穿过细胞膜，在细胞质内与目的受 体相结合； 2. 当信号分子是多肽时：只能与细胞膜上的蛋白质等受体结合，这些受体大都 是跨膜蛋白，通过构象变化，将信号从膜外域传到膜内域，然后再与下一级 别受体作用，通过磷酸化等修饰化激活下一级别通路。
Caspase家族蛋白酶的识别序列及作用底物
蛋白酶 caspase 1 caspase 4 caspase 5 mICH3 mICH4 caspase 2 caspase 9 caspase 3 caspase 6 caspase 7 caspase 8 caspase 10 caspase 11 CED-3 别名 ICE TX, ICH-2, ICErel-II ICErel-III, TY 序列 底物 YVAD pro-IL-1b , pro-caspase 3, pro-caspase 4 pro-caspase 1
在正常的细胞内，每一种caspase都是以非活性状态存在的，这种非活性 的caspase称作酶原（zymogen），它是酶的非活性前体，其肽链比有活 性时长一些，将多出的部分切除，就转变成有活性的caspase。
Caspase家族蛋白酶的识别序列及作用底物
Caspase家族蛋白酶的结构特征 Caspase家族蛋白酶的同源性 Caspase蛋白酶在细胞凋亡中的活化顺序 Caspase蛋白酶在死亡受体介导的细胞凋亡 中起着中心的作用 Caspase蛋白酶家族
基于caspase-3
doi:10.3971/j.issn.1000-8578.2023.22.1114基于caspase-3/Bcl-2/Bax 信号通路探究SMAC 基因对肺腺癌细胞紫杉醇敏感度及 细胞活性的影响陈康，陈颖，牛宗新，康莉，祖里培亚·艾拜都拉Effect of SMAC Gene on Sensitivity of Lung Adenocarcinoma Cells to Paclitaxel and Cell Viability Based on caspase-3/Bcl-2/Bax Signaling PathwayCHEN Kang, CHEN Ying, NIU Zongxin, KANG Li, ZULIPEYA . AibaidulaDepartment of Thoracic Surgery, Xinjiang Uygur Autonomous Region People’s Hospital, Urumchi 830000, ChinaCorrespondingAuthor:CHENYing,E-mail:*****************Abstract: Objective To investigate the effect of the SMAC gene on paclitaxel sensitivity and cellular activity in lung adenocarcinoma cells based on the caspase-3/Bcl-2/Bax signaling pathway. Methods A paclitaxel-resistant cell line A549/Taxol was established for lung adenocarcinoma, and the cells were divided into four following groups: pcDNA-NC (transfected with pcDNA-NC blank vector), pcDNA-SMAC (transfected with pcDNA-SMAC vector), siRNA-NC (transfected with siRNA-NC empty virus vector), and siRNA-SMAC groups (transfected with siRNA-SMAC lentiviral vector). The SMAC mRNA expression in cells was detected by qRT-PCR; cell sensitivity was detected by MTT; cell proliferation ability was detected by cloning assay; cell invasion ability was detected by Transwell; apoptosis ability was detected by flow cytometry assay; and caspase-3, Bcl-2 and Bax protein expression in cells were detected by Western blot analysis. Results The SMAC mRNA expression was significantly lower in A549 cells compared with BEAS-2B cells (P <0.05). The SMAC mRNA expression was significantly higher in the pcDNA-SMAC group than that in the pcDNA-NC group cells (P <0.05). The SMAC mRNA expression was significantly lower in the cells of the siRNA-SMAC group (P <0.05) than that in the siRNA-NC group. The SMAC mRNA expression was significantly lower in the cells of the siRNA-SMAC group (P <0.05) than in the siRNA-NC group. Compared with the pcDNA-NC group, the cell IC 50, cell clone number, cell invasion ability, and Bcl-2 protein and Bcl-2/Bax ratio were significantly lower in the pcDNA-SMAC group, the cell resistance index reversal was 2.51-fold, and the apoptosis ability and caspase-3, as well as Bax protein expression, were significantly higher (P <0.05). Compared with the siRNA-NC group, cell IC 50, cell clone number, cell invasion ability, and Bcl-2 protein and Bcl-2/Bax ratio were significantly higher in the siRNA-SMAC group, and apoptosis ability and caspase-3 and Bax protein expression were significantly lower (P <0.05). Conclusion High expression of SMAC increases paclitaxel sensitivity, inhibits cell growth and invasion, promotes apoptosis in lung adenocarcinoma cells, and has a regulatory effect on the caspase-3/Bcl-2/Bax signaling pathway.Key words: caspase-3/Bcl-2/Bax signaling pathway; SMAC gene; Lung adenocarcinoma cells; Paclitaxel resistance sensitivity; Proliferation; Invasion; ApoptosisFunding: Natural Science Foundation of Xinjiang Uygur Autonomous Region (No. 2017D01C136)Competing interests: The authors declare that they have no competing interests.收稿日期：2022-09-26；修回日期：2022-10-14基金项目：新疆维吾尔族自治区自然科学基金（2017 D01C136）作者单位：830000 乌鲁木齐，新疆维吾尔自治区人民医院胸外科 通信作者：陈颖（1978-），女，硕士，主任医师，主要从事肺癌化疗方面的工作，E-mail: *****************作者简介：陈康（1980-），男，硕士，主任医师，主要从事肺癌基础研究，ORCID: 0009-0002-5937-5360·基础研究·摘 要：目的 基于caspase-3/Bcl2/Bax 信号通路探究SMAC 基因对肺腺癌细胞紫杉醇敏感度及细胞活性的影响。
caspass1通路调控机制
caspass1通路调控机制
Caspase 1 是一种重要的炎症相关蛋白酶，参与调节炎症反应和免疫应答。
Caspase 1的活性受到多种机制的调控。
1. 转录调控：Caspase 1基因的表达受到多个转录因子的调控，如NF-κB、AP-1等，它们能够结合在Caspase 1基因的启动子区域上，促进或抑制Caspase 1的转录。
2. 翻译后修饰：Caspase 1的活性可以通过翻译后修饰来调控。
例如，Caspase 1的自我断裂（autocleavage）是其激活的重要步骤之一，这一过程受到其他蛋白酶的调控，如Caspase 8、Caspase 11等。
3. 组蛋白修饰：组蛋白修饰也参与了Caspase 1的调控。
研究表明，组蛋白去乙酰化修饰酶（HDACs）和组蛋白甲基转移酶（HMTs）可以调控Caspase 1特定位点上的甲基化、乙酰化等修饰，从而影响Caspase 1的活性和功能。
4.反式调控：一些信号通路分子可以与Caspase 1发生反式调控，调节Caspase 1的活性与功能。
例如，NLRP3炎症小体信号通路被认为是Caspase 1激活的一个重要启动机制。
总的来说，Caspase 1的活性和表达受到多种机制的调控，包括转录调控、翻译后修饰、组蛋白修饰和反式调控等。
这些调控机制的研究有助于深入了解炎症反应和免疫应答的调控机制，并有望为相关疾病的治疗提供新的治疗策略。
STING-Caspase-1信号通路对创伤性颅脑损伤大鼠认知功能障碍的作用
STING-Caspase-1信号通路对创伤性颅脑损伤大鼠认知功能障碍的作用作者：齐曼曼王旭鹏李妍孙文波来源：《新医学》2021年第05期【摘要】目的探讨干扰素基因刺激蛋白（STING）-半胱天冬酶（Caspase-1）信号通路在颅脑创伤致大鼠认知功能障碍中的作用。
方法将48只清洁级雄性SD大鼠随机分为4组，假手术组（S组）、模型组（M组）、STING抑制剂C-176组（C组）和STING激动剂ADU-s100组（A组）各12只。
通过重物自由落体撞击硬脑膜法建立创伤性颅脑损伤（TBI）模型。
M组、C组和A组大鼠建立TBI模型后，C组和A组分别经腹腔注射C-176 10 mg/kg和ADU-s100 10 mg/kg。
S组只行骨瓣开窗术。
建模后第7日行Morris水迷宫测试评估大鼠认知功能，然后处死大鼠取其海马组织，采用免疫荧光法测定STING/胶质纤维酸性蛋白（GFAP）、活化Caspase-1/Neuron表达情况。
结果与S组比较，M组、C组和A组大鼠Morris水迷宫测试的潜伏期延长，穿越平台次数减少，目标象限停留时间缩短，STING/GFAP、活化Caspase-1/Neuron阳性率上调（P均< 0.05）。
与C组比较，M组、A组大鼠潜伏期延长，穿越平台次数减少，目标象限停留时间缩短，STING/GFAP、活化Caspase-1/Neuron阳性率上調（P均< 0.05）。
与A组比较，M组大鼠潜伏期缩短，穿越平台次数增加，目标象限停留时间延长，STING/GFAP、活化Caspase-1/Neuron阳性率G下调（P均< 0.05）。
结论 STING-Caspase-1信号通路可能参与了TBI中认知功能障碍的病理生理过程。
【关键词】干扰素基因刺激蛋白;创伤性颅脑损伤;认知功能;细胞焦亡;大鼠;Morris水迷宫测试Effect of STING-Caspase-1 signaling pathway on cognitive impairment induced by traumatic brain injury in rat models Qi Manman， Wang Xupeng， Li Yan， Sun Wenbo. Department of Anesthesiology， Cangzhou Central Hospital， Cangzhou 061000， ChinaCorresponding author， Sun Wenbo， E-mail：151****************【Abstract】 Objective To explore the role of stimulator of interferon genes （STING）-Caspase-1 signaling pathway on cognitive impairment induced by traumatic brain injury （TBI） in rat models. Methods Forty-eight clean grade healthy male SD rats were randomly and evenly divided into the sham-operation group （S group）， model group （M group）， C-176 group （C group） and ADU-s100 group （A group）. TBI rat models were established by using a weight-drop head injury method. After the establishment of TBI rat models， C-176 （10 mg/kg） and ADU-s100 （10 mg/kg） were injected intraperitoneally in the C and A groups. Bone flap fenestration alone wasperformed in the S group. At 7 d after the model was established， Morris water maze was performed to assess the cognitive ability of rats. Then， the rats were sacrificed and the hippocampus was taken. Immunofluorescent staining was used to determine the expression levels of STING/glial fibrillary acidic protein （GFAP） and cleaved-Caspase-1/Neuron. Results Compared with the S group， the latency was significantly prolonged， the number of passing the platform was remarkably reduced，the time of stay in the target quadrant was considerably shortened， and the positive rates ofSTING/GFAP and cleaved-Caspase-1/Neuron were significantly up-regulated in the M， C and A groups （all P < 0.05）. Compared with the C group， the latency was significantly prolonged， the number of passing the platform was remarkably reduced， the time of stay in the target quadrant was considerably shortened， and the positive rates of STING/GFAP and cleaved-Caspase-1/Neuron were significantly up-regulated in the M and A groups （all P < 0.05）. Compared with the A group， the latency was significantly shortened， the number of passing the platform was remarkably increased，the time of stay in the target quadrant was considerably prolonged， and the positive rates of STING/GFAP and cleaved-Caspase-1/Neuron were significantly down-regulated in the M group （all P < 0.05）. Conclusion STING-Caspase-1 signaling pathway is probably involved with the pathophysiological process of cognitive impairment induced by TBI in rat models.【Key words】 Stimulator of interferon genes;Traumatic brain injury;Cognitivefunction;Pyroptosis;Rat;Morris water maze创伤性颅脑损伤（TBI）是一种常见的、预后不良的意外伤害，近几年发生率不断攀高[1-2]。
信号通路1-—-Apoptosis
信号通路1-—-Apoptosis信号通路1 —ApoptosisApoptosis凋亡的启动由激活机制紧密调节，因为⼀旦凋亡开始，其不可避免地导致细胞死亡。
⽐较清楚的两个激活机制分别是内源性途径（也称为线粒体途径）和外源性途径。
⼀、内源性途径：线粒体是多细胞⽣命所必需的。
没有他们，细胞停⽌有氧呼吸，迅速死亡。
线粒体蛋⽩ SMACs (second mitochondria-derived activator of caspases) 随着线粒体膜渗透性的增加被释放到细胞质中，与抑制凋亡蛋⽩(IAPs，inhibitors of apoptosis proteins)结合，使IAPs失活，促进凋亡。
细胞⾊素c在线粒体凋亡诱导通道（MAC）形成后也从线粒体释放到线粒体外膜中，细胞⾊素c被释放后，与凋亡蛋⽩酶激活因⼦-1（Apaf-1）和ATP结合，然后ATP 结合pro-caspase-9产⽣⼀种蛋⽩质复合物，被称为凋亡体。
然后召集并激活caspase-3，进⽽引发caspases级联反应，导致细胞凋亡。
⼆、外源性途径：1. TNF pathTNF-α是主要由活化的巨噬细胞产⽣的细胞因⼦。
⼈体中的⼤多数细胞具有两种TNF-α受体：TNFR1和TNFR2。
TNF-α与TNFR1的结合通过中间膜蛋⽩TRADD（TNF receptor-associated death domain）和FADD（Fas-associated death domain protein）来活化caspase通路。
这些活化的caspase可将细胞内的重要蛋⽩降解，引起细胞凋亡。
TNFR1的信号传导也可能以不依赖caspase的⽅式诱导细胞凋亡。
2. Fas pathFas受体（也称为Apo-1或CD95）是结合Fas配体（FasL）的TNF家族的跨膜蛋⽩。
Fas和FasL相互作⽤导致死亡诱导信号转导复合物（DISC）的形成，其包含FADD，caspase-8和caspase-10。
细胞凋亡的原理及不同信号通路
细胞凋亡概念细胞凋亡(apoptosis)是指为维持内环境稳定，在一定的条件下，细胞遵循固细胞凋亡与细胞坏死不同，细胞凋亡不是一件被动的过程，而是主动过程，它涉及一系列基因的激活、表达以及调控等的作用；它并不是病理条件下，自体损伤的一种现象，而是为更好地适应生存环境而主动争取的一种死亡过程。
从形态学上看，细胞凋亡是一变化的过程。
首先细胞变圆，随即与周围细胞脱离；细胞失去微绒毛，胞浆浓缩，内质网扩张呈泡状并与细胞膜融合，核染色质密度增高，凝聚在核膜周边；然后核染色质断裂为大小不等的片段，与某些细胞器如线粒体聚集在一起，被反折的细胞膜包围。
从外观上看，细胞表面产生了许多泡状或芽状突起；接着这些突起逐渐分隔，形成单个的凋亡小体(apoptotic body)；最后凋亡小体被邻近的正常细胞吞噬并消化。
细胞凋亡过程中有一些标志性的生物化学变化：细胞膜上的磷脂酰丝氨酸(PS)由膜内侧面翻到外侧面；胞质内蛋白酶活化，发生级联反应，同时有能量消耗、新基因转录或蛋白质合成等变化；细胞核内染色质DNA被核酸酶酶切成以核小体180～200bp为重复单位的片段，如果将从凋亡细胞中提取的DNA进行琼脂糖凝胶电泳，会形成梯状的DNA条带(DNA ladder)。
从细胞功能上看，细胞凋亡对多细胞生物体具有重要的意义。
一方面在生物发育过程中细胞凋亡可以清除没有功能的、不需要的、不正常的和有害的细胞，优化组织器官的结构和细胞数目，确保正常个体发育。
另一方面在生物体整个生命过程中，每天都会产生许多功能异常的细胞，如癌变细胞、衰老细胞、被微生物侵袭的细胞等。
细胞凋亡可以将这些细胞清除，并且由新诞生的功能正常的细胞替换。
因此，体内细胞的诞生和死亡处于动态平衡，从而维持机体组织器官中细胞数量稳定和功能正常。
细胞凋亡信号转导通路细胞凋亡的过程大致可分为以下几个阶段：接受凋亡信号→凋亡调控分子间的相互作用→蛋白水解酶的活化(Caspase)→进入连续反应过程。
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【摘要】细胞凋亡是一种重要的细胞死亡方式，由多种分子调控。
Caspase 和BCL-2蛋白家族在细胞凋亡中起关键作用。
Caspase是主要的凋亡调控蛋白酶，参与凋亡信号传导和执行。
BCL-2蛋白家族调节细胞生存和死亡，其中一些成员促进凋亡，而另一些抑制凋亡。
Caspase与BCL-2蛋白家族之间存在复杂的相互作用，调控细胞凋亡的进行。
研究进展显示，细胞凋亡在各种疾病中起着重要作用，如癌症和神经退行性疾病。
Caspase ,BCL-2蛋白家族与细胞凋亡调控机制对于疾病治疗具有重要意义。
未来的研究应该注重解析这些调控机制，探索潜在的临床应用，为疾病治疗提供新的方向和策略。
【关键词】关键词：Caspase、BCL-2蛋白家族、细胞凋亡、调控机制、相互作用、研究进展、疾病、重要性、未来研究方向、临床应用。
1. 引言1.1 细胞凋亡的定义细胞凋亡是一种程序性死亡形式，是生物体内一种重要的生理现象。
在细胞凋亡中，受到内外部环境刺激的细胞会按照一定的信号传导途径，通过活化特定的蛋白酶（Caspase）而发生程序性死亡。
与坏死不同，凋亡是一种高度有序、规范的细胞死亡过程，其过程可精确调控，不会引起身体的炎症反应。
细胞凋亡在生物体内担负着维持组织稳定、清除异常细胞、调控身体发育和免疫应答等重要功能。
细胞凋亡的过程往往伴随着细胞内外环境的变化，如DNA损伤、细胞内信号分子的改变等。
在接收到适当信号后，细胞会通过内在或外在通路触发凋亡程序。
通过对细胞凋亡调控机制的研究，人们可以深入了解细胞生命活动的调控规律，为疾病的治疗和预防提供新的思路。
细胞凋亡的定义不仅仅是细胞死亡的一种形式，更为我们揭示了生命活动中一种重要的规律和机制。
1.2 Caspase的作用Caspases是一类半胱氨酸蛋白酶，在细胞凋亡中扮演着至关重要的作用。
它们被称为“凋亡酶”，因为它们能够促进或执行细胞凋亡过程。
介导细胞凋亡的信号通路讲解
即死亡促进因子。 3、释放氧自由基 4、线粒体膜渗透性改变，线粒体内高渗
状态细胞骨架蛋白受压→凋亡
一、死亡受体的信号途径
• 参与死亡受体信号转导的接头蛋白： （死亡结构 域蛋白death domain protein）
P53的产物主要存在于细胞核内，在依赖P53蛋 白的细胞凋亡中，P53基因是通过调节Bc1-2和 Bax基因的表达来影响细胞凋亡的。P53蛋白能 特异地抑制Bc1-2的表达，相反对Bax的表达则 有明显的促进作用。研究表明，P53蛋白是Bax 基因的直接的转录活化因子。在这些细胞中， P53蛋白的积累和活动引起了细胞凋亡。
空泡化
固缩
出芽
边集
凋亡时细胞的形态学改变 凋亡小体
2、生化特征： ⑴胞浆内Ca2+浓度升高。 ⑵DNA内切酶活性被激活升高，双链DNA在 核小体之间切断形成10~185bp为基数的有序 片段。
⑶Ⅱ型谷氨酰胺转移酶和需钙蛋白酶（ Calpain）活性升高。
细胞凋亡的生化改变
DNA的片段 化断裂 蛋白质的降解
• MADD：活化MAP激酶的死亡结构域蛋白
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
细胞caspase8浓度不够
• 死亡受体活化，
•
细胞凋亡
•
切割Bid tBid从胞质到线粒体 CtyC 释放
4、活性氧（ROS）的生成增加、 Ca 2+内流增加也以促进Cyt C的释放 ， 从而导致细胞损伤。
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Caspase蛋白酶在死亡受体介导的细胞凋亡中起着中心的作用
1. Fas与配体结合而活化后， 2. 引起YVAD和zVAD敏感 的ICE家族蛋白酶活化， 3. 活化DEVD敏感的蛋白酶。 其中caspase-8是这一凋 亡过程中首先被活化的 ICE家族蛋白酶。 4. Caspase-8活化后， ① 剪切活化caspase-3、 caspase-7、 caspase-4、 caspase-9和 caspase-10，通过 这些蛋白酶剪切底物 使凋亡得以进行； ② 活性被CrmA所抑制， 籍此可作为细胞凋亡 负调控因素作用的环 节。
Caspase家族蛋白酶的识别序列及作用底物
蛋白酶 caspase 1 caspase 4 caspase 5 mICH3 mICH4 caspase 2 caspase 9 caspase 3 caspase 6 caspase 7 caspase 8 caspase 10 caspase 11 CED-3 别名 ICE TX, ICH-2, ICErel-II ICErel-III, TY 序列 底物 YVAD pro-IL-1b , pro-caspase 3, pro-caspase 4 pro-caspase 1
Caspase-2：
细胞发生凋亡时，48kDa的caspase-2先被一种caspase-3样蛋白酶在Asp316 剪切成p33和p14，然后再缓慢地在Asp152和Asp330处剪切为p18和p12组成的 活性蛋白酶，后一过程要在2~3h后才能完成。caspase-2可能参与CTL细胞的杀 伤作用，但它并不能被颗粒酶B直接活化，必须被一种caspase-3样蛋白酶活化。
Caspase家族蛋白酶的结构特征
Caspase家族蛋白酶的同源性 Caspase-1亚族：
Caspase-2亚族：
Caspase-1、4、5、11； Caspase-2、9； Caspase-3、6、7（细胞凋亡执行者）、8、10。
Caspase-3亚族：
Caspase蛋白酶在细胞凋亡中的活化顺序 分类：
信号通路 caspase信号通路 Caspase与细胞凋亡 前景与展望
信号通路（signal pathway） ： 分类：
当细胞里要发生某种反应时，信号从细胞外到细胞内传递了一种信息，细胞要根 据这种信息来做出反应的现象，叫做信号通路。
1. 当信号分子是胆固醇等脂质时：可以轻易穿过细胞膜，在细胞质内与目的受 体相结合； 2. 当信号分子是多肽时：只能与细胞膜上的蛋白质等受体结合，这些受体大都 是跨膜蛋白，通过构象变化，将信号从膜外域传到膜内域，然后再与下一级 别受体作用，通过磷酸化等修饰化激活下一级别通路。
含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶(cysteinyl aspartate specific proteinase，Caspase)：
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半胱 氨酸残基，能够特异性的切割靶蛋白天冬氨酸残基上的肽键，故名。
生理作用：
1. 真核细胞凋亡， 2. 细胞生长、 3. 分化与凋亡 作用机理：caspase负责选择性地切割某些蛋白质，从而造成细胞凋亡。
细胞外途径：
细胞死亡信号蛋白盘 绕粘附到它的同源细 胞表面接收器上，死 亡配体与其受体结合， 导致其死亡结构域相 互积聚，并与转接器 分子的死亡结构域相 互结合，使死亡受体 分子活化。导致细胞 内pro- caspase 局 部聚集，FADD与募 集的pro- caspase 8地DED（长原域中 包含的死亡效应域结 合形成信号复合物， 使pro- caspase -8 自我水解、活化，形 成活性caspase -8。 激活的caspase -8激 活下游caspase，引 起细胞凋亡。
1. 起始者 （initiators）， 起始Caspase在 外来蛋白信号的 作用下被切割激 活，激活的起始 Caspase对执行 者Caspase进行 切割并使之激活 2. 执行者 （executioners） 被激活的执行者 Caspase通过对 caspase靶蛋白 的水解，导致程 序性细胞死亡
Caspase蛋白酶家族 Caspase-1(ICE)， IL-1 转化酶(IL-1 converting enzyme)：
是单核细胞合成的一种蛋白酶，可以将34kD的IL-1 前体剪切为17kD的成熟IL-1， 这对于IL-1活性发挥是必须的。不表达ICE细胞系转化IL-1 基因后可产生pro-IL-1 ，但不能分泌有活性的成熟IL-1；ICE特异性抑制剂可以阻断金黄色葡萄球菌刺激 引起的IL-1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。
ICH-1 ICE-LAP6, Mch6 CPP32, Yama, apopain Mch2 Mch3, ICE-LAP3, CMH-1 MACH, FLICE, Mch5 Mch4 ICH3, FLICE2 DEVD VEID DEVD DEVD YVAD
PARP PARP PARP, DNA-PK, SRE/BP, rho-GDI, KCq lamin A PARP, pro-caspase 6 pro-caspase3,4,7,9,10
接收 转导 效应
细胞外途径
细胞内途径
细胞内途径：
由线粒体介导的内源 性凋亡通路是哺乳动 物细胞程序性死亡的 主要途径。 凋亡刺激-死亡促进因 子（DPF），包括细 胞色素C、凋亡诱导 因子（AIF）、促死 亡蛋白、 caspase酶 原的释放-dATP、 ATP存在下活化 caspase-细胞凋亡。
在正常的细胞内，每一种caspase都是以非活性状态存在的，这种非活性 的caspase称作酶原（zymogen），它是酶的非活性前体，其肽链比有活 性时长一些，将多出的部分切除，别序列及作用底物
Caspase家族蛋白酶的结构特征 Caspase家族蛋白酶的同源性 Caspase蛋白酶在细胞凋亡中的活化顺序 Caspase蛋白酶在死亡受体介导的细胞凋亡 中起着中心的作用 Caspase蛋白酶家族