與細(xì)胞凋亡相關(guān)的蛋白酶研究進(jìn)展

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1、與細(xì)胞凋亡相關(guān)的蛋白酶研究進(jìn)展　　摘要目前國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者都逐漸認(rèn)識(shí)到細(xì)胞內(nèi)蛋白酶與細(xì)胞凋亡密切相關(guān)，認(rèn)為這些蛋白酶可能在細(xì)胞凋亡的啟動(dòng)方面起著關(guān)鍵性作用。本文就這些蛋白酶的種類，底物及其抑制劑的作用作一綜述。　　關(guān)鍵詞：細(xì)胞凋亡；白介素1轉(zhuǎn)換酶；蛋白酶　　1概述　　細(xì)胞凋亡是區(qū)別于細(xì)胞壞死的一種細(xì)胞死亡形式，它是在一定的生理和病理?xiàng)l件下，一種并不引起機(jī)體炎癥反應(yīng)的細(xì)胞程序性死亡（programmedcellDeath,PCD）的過(guò)程。細(xì)胞凋亡這一概念最早由Kerr等提出的[1]，認(rèn)為該種細(xì)胞死亡像秋天的樹葉凋謝一樣，故稱謂“Apoptosis”，希臘文即凋亡之意。細(xì)

2、胞凋亡在形態(tài)學(xué)和生化改變方面具有特征性。形態(tài)學(xué)改變包括細(xì)胞皺縮，染色質(zhì)濃縮，核裂解成碎片，最終細(xì)胞膜及內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜將完整細(xì)胞器及碎片包裹成多個(gè)分散的凋亡小體。生化改變以往認(rèn)為內(nèi)源性核酸內(nèi)切酶活性增加染色質(zhì)核小體間DNA斷裂是引起凋亡的一個(gè)啟動(dòng)因子，但有些具有細(xì)胞凋亡特征性改變的卻沒(méi)有染色質(zhì)核小體間DNA斷裂，有的甚至缺乏細(xì)胞核[1]，看來(lái)僅僅以此酶活性增加作為凋亡的啟動(dòng)因子，不能得到滿意的解釋。目前許多學(xué)者都著重于對(duì)細(xì)胞內(nèi)蛋白酶的研究，認(rèn)為這些蛋白酶可能在細(xì)胞凋亡的啟動(dòng)方面起著關(guān)鍵性作用。研究依據(jù)為：（1）在細(xì)胞凋亡早期已發(fā)現(xiàn)特異的、可復(fù)制的細(xì)胞內(nèi)蛋白的降解[2]。（2

3、）某些蛋白酶抑制劑可抑制細(xì)胞凋亡的發(fā)生[3]。（3）部分病毒蛋白質(zhì)作用類似蛋白酶抑制劑，可以抑制細(xì)胞凋亡[4]。（4）基因刪除實(shí)驗(yàn)證明某些蛋白酶在細(xì)胞凋亡中起著主要作用[5]?！　?白介素1轉(zhuǎn)換酶家族（ICE家族）　　在蛋白酶的研究中，研究得最早且最多的為白介素1轉(zhuǎn)換酶（Interleukin1convertingenzyme,ICE）是巰基蛋白酶的一種。ICE的作用是將無(wú)活性的31KD的前白介素1（在天冬氨酸羧基端降解為有活性的17.5KD的細(xì)胞因子。ICE由Black等和Kostura等[6]在1989年發(fā)現(xiàn)，此酶有高度的底物特異性。ICE高度表達(dá)導(dǎo)致細(xì)胞死亡，

4、而ICE抑制劑如痘苗病毒CrmA可抑制由各種不同刺激因子誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡[7]。在線蟲C.elegans的遺傳學(xué)研究中發(fā)現(xiàn)1090個(gè)細(xì)胞中131個(gè)細(xì)胞出現(xiàn)了預(yù)定的細(xì)胞凋亡，調(diào)控該程序性死亡的基因已被確認(rèn)?；騽h除實(shí)驗(yàn)證明有2個(gè)基因ced-3和ced-4是引起細(xì)胞凋亡所必需的。盡管由ced-3編碼的多肽其功能還不十分清楚，但這一分子顯示與人類ICE有廣泛的相同部分，ced-3蛋白與ICE有29%氨基酸殘基同源性。ced-3蛋白最長(zhǎng)的保護(hù)順序QACRG含有ICE活性所必需的半胱氨酸。14C碘乙酰胺標(biāo)記和晶體學(xué)研究[8]均發(fā)現(xiàn)ICE活性位于半胱氨酸殘基，此基團(tuán)在催化作用中起

5、著關(guān)鍵作用。活性型ICE是一個(gè)四聚體，由兩個(gè)20KD和兩個(gè)10KD亞基因組成。它是由無(wú)活性型的45KD酶原在天冬氨酸-X連接處降解成20KD和10KD亞基。晶體學(xué)研究提示2個(gè)亞基均是酶活性所必需的[8]。由于ced-3蛋白和ICE間29%同源性促使對(duì)包括人類的哺乳類細(xì)胞凋亡過(guò)程中ICE作用的研究，已發(fā)現(xiàn)鼠成纖維細(xì)胞中ICE過(guò)度表達(dá)引起細(xì)胞凋亡。若涉及ICE催化活性半胱氨酸和甘氨酸基團(tuán)突變，則導(dǎo)致催化活性和誘導(dǎo)轉(zhuǎn)染細(xì)胞凋亡的功能的喪失。由ATP誘導(dǎo)的鼠腹膜巨噬細(xì)胞凋亡及亞胺環(huán)已酮及腫瘤壞死因子誘導(dǎo)的Hela細(xì)胞凋亡過(guò)程中均發(fā)現(xiàn)有成熟的白介素1釋放[9]，提示ICE在細(xì)

6、胞凋亡中被激活。目前對(duì)于與ICE活性有關(guān)的特異性底物還不十分清楚。隨著研究的不斷深入，ICE家族成員不斷擴(kuò)大，統(tǒng)稱為ICE同類物（ICEhomologues）。包括：1）Nedd-2，最初從鼠大腦細(xì)胞發(fā)育早期一組基因中發(fā)現(xiàn)的，后在人胎兒大腦細(xì)胞cDNA庫(kù)中分離得到相同的基因，命名為Ich-1（即ICE和ced-3同類物-1），其編碼蛋白順序與ICE和ced-3相同[10]，Ich-1有兩種不同的mRNA即長(zhǎng)Ich-1和短Ich-1。長(zhǎng)Ich-1過(guò)度表達(dá)誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。而短Ich-1過(guò)度表達(dá)抑制細(xì)胞凋亡。Ich和ICE相比不易被CrmA抑制[10]。2）CPP32與ce

7、d-3同源性為35%，與ICE同源性為30%，其在真核細(xì)胞內(nèi)的表達(dá)能誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。CPP32又稱為YAMA和apopain。CPP32的底物特異性不同于ICE。前者在P1-P4位點(diǎn)偏向性為四肽DEVD＞YVAD，而后者偏向于YVAD。前者易被DEVD-醛所抑制，后者易被YVAD-醛抑制。CPP32能降解多二磷酸腺苷核糖多聚酶（PARP），ICE及長(zhǎng)Ich-1并不降解PARP。3）TX（亦稱為ICErelⅡ或Ich-2），與ICE有50%同源性，與ced-3有30%等同性[12]。該酶亦為巰基蛋白酶，能催化降解30KD的ICE前體變?yōu)橛谢钚缘腎CE[12]。TX在