Caspase家族简介：

Caspase家族是一组存在于细胞质中的蛋白酶，它们在程序性细胞死亡（如细胞凋亡）和炎症过程中扮演重要角色。Caspase是“含半胱氨酸的天冬氨酸特异性蛋白酶"（Cysteine-dependent Aspartate-directed proteASEs）的缩写，其活性位点含有半胱氨酸，并能特异性地切割靶蛋白天冬氨酸残基后的肽键。

Caspase家族

Caspase家族成员：

Caspases根据其功能可以分为炎症caspase和凋亡caspase：

炎症caspase：包括Caspase-1、-4、-5和-11，这些酶主要参与炎症反应中白介素前体的活化，而不是直接参与细胞凋亡信号的转导；

凋亡caspase：主要参与细胞凋亡，又可以分为起始caspase,如caspase-2、-8、-9、-10，负责对效应caspase的前体进行切割，产生有效应作用的caspase。

效应caspases：caspase-3、-6、-7，负责切割细胞核内、细胞质中结构蛋白和调节蛋白，使其失活或者活化。

凋亡相关caspase的特点：

激活机制

自我剪切激活：许多caspase以非活性的前体形式存在，需要特定的刺激或与其他分子相互作用进行自我剪切才能激活。例如，caspase-8和caspase-9在与特定的适配器蛋白结合形成复合物时被激活。

级联反应：一旦起始caspase被激活，它会进一步激活更多的效应caspase，形成一个放大信号的级联反应。这种机制确保了细胞凋亡是一个不可逆的过程。

底物特异性

Caspase对底物具有高度特异性，通常识别四肽序列中的天冬氨酸残基，并在此位置进行切割。不同的caspase偏好不同的切割位点，这决定了它们的具体功能。效应caspase能够切割多种细胞内蛋白，如核纤层蛋白、聚ADP核糖聚合酶(PARP)等，导致细胞骨架破坏、DNA片段化以及细胞膜改变等特征性变化。

结构特点

所有caspase都包含一个大的催化亚基和一个小的调节亚基，这两个亚基共同构成异二聚体。每个亚基又由多个功能域组成，如CARD(Caspase Recruitment Domain)、DD(Death Domain)等，这些结构域参与了caspase的激活及其与其它蛋白质的相互作用。

调控机制

在正常情况下，caspase以前体形式存在于细胞中，受到严格调控。只有当细胞接收到特定的死亡信号时，才会解除抑制，允许caspase激活。一些抑制剂如IAPs(Inhibitor of Apoptosis Proteins)可以通过直接结合caspase来阻止其活性，从而抑制细胞凋亡。

Caspase的活化

Caspase的激活过程可以分为同源活化(Homotypic activation)和异源活化(Heterotypic activation)，这两种机制在细胞凋亡过程中起着至关重要的作用。下面详细解释这两种激活方式及其特点。

Caspase的活化

1、同源活化(Homotypic activation)

同源活化指的是caspase分子通过相互作用形成二聚体或多聚体，从而实现自我剪切和激活的过程。这一过程通常涉及caspase前体(procaspase)之间的相互作用。在同源活化中，未活化的procaspase通过其特定结构域（如CARD或DD）与另一个procaspase相互作用，形成同源二聚体或多聚体复合物。这种聚合状态改变了procaspase的构象，使其能够进行自我剪切，去除抑制性区域，暴露出活性位点，最终形成具有催化活性的成熟caspase。

如Caspase-9：在线粒体途径中，细胞色素c从线粒体释放到细胞质后，与Apaf-1结合形成凋亡小体(apoptosome)。这个复合体募集多个procaspase-9分子，促使它们发生同源活化；

Caspase-8：在外源性途径中，当死亡受体与其配体结合并招募接头蛋白形成DISC（死亡诱导信号复合物）时，procaspase-8在DISC内通过相互作用发生同源活化。

2、异源活化(Heterotypic activation)

异源活化则是指不同类型的蛋白质或caspase家族成员之间通过相互作用促进彼此的激活。这类激活通常需要其他辅助因子或适配器蛋白的参与。在异源活化中，一个procaspase与其他非caspase蛋白质相互作用，这些蛋白质可能作为激活剂或支架帮助procaspase定位和构象改变。例如，某些适配器蛋白可以通过提供特定的结合界面，促进procaspase的聚集和构象变化，从而促进其自我剪切和激活。

如Caspase-3和Caspase-7：虽然它们主要作为效应caspase直接由起始caspase激活，但有时也需要特定的支架蛋白或其他调控分子的帮助来完成wan全激活；

Bid蛋白：在内源性途径中，caspase-8不仅可以直接激活下游的效应caspase，还可以切割Bid蛋白生成tBid，后者迁移到线粒体上，进一步放大凋亡信号，间接促进了其他caspase的激活。

同源活化依赖于procaspase间的直接相互作用，形成同源二聚体或多聚体以促进自我剪切和激活，常见于起始caspase如caspase-8和caspase-9的激活过程中。异源活化则涉及不同蛋白质之间的相互作用，其中一些蛋白质作为激活剂或支架帮助procaspase定位、聚集及构象改变，常见于复杂多步的细胞凋亡信号传导路径中。

Caspase介导的细胞凋亡途径

细胞凋亡途径

Caspase介导的细胞凋亡途径是细胞程序性死亡的一种重要机制，主要分为两大类：外源性（死亡受体）途径和内源性（线粒体）途径。这些途径通过激活一系列caspase蛋白酶来执行细胞凋亡过程。

1、外源性（死亡受体）途径

启动：当特定的配体如Fas配体或肿瘤坏死因子(TNF)结合到细胞表面的相应受体上时，该途径被激活。这些受体属于TNF受体家族成员。

信号传导：配体与受体结合后，会募集接头蛋白，并在细胞膜附近形成一个称为死亡诱导信号复合物(DISC)的大分子复合物。这一过程导致起始caspase-8的自我剪切和激活。

执行阶段：活化的caspase-8可以直接切割并激活效应caspases如caspase-3、-6、-7，直接触发凋亡程序；或者通过裂解促凋亡蛋白Bid间接激活线粒体途径，进一步放大凋亡信号。

2、内源性（线粒体）途径

触发因素：多种细胞内部刺激，包括但不限于DNA损伤、氧化应激、缺氧、细胞周期阻滞等，都可能激活这一途径。

Bcl-2家族调控：在此过程中，Bcl-2家族中的蛋白质扮演关键角色。抗凋亡成员（如Bcl-2、Bcl-xL）抑制细胞凋亡，而促凋亡成员（如Bax、Bak）促进细胞凋亡。当促凋亡信号占优势时，Bax/Bak会在细胞膜上形成孔道，导致线粒体膜通透性增加。

细胞色素c释放：随着线粒体膜通透性的增加，细胞色素c从线粒体内释放到细胞质中，与其他蛋白一起组成凋亡小体(apoptosome)，激活caspase-9。

执行阶段：激活后的caspase-9随后激活下游的效应caspases如caspase-3、-6、-7，它们对特定底物进行切割，导致细胞结构的变化，最终导致细胞凋亡的发生。

这两个途径虽然有不同的触发机制，但最终都是通过激活一系列caspase来执行细胞凋亡。此外，值得注意的是，在某些情况下，这两个途径并不是wan全独立的，而是可以相互作用、交叉调节，以确保细胞凋亡过程能够准确无误地进行。例如，外源性途径可以通过激活Bid蛋白间接影响内源性途径。同样，内源性途径也可以影响外源性途径的效率和效果。这种复杂的交互网络确保了细胞凋亡作为一种精确调控的生命现象得以实现。

Caspase的检测方法

Caspase的检测方式有：流式 、WB 、IF 、IHC 、ELISA等，如：

abs132005  Rabbit anti-Cleaved-caspase3 Polyclonal Antibody

利用裂解半胱天冬酶3(Asp175) ，p17Ab对不同样品的提取物进行蛋白质印迹分析。泳道1： 大鼠肝脏，抗原特异性肽封闭。第二道：老鼠肝脏。第三道：大鼠脾脏

abs132005  Rabbit anti-Cleaved-caspase3 Polyclonal Antibody

IF/ICC法染色Hela细胞，样品用PFA固定，在0.1%Triton X-100中透化，然后在25°C下在10%血清中封闭45min。然后将样品与初级抗体(1:200)和小鼠抗β微管蛋白抗体(1:200)在37°C温育1h。使用 AlexaFluor594缀合的山羊抗兔IgG(H+L)Ab(Red)和AlexaFluor488缀合的山羊抗小鼠IgG(H+L)Ab(Green)作为次级抗体。核反染色是DAPI（蓝色）。

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