半胱氨酸-天冬氨酸蛋白酶参与细胞凋亡的机制与进展
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启动剂 Ｃａｓｐａｓｅ－８在其氨基末端的结构域中含 有串联的死亡效应结构域（ＤＥＤ）基序，在羧基末端 含有活性蛋白酶结构域（ＣＡＳｃ）［８］。因此，在外源性 细胞凋亡通 路 中，Ｃａｓｐａｓｅ－８作 为 关 键 蛋 白 酶 参 与 了哺乳 动 物 的 外 源 性 细 胞 凋 亡 信 号 的 传 导［９－１０］。 凋亡信号的传导依赖于死亡配体与受体（ＤＲ）的结 合及受体的死亡结构域与信号转导分子结合，诱发 凋亡的开始。
Ｃａｓｐａｓｅｓ蛋白酶是以其在控制细胞凋亡和细胞 炎症中的作用而被人们所认识的一组蛋白水解酶。 其中 Ｃａｓｐａｓｅ－２、Ｃａｓｐａｓｅ－３、Ｃａｓｐａｓｅ－６、Ｃａｓｐａｓｅ－ ７、Ｃａｓｐａｓｅ－８、Ｃａｓｐａｓｅ－９和 Ｃａｓｐａｓｅ－１０是凋亡性 半胱氨酸 －天冬氨酸蛋白酶，而 Ｃａｓｐａｓｅ－１、Ｃａｓｐａｓｅ －４、Ｃａｓｐａｓｅ５、Ｃａｓｐａｓｅ－１１和 Ｃａｓｐａｓｅ－１２则更多 参与细胞的炎症反应。同时，又将凋亡性 Ｃａｓｐａｓｅｓ 蛋白酶细分为启动子和效应子。其中因 Ｃａｓｐａｓｅ－ ２、Ｃａｓｐａｓｅ－８、Ｃａｓｐａｓｅ－９、Ｃａｓｐａｓｅ－１０的结构中包 含死亡效应结构域（ＤＥＤ）或 Ｃａｓｐａｓｅｓ募集结构域 （ＣＡＲＤ）［４］，介导产生相应的凋亡信号，启动细胞凋 亡程序，称为启动性 Ｃａｓｐａｓｅｓ；Ｃａｓｐａｓｅ－３、Ｃａｓｐａｓｅ－ ６、Ｃａｓｐａｓｅ－７可以被上游的启动子激活，通过裂解 细胞的结构蛋白和功能蛋白，使细胞解体，称为效应 性 Ｃａｓｐａｓｅｓ。
已经在哺乳动物中鉴定了六种类型的 ＤＲ，其 中，Ｆａｓ分子 （ＣＤ９５／ａｐｏ－１）是 研 究 较 透 彻 的 一 个， Ｆａｓ分子的配体为 ＦａｓＬ［１１］。Ｆａｓ相关死亡蛋白结构 域（ＦＡＤＤ，也称为 ＭＯＲＴ１）含有 ＤＥＤ和死亡结构域 （ＤＤ）基序，Ｆａｓ一旦通过寡聚化被激活，则由 ＤＤ介 导的嗜同性相互作用招募接合分子。Ｃａｓｐａｓｅ－８通 过与 ＤＥＤ之间的相互作用依次与 ＦＡＤＤ结合，形成 Ｆａｓ－ＦＡＤＤ－Ｃａｓｐ８复合物，使 Ｃａｓｐａｓｅ－８前体 ｐｒｏ ｃａｓｐａｓｅ－８自身水解而成为具有活性的 Ｃａｓｐａｓｅ－８。 活化的 Ｃａｓｐａｓｅ－８释放到细胞质，裂解下游分子以 传递凋亡信号［１２－１３］。
Ｃａｓｐａｓｅｓ蛋白酶在细胞死亡中的功能是首先在 线虫的生长发育过程中发现的，它的 ｃｅｄ－３基因参 与了细胞凋亡，并作为细胞凋亡的核心执行者。后 来在哺乳动物中发现了 ｃｅｄ－３的同源物白细胞介 素 －１－β转 换 酶 （ＩＣＥ），更 名 为 Ｃａｓｐａｓｅ－１和
Ｎｅｄｄ２，后来 Ｎｅｄｄ２又重命名为 Ｃａｓｐａｓｅ－２。在随后 的研究中发现，人类基因组编码炎性 Ｃａｓｐａｓｅｓ蛋白 酶包 括 Ｃａｓｐａｓｅ－１、Ｃａｓｐａｓｅ－４、Ｃａｓｐａｓｅ－５和 Ｃａｓｐａｓｅ－１２。只存在于人体的 Ｃａｓｐａｓｅ－４，在鼠和 牛中可以找到同源类似物分别为 Ｃａｓｐａｓｅ－１１和 － １３，但 Ｃａｓｐａｓｅ－５却只存在于人体而并不存在于小 鼠中［５－６］。然而，并不是所有的 Ｃａｓｐａｓｅｓ蛋白酶均 存在于哺乳动物中，除了 Ｃａｓｐａｓｅ－１６以外，新确定 的 Ｃａｓｐａｓｅ－１５、Ｃａｓｐａｓｅ－１７和 Ｃａｓｐａｓｅ－１８并不存 在于胎盘哺 乳 动 物 中。 Ｃａｓｐａｓｅ－１２存 在 于 人 类 截 短或全长等位基因中以及啮齿类动物的全长等位基 因中。Ｃａｓｐａｓｅ－１４在表皮中表达，并且对下层皮肤 的角化和保护起主要作用［７］。 ２ 死亡受体介导的外源性细胞凋亡通路
许多凋亡刺激信号诱导细胞色素 Ｃ从线粒体释 放出来后，细胞色素 Ｃ可以与 Ａｐａｆ－１单体的 Ｃ端 调节结构域 ＷＤ－４０结合，诱导其构象发生第一次 的改变，去除 ＷＤ－４０重复区，该变化暴露了 Ａｐａｆ－ １单体中与 ＣＥＤ－４具有同源性的核苷酸结合位点， 该位点可以与 ｄＡＴＰ相互作用，实现第二次构象的 改变，并暴露其寡聚化结构域和 Ｃａｓｐａｓｅｓ募集结构 域（ＣＡＲＤ）。然后，七次这样的寡聚化将 Ａｐａｆ－１单 体组装成寡聚复合物，其中心含有募集和激活 ｐｒｏ ｃａｓｐａｓｅ－９的 ＣＡＲＤｓ结构域。当 ｐｒｏｃａｓｐａｓｅ－９的 Ｎ末端的 ＣＡＲＤ与 Ａｐａｆ－１结合时，通过诱导其二 聚化，产 生 了 活 化 的 ｐｒｏｃａｓｐａｓｅ－９。细 胞 色 素 ｃ、 Ａｐａｆ－１和 ｃａｓｐａｓｅ－９形成的凋亡复合物称为凋亡 体，Ｃａｓｐａｓｅ－９通过自我剪切活化，在 ｄＡＴＰ、ＡＴＰ存 在的情况下，活性 Ｃａｓｐａｓｅ－９直接切割并激活 ｐｒｏ ｃａｓｐａｓｅ－３，Ｃａｓｐａｓｅ－３进而活化下游的效应性蛋白 酶 Ｃａｓｐａｓｅ－６、Ｃａｓｐａｓｅ－７等 成 员，启 动 另 外 的 Ｃａｓｐａｓｅｓ级联反应，使凋亡进行下去。此外，线粒体 还释放凋亡诱导因子（如 ＡＩＦ），参与激活 Ｃａｓｐａｓｅｓ。
·６１６·
综 述
ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｏｆＣｌｉｎｉｃａｌＭｅｄｉｃｉｎｅ，Ａｕｇ．２０１８，Ｖｏｌ２７Ｎｏ．８
半胱氨酸 －天冬氨酸蛋白酶参与细胞凋亡的机制与进展
程雪１，原大江２
（１．山西医科大学，山西 太原 ０３０００１；２．山西医科大学第二医院，山西 太原 ０３０００１）
细胞死亡是维持组织内环境稳定的一种方式。 这种方式是通过去除不需要的或损伤的细胞并确保 死亡细胞成分的再循环，促进新生细胞的进一步生 长和分化，从而发挥其在生物体的进化以及多个系 统发育过程中的重要作用。通常细胞死亡模式是根 据死亡细胞的形态学进行分类，其死亡模式分为凋 亡和坏死。随着分子生物学技术的发展，对多种细 胞的凋亡过程有了一定程度的认识［１－３］。而凋亡过 程的紊乱很可能直接或间接导致许多疾病的发生发 展。本文 着 重 讨 论 半 胱 氨 酸 －天 冬 氨 酸 蛋 白 酶 （Ｃａｓｐａｓｅｓ蛋白酶）参与凋亡调控机制的有关进展以 及凋亡途径之间的相互联系。 １ Ｃａｓｐａｓｅｓ蛋白酶家族
ห้องสมุดไป่ตู้
本文通讯作者：原大江
临床医药实践 ２０１８年 ８月第 ２７卷第 ８期
·６１７·
３ Ｃａｓｐａｓｅｓ在线粒体参与的细胞凋亡中的作用 研究表明，哺乳动物细胞程序性死亡的主要途
径是由线粒体介导的内源性凋亡途径。而 Ｃａｓｐａｓｅｓ 蛋白酶家族在线粒体介导的内源性凋亡途径中发挥 了至关重要的作用，其中 Ｃａｓｐａｓｅ－９是该途径的启 动子，其前体 ｐｒｏｃａｓｐａｓｅ－９作为细胞胞质存在于静 息细胞中，是无活性的单体。在细胞受到诸如 ＤＮＡ 损伤、生长因子剥夺、细胞骨架破坏、解折叠蛋白累 积、缺氧和 ＡＴＰ耗竭等的凋亡刺激时，可产生凋亡 刺激信号，细胞被应激激活，同时细胞也可以被细胞 死亡的 发 展 信 号 所 激 活，如 激 素 等［１４］。有 研 究 发 现，Ｂｃｌ－２蛋白家族在线粒体外膜通道的形成中起 重要作用。各种凋亡刺激信号可通过 ＢＨ３－ｏｎｌｙ蛋 白引起 Ｂａｘ蛋白移位到线粒体外膜并多聚化，形成 膜通道，从而使线粒体的许多功能发生致命性的改 变，使原先位于线粒体内的参与细胞凋亡的相关活 性物质释放出来，如细胞色素 Ｃ（ＣｙｔｏＣ）等，进而激 活 Ｃａｓｐａｓｅ蛋白酶，启动不可逆的细胞凋亡途径。
Ｃａｓｐａｓｅｓ蛋白酶是以其在控制细胞凋亡和细胞 炎症中的作用而被人们所认识的一组蛋白水解酶。 其中 Ｃａｓｐａｓｅ－２、Ｃａｓｐａｓｅ－３、Ｃａｓｐａｓｅ－６、Ｃａｓｐａｓｅ－ ７、Ｃａｓｐａｓｅ－８、Ｃａｓｐａｓｅ－９和 Ｃａｓｐａｓｅ－１０是凋亡性 半胱氨酸 －天冬氨酸蛋白酶，而 Ｃａｓｐａｓｅ－１、Ｃａｓｐａｓｅ －４、Ｃａｓｐａｓｅ５、Ｃａｓｐａｓｅ－１１和 Ｃａｓｐａｓｅ－１２则更多 参与细胞的炎症反应。同时，又将凋亡性 Ｃａｓｐａｓｅｓ 蛋白酶细分为启动子和效应子。其中因 Ｃａｓｐａｓｅ－ ２、Ｃａｓｐａｓｅ－８、Ｃａｓｐａｓｅ－９、Ｃａｓｐａｓｅ－１０的结构中包 含死亡效应结构域（ＤＥＤ）或 Ｃａｓｐａｓｅｓ募集结构域 （ＣＡＲＤ）［４］，介导产生相应的凋亡信号，启动细胞凋 亡程序，称为启动性 Ｃａｓｐａｓｅｓ；Ｃａｓｐａｓｅ－３、Ｃａｓｐａｓｅ－ ６、Ｃａｓｐａｓｅ－７可以被上游的启动子激活，通过裂解 细胞的结构蛋白和功能蛋白，使细胞解体，称为效应 性 Ｃａｓｐａｓｅｓ。
已经在哺乳动物中鉴定了六种类型的 ＤＲ，其 中，Ｆａｓ分子 （ＣＤ９５／ａｐｏ－１）是 研 究 较 透 彻 的 一 个， Ｆａｓ分子的配体为 ＦａｓＬ［１１］。Ｆａｓ相关死亡蛋白结构 域（ＦＡＤＤ，也称为 ＭＯＲＴ１）含有 ＤＥＤ和死亡结构域 （ＤＤ）基序，Ｆａｓ一旦通过寡聚化被激活，则由 ＤＤ介 导的嗜同性相互作用招募接合分子。Ｃａｓｐａｓｅ－８通 过与 ＤＥＤ之间的相互作用依次与 ＦＡＤＤ结合，形成 Ｆａｓ－ＦＡＤＤ－Ｃａｓｐ８复合物，使 Ｃａｓｐａｓｅ－８前体 ｐｒｏ ｃａｓｐａｓｅ－８自身水解而成为具有活性的 Ｃａｓｐａｓｅ－８。 活化的 Ｃａｓｐａｓｅ－８释放到细胞质，裂解下游分子以 传递凋亡信号［１２－１３］。
Ｃａｓｐａｓｅｓ蛋白酶在细胞死亡中的功能是首先在 线虫的生长发育过程中发现的，它的 ｃｅｄ－３基因参 与了细胞凋亡，并作为细胞凋亡的核心执行者。后 来在哺乳动物中发现了 ｃｅｄ－３的同源物白细胞介 素 －１－β转 换 酶 （ＩＣＥ），更 名 为 Ｃａｓｐａｓｅ－１和
Ｎｅｄｄ２，后来 Ｎｅｄｄ２又重命名为 Ｃａｓｐａｓｅ－２。在随后 的研究中发现，人类基因组编码炎性 Ｃａｓｐａｓｅｓ蛋白 酶包 括 Ｃａｓｐａｓｅ－１、Ｃａｓｐａｓｅ－４、Ｃａｓｐａｓｅ－５和 Ｃａｓｐａｓｅ－１２。只存在于人体的 Ｃａｓｐａｓｅ－４，在鼠和 牛中可以找到同源类似物分别为 Ｃａｓｐａｓｅ－１１和 － １３，但 Ｃａｓｐａｓｅ－５却只存在于人体而并不存在于小 鼠中［５－６］。然而，并不是所有的 Ｃａｓｐａｓｅｓ蛋白酶均 存在于哺乳动物中，除了 Ｃａｓｐａｓｅ－１６以外，新确定 的 Ｃａｓｐａｓｅ－１５、Ｃａｓｐａｓｅ－１７和 Ｃａｓｐａｓｅ－１８并不存 在于胎盘哺 乳 动 物 中。 Ｃａｓｐａｓｅ－１２存 在 于 人 类 截 短或全长等位基因中以及啮齿类动物的全长等位基 因中。Ｃａｓｐａｓｅ－１４在表皮中表达，并且对下层皮肤 的角化和保护起主要作用［７］。 ２ 死亡受体介导的外源性细胞凋亡通路
许多凋亡刺激信号诱导细胞色素 Ｃ从线粒体释 放出来后，细胞色素 Ｃ可以与 Ａｐａｆ－１单体的 Ｃ端 调节结构域 ＷＤ－４０结合，诱导其构象发生第一次 的改变，去除 ＷＤ－４０重复区，该变化暴露了 Ａｐａｆ－ １单体中与 ＣＥＤ－４具有同源性的核苷酸结合位点， 该位点可以与 ｄＡＴＰ相互作用，实现第二次构象的 改变，并暴露其寡聚化结构域和 Ｃａｓｐａｓｅｓ募集结构 域（ＣＡＲＤ）。然后，七次这样的寡聚化将 Ａｐａｆ－１单 体组装成寡聚复合物，其中心含有募集和激活 ｐｒｏ ｃａｓｐａｓｅ－９的 ＣＡＲＤｓ结构域。当 ｐｒｏｃａｓｐａｓｅ－９的 Ｎ末端的 ＣＡＲＤ与 Ａｐａｆ－１结合时，通过诱导其二 聚化，产 生 了 活 化 的 ｐｒｏｃａｓｐａｓｅ－９。细 胞 色 素 ｃ、 Ａｐａｆ－１和 ｃａｓｐａｓｅ－９形成的凋亡复合物称为凋亡 体，Ｃａｓｐａｓｅ－９通过自我剪切活化，在 ｄＡＴＰ、ＡＴＰ存 在的情况下，活性 Ｃａｓｐａｓｅ－９直接切割并激活 ｐｒｏ ｃａｓｐａｓｅ－３，Ｃａｓｐａｓｅ－３进而活化下游的效应性蛋白 酶 Ｃａｓｐａｓｅ－６、Ｃａｓｐａｓｅ－７等 成 员，启 动 另 外 的 Ｃａｓｐａｓｅｓ级联反应，使凋亡进行下去。此外，线粒体 还释放凋亡诱导因子（如 ＡＩＦ），参与激活 Ｃａｓｐａｓｅｓ。
·６１６·
综 述
ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｏｆＣｌｉｎｉｃａｌＭｅｄｉｃｉｎｅ，Ａｕｇ．２０１８，Ｖｏｌ２７Ｎｏ．８
半胱氨酸 －天冬氨酸蛋白酶参与细胞凋亡的机制与进展
程雪１，原大江２
（１．山西医科大学，山西 太原 ０３０００１；２．山西医科大学第二医院，山西 太原 ０３０００１）
细胞死亡是维持组织内环境稳定的一种方式。 这种方式是通过去除不需要的或损伤的细胞并确保 死亡细胞成分的再循环，促进新生细胞的进一步生 长和分化，从而发挥其在生物体的进化以及多个系 统发育过程中的重要作用。通常细胞死亡模式是根 据死亡细胞的形态学进行分类，其死亡模式分为凋 亡和坏死。随着分子生物学技术的发展，对多种细 胞的凋亡过程有了一定程度的认识［１－３］。而凋亡过 程的紊乱很可能直接或间接导致许多疾病的发生发 展。本文 着 重 讨 论 半 胱 氨 酸 －天 冬 氨 酸 蛋 白 酶 （Ｃａｓｐａｓｅｓ蛋白酶）参与凋亡调控机制的有关进展以 及凋亡途径之间的相互联系。 １ Ｃａｓｐａｓｅｓ蛋白酶家族
ห้องสมุดไป่ตู้
本文通讯作者：原大江
临床医药实践 ２０１８年 ８月第 ２７卷第 ８期
·６１７·
３ Ｃａｓｐａｓｅｓ在线粒体参与的细胞凋亡中的作用 研究表明，哺乳动物细胞程序性死亡的主要途
径是由线粒体介导的内源性凋亡途径。而 Ｃａｓｐａｓｅｓ 蛋白酶家族在线粒体介导的内源性凋亡途径中发挥 了至关重要的作用，其中 Ｃａｓｐａｓｅ－９是该途径的启 动子，其前体 ｐｒｏｃａｓｐａｓｅ－９作为细胞胞质存在于静 息细胞中，是无活性的单体。在细胞受到诸如 ＤＮＡ 损伤、生长因子剥夺、细胞骨架破坏、解折叠蛋白累 积、缺氧和 ＡＴＰ耗竭等的凋亡刺激时，可产生凋亡 刺激信号，细胞被应激激活，同时细胞也可以被细胞 死亡的 发 展 信 号 所 激 活，如 激 素 等［１４］。有 研 究 发 现，Ｂｃｌ－２蛋白家族在线粒体外膜通道的形成中起 重要作用。各种凋亡刺激信号可通过 ＢＨ３－ｏｎｌｙ蛋 白引起 Ｂａｘ蛋白移位到线粒体外膜并多聚化，形成 膜通道，从而使线粒体的许多功能发生致命性的改 变，使原先位于线粒体内的参与细胞凋亡的相关活 性物质释放出来，如细胞色素 Ｃ（ＣｙｔｏＣ）等，进而激 活 Ｃａｓｐａｓｅ蛋白酶，启动不可逆的细胞凋亡途径。