caspase

Caspase家族屬於半胱氨酸蛋白酶，相當於線蟲中的ced-3，具有高度同源性。這些蛋白酶均有以下特點：①總是在天冬氨酸之後切斷底物，所以命名為Caspase（cysteine aspartate-specific protease）。②酶活性依賴於半胱氨酸殘基的親核性。③通常以酶原的形式存在，為由兩大、兩小亞基兩兩組成的異四聚體。大、小亞基由同一基因編碼，在受到激活後前體被切割，產生兩個活性亞基。這些蛋白酶是引起細胞凋亡的關鍵酶，一旦信號轉導途徑被激活，Caspase被活化，隨後發生凋亡蛋白酶的級聯反應。細胞內的酶被激活，可降解細胞內的重要蛋白質，最終導致細胞不可逆地走向凋亡。

它們的活性位點均包含半胱氨酸殘基，能夠特異性的切割靶蛋白天冬氨酸殘基上的肽鍵，故名。Caspase負責選擇性地切割某些蛋白質，從而造成細胞凋亡。

最早發現人類中與線蟲ced-3同源的基因是ICE（interleukin-1 p-converting enzyme，白介素1 p轉換酶）基因，因該酶能將白介素-1前體切割為活性分子而得名。通過cDNA雜交和基因組數據庫查找分析，在人類細胞中已發現11個ICE同源物，分為2個亞羣（subgroup）：ICE家族和CED-3家族。前者參與炎症反應，後者參與細胞凋亡。後者又分為兩類：一類為執行者（executioner，effector），如Caspase-3、Caspase-6、Caspase-7，它們可直接降解細胞內的結構蛋白和功能蛋白，引起凋亡，但不能通過自催化（autocatalytic）或自剪接的方式激活；另一類為啓動者（initiator），如Caspase-8、Caspase-9，受到信號刺激能通過自剪接而激活，然後引起Caspase級聯反應，如Caspase-8可依次激活Caspase-3、Caspase-6、Caspase-7。啓動蛋白（initiataor）和效應蛋白（effector）分別在死亡信號轉導的上游和下游發揮作用。

Caspase分子各異，但是它們活化的過程相似，都是有順序的多步驟水解過程。Caspase活化基本有兩種機制，即同源活化和異源活化。這兩種活化方式密切相關，一般來説後者是前者的結果。首先在Caspase前體的N端前肽和大亞基之間的特定位點水解，去除N端前肽，這是Caspase活化的第一步，即同源活化。然後再在大、小亞基之間切割，釋放大、小亞基，由大亞基和小亞基組成異源二聚體，再由兩個二聚體形成有活性的四聚體。發生同源活化的Caspase又被稱為啓動Caspase（initiator Caspase），包括Caspase-8、Caspase-9、Caspase-10。誘導凋亡後，起動Caspase通過連接物adaptor被召集到特定的起始活化複合體，形成同源二聚體構像改變，導致同源分子之間的酶切而自身活化。通常Caspase -2、Caspase-8、Caspase-10介導膜表面死亡受體途徑的細胞凋亡，分別被召集到Fas死亡受體複合物。去除N端前肽是活化所必需的，但是Caspase-9的活化卻不需要去除N端前肽，而是被召集到Cyt C-dATP-Apaf-1組成的凋亡體（apoptosome）參與線粒體途徑的細胞凋亡。同源活化是細胞凋亡過程中最早發生的Caspase水解活化事件，啓動Caspase活化後，即開啓細胞內的死亡程序。再通過Caspase活化的另一種機制——異源活化，將凋亡信號放大，同時將死亡信號向下傳遞。異源活化（heteroactivation）即由一種Caspase活化另一種Caspase，是凋亡蛋白酶的酶原被活化的經典途徑，通過異源活化方式水解下游Caspase，將凋亡信號放大並同時向下傳遞。被異源活化的Caspase又被稱為執行Caspase（executioner Caspase），包括Caspase-3、Caspase-6、Caspase-7。執行Caspase不同於啓動Caspase，不能被募集到或結合起始活化複合體，它們必須依賴啓動Caspase才能活化。

Caspase可激活名叫CAD （Caspase-activated DNase） 的核酸酶，CAD能在核小體的連接區將其切斷，形成約為200bp整數倍的核酸片段。正常情況下CAD存在於細胞質中，並且與抑制因子ICAD-DFF-45結合，處於無活性狀態，不能進入細胞核，故而不出現DNA斷裂。Caspase活化後可以降解ICAD-DFF-45，CAD即可被激活。CAD釋放並進入細胞核，降解DNA，引起DNA片段化（fragmentation）。因為CAD是通過Caspase裂解其抑制物而被激活的，故又被稱為Caspase激活的脱氧核糖核酸酶（Caspase-activated deoxyribonulease，CAD），其抑制物被稱為ICAD。因而在正常情況下，CAD不顯示活性是因為CAD-ICAD以一種無活性的複合物形式存在。ICAD一旦被Caspase水解，即賦予CAD以核酸酶活性，DNA片段化即產生。但CAD只在ICAD存在時才能合成並顯示活性，因而ICAD對CAD的活化與抑制都是必需的。 ^[1] 

Caspase是一類蛋白酶家族，成員較多，在人類，已經鑑定了11種不同的Caspase，根據其蛋白酶序列的同源性可分為3個亞族：Caspase-1亞族包括 Caspase-1、4、5、11；Caspase-2亞族包括Caspase-2、9； Caspase-3亞族包括Caspase-3、6、7、8、10。

起細胞凋亡執行者作用的是Caspase3、6、7。

各種Caspase都富含半胱氨酸，它們被激活後，能夠在靶蛋白的特異天冬氨酸殘基部位進行切割。在正常的細胞內，每一種Caspase都是以非活性狀態存在的，這種非活性的Caspase稱作酶原（zymogen），它是酶的非活性前體，其肽鏈比有活性時長一些，將多出的部分切除，就轉變成有活性的Caspase。

有兩類Caspase，一類是起始者（initiators），另一類是執行者（executioners）,起始Caspase在外來蛋白信號的作用下被切割激活，激活的起始Caspase對執行者Caspase進行切割並使之激活，被激活的執行者Caspase通過對Caspase靶蛋白的水解，導致程序性細胞死亡。