Caspase_8及Caspase_3与细胞凋亡_毛德文

148148第10卷第10期第10卷第10期2008年10月2008年10月辽宁中医药大学学报辽宁中医药大学学报JOURNALOFLIAONINGUNIVERSITYOFTCMJOURNALOFLIAONINGUNIVERSITYOFTCMVol.Vol.1010No.No.1010Oct.，Oct.，20082008细胞凋亡也称程序性细胞死亡(programmedcelldeath，PCD)，是一个生理性的细胞自我毁灭的过程，在胚胎发育、生物体内环境的稳定及多细胞生物防御外在及内在伤害方面均起着非常重要的作用。在以往对细胞凋亡机制的研究基础上，大致将凋亡分为Caspase依赖的和非Caspase依赖的凋亡。天冬氨酸特异酶切的半胱氨酸蛋白酶(cysteinylaspartate-specificproteinases，Caspases)家族是哺乳动物细胞中程序性死亡的介导者和执行者，凋亡信号首先活化不同的Caspase启始因子，再由起始因子激活级联下游的Caspase效应分子，昀终由效应分子特异地水解细胞中的一系列底物而导致细胞解体[1]。CaspaseCaspase-8及Caspase-3与细胞凋亡毛德文，陈月桥，王丽，武建华（广西中医学院第一附属医院肝病治疗中心，广西南宁530023）摘要：细胞凋亡与多种疾病的发生、发展密切相关。对Caspase依赖的凋亡过程中caspase-8与caspase-3起着关键作用。就Caspase-8及Caspase-3在细胞凋亡过程中的作用及其研究进展做一综述。关键词：细胞凋亡；Caspase-8；Caspase-3；综述中图分类号：R329.2文献标识码：A文章编号：1673-842X(2008)10-0148-03收稿日期：2008-04-17基金项目：广西科学研究与技术开发计划应用基础研究项目（桂科基0639053）；广西高校百名中青年学科带头人资助计划项目（桂教人[2005]64号）作者简介：毛德文（1971-），男，广西南宁人，教授，硕士生导师，博士，长期从事肝病的临床与科研工作。通讯作者：陈月桥（1980-），广西南宁人，硕士研究生，研究方向：中医药防治肝病。Tel：[phone]，E-mail：[e-mail]-8andCaspase-3toApoptosisMAODe-wen,CHENYue-qiao，WANGLi，WUJian-hua（DepartmentofHepatobiliary,TheFirstAffiliatedHospitalofGuangxiTraditionalChineseMedicineUniversity,Nanning530023,Guangxi,China）Abstract：Apoptosisiscloselyrelatedtotheoccurrenceanddevelopmentofvariousdiseases.Caspase-8andCaspase-3playakeyroleintheprocessofCaspase-dependentapoptosis.ThisarticlediscusseshowtheCaspase-8andCaspase-3functionintheprocessofapoptosisandsummarizestheadvancesintheresearchfield.Keywords：Apoptosis；Caspase-8；Caspase-3；Review心肌舒张功能，其机制可能与人参总皂苷类似强心苷的加强心肌收缩力的作用及增加冠状动脉（冠脉）血流，降低心肌氧耗，抗自由基抗氧化作用有关[5-7]。深入的机制有待进一步研究。目前对细胞凋亡的激发与抑制的详细机制尚未明了，但已有许多研究资料证实[8-9]，有多种基因参与了细胞凋亡的基因调控，包括诱导基因和抑制基因。Bcl-2是一种抑制凋亡原癌基因，它主要位于线粒体外膜、核被膜和内质网。Bax与Bcl-2有较高的同源性，其表达水平增加可拮抗Bcl-2的作用，是一种诱导凋亡原癌基因，两者间相互作用调控细胞凋亡。研究显示，Bcl-2/Bax比值上调，抑制细胞凋亡；Bcl-2/Bax比值下调，促进细胞凋亡。参附芎泽注射液可使压力超负荷大鼠心肌细胞Bcl-2/Bax比值上调，从而抑制细胞凋亡。参附芎泽注射液是中药人参、附子、川芎、泽泻的提取物，人参、附子、川芎、泽泻已证实具有清除氧自由基，抗脂质过氧化，减轻细胞内Ca2+超载，稳定细胞膜结构等多种药理作用[10]，对心肌具有良好的保护作用。其抑制细胞凋亡机理可能与其提高SOD活性，清除氧自由基，抗脂质过氧化，减轻细胞内Ca2+超载，稳定细胞膜结构等作用有关。其具体的作用机制有待进一步研究。◆参考文献[1]余国龙，梁晓秋，谢秀梅，等.高血压大鼠心脏肥厚过程中心肌细胞凋亡心肌纤维化动态观察[J].临床心血管病杂志，2002，9(4)：322-324.[2]阮长武，张代富，汪珊珊，等.黄芪对缺血再灌注心肌细胞凋亡的影响[J].同济大学学报（医学版），2003，24(3)：387-389.[3]徐淑云，卞如濂，陈修.药理实验方法学[M].北京：人民卫生出版社，1989：854.[4]汪谦.现代医学实验方法[M].北京：人民卫生出版社，1998：914.[5]阴健，郭力弓.中药现代研究与临床应用[M].北京：学苑出版社，1995：6.[6]李庆海，吕安清，张芳，等.参麦注射液对慢性充血性心力衰竭患者心率变异性的影响[J].中国中西医结合急救杂志，2000，7(5)：273-275.[7]邱蔚，袁高峰.大剂量参麦注射液治疗顽固性心力衰竭20例[J].中国中西医结合急救杂志，1998，5(9)：428.[8]Misco，KearneyM，BortmanS，etal.ExpressionofBcl-2protein，aninhibitorofapoptosis,andBax,anacceleratorofapoptosis，inv-entricularmyocytesofhumanheartswithmyocardialinfarction[J].Circulation，1996，94：1506-1512.[9]FreudeB，MastersTN，KostinS，etal.Cardiomyocyteapoptosisinacuteandchronicconditious[J].BasicResearchCardiology，1998，93：85-89.[10]郑曙云，徐建国，李明，等.参附注射液对大鼠心肌缺血再灌注细胞凋亡的影响[J].南京大学学报（自然科学），2004，40(2)：192-198.DOI10.13194/j.jlunivtcm.2008.10.150.maodw.0951491491010卷卷辽宁中医药大学学报辽宁中医药大学学报家族分两类，一类是起始者（initiators），另一类是执行者（executioners），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，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。目前认为细胞凋亡的起始者（caspase2，8，9和10）和执行者（caspase3，6和7）之间存在着上下游关系，即起始者活化执行者。Caspase-8与caspase-3在Caspase级联反应中分别在起始者与执行者上处于核心地位，是细胞凋亡发生的关键步骤及一切凋亡信号传导的共同通路。鉴于caspase-8与caspase-3在细胞凋亡中的重要性，在此对其在细胞凋亡中的作用做一综述。1caspase-81.1caspase-8的发现caspase-8也称MACH(MO-RT1-associatedCED-3homolog)、FLICE(FADD-likeICE)、Mch5(mammalianCedhomolog5)，于1996年被Muzio等克隆成功。1995年Enari等发现caspase-3、caspase-7等ICE家族蛋白酶参与了Fas和TNFRI引起的细胞凋亡过程，并且提示CrmA可以通过抑制caspase-3、caspase-7的上游ICE样蛋白酶来阻断凋亡过程。随后Kischkel等[2]发现Fas活化时可以与至少4种蛋白相连，分别称为CAP1、CAP2、CAP3和CAP4，这4种蛋白与活化的Fas受体一起被称为死亡诱导信号复合物DISC。1996年研究证实CAP1和CAP2是不同形式丝氨酸磷酸化的FADD蛋白，CAP3和CAP4则被证明是一种新蛋白的两种不同剪接形式，这个蛋白被命名为FLICE。同年，另两组研究者分别用酵母双杂交体系筛选及人类EST(expressedsequencetag)序列相似性搜索也发现了这个蛋白，分别将其命名为MACH和Mch5、FLICE，这个蛋白质就是后来统一命名的caspase-8[3-4]。1.2caspase-8的结构和分布Caspase-8前体共有479个氨基酸，其Ser217~Asp374构成大亚基，Asp384~Asp479构成小亚基，分子量为55kD，其显著的特点是在N端有2个70aa左右的结构域，与FADD的N端的死亡效应结构域(deatheffectordomain，DED)同源，这种同源的结构域可以发生相互聚合，提供了caspase-8与FADD相互结合的一个部位[5]。caspase-8的C端与ICE结构同源，它的活性中心与其它ICE家族蛋白酶活性中心有所不同，不是通常的QACRG，而是由QACQG五肽组成，但这样的结构不影响其蛋白酶活性的发挥。caspase-8一级结构中其它与结合底物有关的氨基酸残基都很保守。其前体分子N端具有长的原结构域，其中含有DED或CARD结构域，在介导caspases与胞质接头蛋白(adaptor)的连接上起作用。这类分子具有与死亡受体DR胞质区结合、自我剪切激活、募集下游效应caspase及切割某些细胞成分的功能。caspase-8主要定位于线粒体，少量存于胞质和细胞核中，分布于胎儿和成人的各种组织中，但在胎脑中没有分布。在外周血白细胞中水平较高，可能与白细胞的凋亡有关。1.3caspase-8参与细胞凋亡的机制凋亡起始者caspase8的活化属于同性活化（Homoactivation）。caspase8含有串联重复的“死亡效应子”结构域（deatheffectordomain，DED），而caspase2和9则含有不同但类似的caspase募集结构域（caspaserecruitmentdomainCARD），这两种结构域是募召caspase2，8和10所必需的，caspase8参与细胞凋亡的起始。caspase-8可以自我活化，也可以在颗粒酶B的剪切下活化。caspase8特异性识别的序列是DEVD，活化的caspase-8不但可以剪切PARP，而且还参与其它ICE家族蛋白酶，如caspase-3和caspase-7的活化过程。用caspase-8基因转染MCF-7乳腺癌细胞系，可以引起细胞凋亡，出现典型的形态变化。caspase-8引起的细胞凋亡可以被广谱的ICE家族蛋白酶抑制剂（如z-VAD-fmk、z-DEVD-fmk、z-IETD-fmk等）所阻断，也可以被细胞效应因子调节剂CrmA阻断，提示它可能是CrmA的靶蛋白[6]。在死亡受体(Fas、DR4和DR5等)介导的细胞凋亡途径即外源性激活途径中，caspase-8是关键的启动型caspase。caspase-8经“诱导接近模式”活化，活化后的Caspase-8能够引发caspase蛋白酶解级联反应，并进一步链式水解激活其下游的同源酶，如caspase-6、caspase-7等，昀后激活其效应物caspase-3发生生物效应[7]。Caspase-8