cleaved caspase-3：细胞凋亡的关键执行者

cleaved caspase3

在细胞生物学的广阔领域中，细胞凋亡作为一种程序性细胞死亡方式，对于维持生物体的正常发育、组织稳态以及抵御外界病原体入侵具有重要意义。而在这一复杂而精细的过程中，caspase-3作为一种关键的蛋白酶，扮演着不可或缺的角色。尤其是当其被切割成为cleaved caspase-3（即活化形式的caspase-3）后，更是成为了细胞凋亡过程中最主要的终末剪切酶，直接参与了细胞杀伤机制的核心环节。本文将从caspase-3的发现与命名、结构特点、活化机制、底物及功能、以及cleaved caspase-3在细胞凋亡中的具体作用等多个方面，深入解析这一细胞凋亡的关键执行者。

一、caspase-3的发现与命名

caspase-3的故事始于1994年，当时Fernandez-Alnemri等科学家在BenBank表达序列标记（expression sequence tag, EST）数据库中，找到了一段与线虫中细胞凋亡关键基因CED-3同源的序列。利用这一序列合成探针后，他们成功筛选出了人Jurkat细胞中的一种新基因，因其编码的分子量约为32kD的蛋白质，而被命名为CPP32（cysteine protease, 32kD）。随后，其他学者也独立地发现了这一蛋白，并分别将其命名为prICE、apopain和Yama（印度传说中的死亡之神）。最终，在1996年，这种蛋白酶被统一命名为caspase-3。

二、caspase-3的结构特点

Caspase-3是一种半胱氨酸蛋白酶，其前体pro-caspase-3含有277个氨基酸残基，分子量约为32kD。在结构上，它与ICE（白介素-1β转换酶）有30%的同源性，与CED-3有35%的同源性，是哺乳动物中与CED-3同源性最高的蛋白之一。无论是从结构同源性还是从底物来看，caspase-3都与CED-3有着很高的相似性，因此有人认为它是CED-3在哺乳动物中的对应物。

Caspase-3的原结构域明显短于ICE，但与结合底物有关的保守氨基酸序列则与ICE一致。在活化过程中，pro-caspase-3会从Asp28_{Ser29和Asp175}Ser176两处被剪切，形成P17（29_{175）和P10（182}277）两个片段，这两个片段再组成活性形式的caspase-3，即cleaved caspase-3。

三、caspase-3的活化机制

Caspase-3的活化是一个复杂而精细的过程，涉及多种因素的参与。首先，pro-caspase-3本身并没有活性，它需要在活化时首先由颗粒酶B（GrzB）或caspase-10在D175处进行剪切，被部分活化。随后，它可以进行下一步的自我催化，形成完全活化的cleaved caspase-3。

此外，在剪切原结构域时，可能还有其他caspase如ICE的参与。在CTL细胞的杀伤作用中，caspase-3既可以通过线粒体途径活化，也可以通过颗粒酶B途径活化。颗粒酶B是CTL细胞颗粒中的一种丝氨酸蛋白酶，它可以特异性剪切ICE家族蛋白酶催化的XXD序列，并活化caspase 2、3、6、7、8、9、10。ICE也可以被颗粒酶剪切，但剪切后并不被活化。

四、caspase-3的底物及功能

Caspase-3作为细胞凋亡过程中的主要执行者，具有广泛的底物特异性。其中最主要的底物是多聚（ADP-核糖）聚合酶（poly(ADP-) polymerase, PARP），该酶与DNA修复、基因完整性监护有关。在细胞凋亡启动时，116kD的PARP会在Asp216-Gly217之间被caspase-3剪切成31kD和85kD两个片段，使PARP中与DNA结合的两个催化区域分离，从而失去正常功能。这种剪切作用会导致受PARP负调控影响的Ca²⁺/Mg²⁺依赖性的核酸酶活性增高，进而裂解核间的DNA，引起细胞凋亡。

除了PARP外，caspase-3还可以剪切U1-70K、DNA-PK、PKCδ和PKCθ等底物。其中，PKCδ和PKCθ都属于新型PKC（novel PKC, nPKC）家族成员。当它们被caspase-3剪切后，可以切除调节区域而成为活性形式的PKC。实验证明，过量表达PKCδ和PKCθ均可以引起细胞凋亡，说明它们都参与了细胞凋亡的诱导过程。

五、cleaved caspase-3在细胞凋亡中的具体作用

作为caspase-3的活化形式，cleaved caspase-3在细胞凋亡过程中发挥着至关重要的作用。以下将从几个方面详细阐述其作用机制：

1. 诱导DNA断裂

如前所述，cleaved caspase-3可以剪切PARP等底物，导致DNA修复机制受损。同时，它还可以直接作用于DNA修复酶如DNA-PK等，进一步抑制DNA修复过程。这些作用共同导致DNA断裂和细胞凋亡的发生。

2. 调节细胞骨架稳定性

细胞骨架是维持细胞形态和完整性的重要结构。cleaved caspase-3可以剪切细胞骨架蛋白如肌动蛋白和微管蛋白等，导致细胞骨架解体。这种解体过程不仅破坏了细胞的完整性，还促进了细胞凋亡的进展。

3. 激活其他凋亡相关蛋白

除了直接作用于底物外，cleaved caspase-3还可以通过激活其他凋亡相关蛋白来间接促进细胞凋亡。例如，它可以激活Bid蛋白（一种Bcl-2家族成员），使其从细胞质转移到线粒体膜上，从而破坏线粒体膜的完整性并释放凋亡因子如细胞色素C等。这些凋亡因子进一步激活下游的caspase级联反应，加速细胞凋亡的进程。

4. 影响细胞代谢和信号传导

cleaved caspase-3还可以影响细胞的代谢和信号传导过程。例如，它可以剪切与代谢相关的酶类如丙酮酸激酶等，导致细胞代谢异常。同时，它还可以剪切信号传导通路中的关键蛋白如STAT3等，从而干扰细胞的正常信号传导过程并促进细胞凋亡的发生。

六、cleaved caspase-3在疾病中的意义

由于cleaved caspase-3在细胞凋亡中的核心作用，它在多种疾病的发生和发展过程中都扮演着重要角色。例如，在肿瘤治疗中，诱导肿瘤细胞凋亡是重要手段之一。而cleaved caspase-3作为细胞凋亡的关键执行者，其表达和活性水平直接反映了肿瘤细胞对凋亡刺激的敏感性。因此，通过检测cleaved caspase-3的表达和活性水平，可以评估肿瘤治疗的效果并预测患者的预后。

此外，在神经退行性疾病、自身免疫性疾病等以细胞凋亡为主要病理特征的疾病中，cleaved caspase-3也发挥着重要作用。通过深入研究cleaved caspase-3在这些疾病中的具体作用机制，可以为疾病的诊断和治疗提供新的思路和方法。

七、总结与展望

综上所述，cleaved caspase-3作为细胞凋亡过程中最主要的终末剪切酶和细胞杀伤机制的重要组成部分，在维持生物体正常发育、组织稳态以及抵御外界病原体入侵等方面发挥着至关重要的作用。通过深入研究cleaved caspase-3的结构特点、活化机制、底物及功能以及其在疾病中的意义等方面的内容，我们可以更好地理解细胞凋亡的复杂性和精细性，并为相关疾病的诊断和治疗提供新的思路和方法。

未来，随着生物技术的不断发展和进步，我们有望通过基因编辑、蛋白质工程等手段对cleaved caspase-3进行精准调控和干预，从而实现对细胞凋亡过程的精确控制和治疗。这将为肿瘤治疗、神经退行性疾病治疗等领域带来革命性的突破和进展。同时，我们也需要持续关注cleaved caspase-3在其他生物过程如胚胎发育、组织再生等方面的潜在作用机制和应用前景，以全面揭示其在生物体中的复杂功能和重要性。

名称	货号	规格
Mouse anti-Cleaved-Caspase8 Monoclonal Antibody(4C2)	abs158406-100ul	100ul
Rabbit anti-Cleaved PARP-1(Asp214) Monoclonal Antibody(JRMR-243)	abs145403-100ul	100ul
Rabbit anti-Cleaved-Caspase 3 p17 Polyclonal Antibody	abs158535-100ul	100ul
Cleaved PARP1 Recombinant Rabbit mAb,PBS Only (SDT-R084)	S0B2135P-1mg	1mg