老年退行性疾病中的凋亡和炎症机制研究进展

杨帆 杨泽

老年退行性疾病中的凋亡和炎症机制研究进展

杨帆1，2杨泽1※

Caspase家族在进化上十分保守，在各种细胞中Caspase都扮演着十分重要的作用。Caspase主要在胞内起作用，并且其产生及活动均受胞外的信号触发和调控。但是，一些Caspase对于细胞因子的成熟，激活和分泌是必需的。因而，细胞因子与Caspase之间的相互作用存在不同的路径和层次。本文综述了炎症反应和细胞凋亡过程中Caspase与细胞因子间的相互作用，以使我们进一步深入了解近来Caspase与细胞因子之间的相互作用网络及相关反馈机制的研究结果以及在老年退行性疾病中的凋亡和炎症机制研究进展。

Caspase 凋亡 炎症 细胞因子 调节作用

Caspase是一个进化上十分保守的蛋白酶家族。第一个Caspase被发现是因其在IL-1β功能成熟过程中必不可少的作用［1，2］。这个最初被称为白介素1β转换酶(interleukin-1βconverting enzyme，ICE)的分子是caspase家族的第一个分子［3］:包含有特定的半胱氨酸(位于QACXG-motif)天门冬氨酸序列蛋白酶活性。不久发现ICE与秀丽隐杆线虫的ced-3基因同源［4］。这个发现提示caspase可能对于凋亡具有复杂的调节作用，随后对这个领域进行了大量深入的研究。目前，在人和动物体内已经发现了14个caspase家族成员。另外，在原生动物、真菌、植物、黏菌和鲸体内发现了一些caspase样的蛋白酶，如paracaspase和metacaspase［5］。目前学界普遍认为caspase对于凋亡的调节作用是不可或缺的，而且对炎症反应和细胞周期也同样具有一定的调节功能［6～8］。caspase作用于不同的底物，包括caspase自身、其他的酶、结构性蛋白、信号蛋白和细胞因子(表1)。

表1 Caspase及其底物

续表1

尽管caspase主要作用于细胞内，其产生及活动均由胞外信号触发和调控，包括一些细胞因子，并且细胞因子与caspase的作用网络具有不同的路径及层次。一些caspase对于细胞因子的成熟(包括激活)和分泌是必需的，包括切割及使其失活。在以下的内容中，我们主要介绍在炎症反应和凋亡过程中caspase与细胞因子间的相互作用。我们关注于caspase对于细胞因子的产生、激活和降解的重要性。总结了细胞因子对于caspase介导的细胞凋亡及目前对于细胞因子和caspase在转录水平上相互作用的一些信息。但我们不会讨论TNF介导的caspase激活，因其属于另外一个巨大的领域。

1．Caspase在细胞因子激活中的作用

根据其分子生物学性质不同，Caspase被分为Caspase-1，Caspase-2，Caspase-3三个家族。Caspase-1家族包含有Caspase-4，Caspase-5，Caspase-11，Caspase-12，Caspase-14。这些Caspase主要参与细胞因子前处理调节或在参与细胞因子的活化。Caspase作用网络可能也存在于细胞因子依赖的炎症反应过程。Caspase-2家族包含有凋亡抑制因子Caspase-2，Caspase-8，Caspase-9和Caspase-10。Caspase-3家族包含凋亡过程的执行蛋白Caspase-3，Caspase-6和Caspase-7。从进化的角度来看，Caspase-2是一个特例，Caspase-2家族的其他成员(Caspase-8，Caspase-9，Caspase-10)更接近于Caspase-3家族。Caspase最重要的特征就是其原始结构域的大小。目前发现，一些Caspase可能包含有死亡结构域超家族的motif，如CARD和DED。Caspase通过一种亲核的水解机制来产生作用。Caspase的活性中心包含一个QACXG序列，可在天门冬氨酸之后切割底物。P1到P4的4个氨基酸残基对于底物的特异性十分重要，而且底物的三级结构也可以影响Caspase对底物的切割。

Caspase-1(ICE)是在对IL-1β前体(pro-IL-1β)的研究中发现的［1，2］，尽管后来发现Caspase最主要的作用是介导细胞凋亡而非作用于细胞因子。虽然，其他的一些Caspase可以直接或间接促进细胞因子成熟，其中包括Caspase-1，Caspase-3，Caspase-4，Caspase-5，Caspase-7和Caspase-11。

IL-1β产生后为无活性的前体分子，当在第116位的Asp残基被切割后才具有活性［1，2］。而激活的IL-1β在生物体内起着十分重要的作用。在人类IL-1β中，其生物学活性中心包含120-226位氨基酸残基，而在鼠类则是131-270位氨基酸残基。研究发现，IL-1 I型受体不与IL-1β前体发生作用，并且不会产生下游信号，以此推断IL-1β分子需要经过加工后才能成熟，从而具有生物学活性。Western blot实验发现，可以在IL-1β前体的27-28位及116-117位氨基酸残基对其进行切割。对于ICE敲除鼠的研究发现，受FasL刺激的PMN产生的其他Caspase仍然会对IL-1β前体进行切割。使用LPS刺激这些小鼠后，小鼠无IL-1β产生，而使用FasL刺激则会产生的IL-1β。虽然在ICE敲除鼠中促进IL-1β成熟的Caspase分子仍未被识别，但至少提示了，其他可以被Caspase激活的酶参与了这个过程。

除Caspase外，还有一此可以切割IL-1β前体，从而形成其具有生物学活性的IL-1β酶，包括弹性蛋白酶、组织蛋白酶、金属蛋白酶、胰蛋白酶及胰凝乳蛋白酶，肥大细胞类糜蛋白酶亦可切割IL-1β前体。另外使用化脓性链球菌的半胱氨酸蛋白酶会在另外一个位点切割IL-1β前体，从而使其具有活性。这些酶可以在离Caspase-1切割位点不远的氨基末端有限地水解IL-1β前体。这些信息提示我们，在炎症反应中，IL-1β可能不仅被Caspase-1切割，并且在水解过程中，IL-1β是很稳定的。并且，资料显示，IFN-γ和TNF-α，而非IL-1会被蛋白酶和弹性蛋白酶失活。

Caspase-1的另一个作用靶是IL-18。尽管与IL-1β前体不同，IL-18主要在全血细胞和新鲜分离的单核细胞中表达，但它仍需要经过Caspase-1的切割才能激活其作用。有些证据表明，Caspase-3可能会参与切割IL-18前体，尽管这些切割产物可能并无生物活性。不同于Caspase-1，其他Caspase对于IL-18的作用研究表明，在BALB/c小鼠中pan Caspase-，而非ICE特异的抑制因子，可能阻止IL-18刺激TH1-cell产生细胞因子(IFN)。除Caspase-1之外，Caspase-4和Caspase-5，被认为是细胞因子激活剂或可以介导炎症。尽管这些Caspase并不能像Caspase-1一样切割IL-1β，但他们被认为可以参与激活Caspase-1。

在凋亡中，未检测到Caspase-3的高表达，提示Caspase-3可能具有其他的功能，而不参与凋亡。Caspase-3可能通过切割细胞因子而参与炎症过程。IL-16 CD8细胞起源的淋巴细胞趋化因子，可以促进炎症反应，其前体为80KD，但成熟后的分子为一个四聚体，每个亚基为14-17KD。此分子由Caspase-3激活，而非Caspase-1，Caspase-2，或granzyme-B。另有报道发现Caspase-3类似的活性对于T细胞释放IL-2十分重要，IL-2可能被Caspase介导的钙依赖磷酸酶切割。Caspase-7可以切割内皮单核细胞活化多肽Ⅱ(endothelial monocyte-activating polypeptideⅡ，EMAP-Ⅱ)前体。该促炎细胞因子和趋化因子是由氨酰tRNA合成酶复合物形成的。

除细胞因子外，细胞因子受体和其他受体(包括T细胞受体)可能也是Caspase的靶分子。可介导生长/生存促进信号通路的EGF受体可被Caspase-1，Caspase-3和Caspase-7切割，从而阻断该条信号通路。同样，TRAF-1亦可被切割。这种机制通过封闭NF-κB来介导细胞的凋亡。在研究中发现，抑制谷氨酸受体的裂解，可以使细胞免于坏死，而走向凋亡。

2．Caspase依赖的细胞因子产物成熟

上文介绍了Caspase作为酶对于激活或灭活细胞因子的重要作用。Caspase网络也可能在对细胞因子前体的特定修饰之前对其施加干扰。对于Caspase的抑制实验可以提供一定的证据。例如，在异位心脏移植联合缺血再灌注模型中，预防性地使用DEVD-CHO抑制Caspase-3可以防止TNF的增加。用IL-1刺激成纤维细胞后，发现抑制Caspase-3的同时亦可以降低IL-16水平。另一方面，除去Caspase对于细胞因子的诱导，细胞凋亡本身还可以激活细胞因子的产生。在FasL介导的平滑肌细胞凋亡中，IL-1α水平升高，而且可能参与升高血管壁中的趋化因子水平。平滑肌细胞凋亡中产生的IL-1可能由表层的细胞产生，并且可诱导邻近细胞产生细胞因子。IL-1可以有效地激活心血管细胞产生细胞因子，并且这些细胞因子被认为参与了心血管疾病的发生。IL-1α，而非IL-1β，可能由不同的IL-1亚型形成。ICE敲除鼠中，不仅没有IL-1β的表达，而且IL-1α的表达也是抑制的。FasL会在转基因小鼠的心脏超表达。这些小鼠发育正常，但TNF，IL-1β，IL-6和TGF-β的表达量会增加。在人类的MNC和细胞系中过量表达IL-4可以观察到各种凋亡诱导分子。细胞吞噬过程中可产生细胞凋亡和细胞因子。使用活菌血清引起的吞噬作用可导致Caspase依赖的细胞凋亡。相同的细胞产生IL-1β和TNF-α的生物活性与吞噬微生物的数量具有一定的相关性。使用单细胞RT-PCR技术，发现细菌感染后IL-1和IL-12表达均会升高。当细胞因子引起凋亡时，Caspase是否会参与其中尚未明确。Caspase抑制剂可以在毒素处理的MNC中阻止DNA片段化和IL-4的表达，但并不会影响FasL处理的单核细胞或紫外显照射淋巴细胞的IL-10表达量。

3．Caspase对细胞因子功能的调节

Caspase的活性受到严格限制，不管其是否参与细胞凋亡或细胞因子的处理。凋亡调控机制包括酶原的激活、抑制Caspase活性或翻译后的修饰。我们对Caspase-1活性的调节及IL-1β的产生仍未完全了解。已有证据表明，LPS可以刺激产生Caspase-1和IL-1β，并且Caspase-11或Caspase-5被认为对于Caspase-1的激活是必须的。另一方面，其他的酶，如tripeptidyⅠ，peptidaseⅡ和cathepsin-B，可能也可以激活Caspase-1。有研究提示，Caspase可能自激活，也有学者认为Caspase-1和Caspase-8通过低聚反应而激活自身。对于其他可能的自激活机制的研究正在进行，可以与Caspase-1相互作用，且可以调节其功能的分子已经确定，RIP样激酶RIP-2可以与Caspase-1的CARD-motif相结合并激活Caspase-1。这种激活作用可以被COP或ICEBERG通过与RIP-2竞争性地结合CARD-motif而抑制。

有趣的是，有证据显示不仅Caspase-1，Caspase-11也可能激活Caspase-3。granzyme B和Caspase-10也可激活Caspase-3。最近，发现一些DISC复合物可以激活Caspase-8。Caspase-9可由Caspase-3引起的一个反馈放大信号通路激活，并且Caspase-9也可以像其他Caspase一样通过切割自身而自激活。

另一方面，一些Caspase抑制剂，包括K+，丝氨酸蛋白酶抑制蛋白，其他细胞间通讯分子及Caspase去激活剂，可能影响Caspase-1功能的调节。Caspase介导的凋亡过程中，其主要的靶分子是一些凋亡抑制因子，如ARC可抑制Caspase-2和Caspase-8，或其他凋亡抑制因子IAPs。杆状病毒IAP可以有效地抑制ICE或Caspase-2介导的凋亡。一些抑制分子，如CrmA，p35或hILP在Caspase被切割后可以保持一定的水平。

Caspase的灭活，即酶的失活，可能还有其他机制。同时，有研究表明calpain可以灭活Caspase-7，Caspase-8和Caspase-9。Caspase也是可能被磷酸化的。举个例子，Akt和p21-Ras是通过将Caspase-9磷酸化而使其失活的。近几年，发现NO可影响Caspase的活性。NO可通过使Caspase的活性中心亚硝基化，从而阻止凋亡。这个过程是可逆的，使用FasL可以使亚硝基化的Caspase-3去亚硝基化，从而使其激活，进而介导凋亡。最后，亚硝基化也可以抑制Caspase-1的活性，使RAW264.7细胞的IL-1和IFN-γ的释放减少。

4．Caspase-1，IL-1及细胞凋亡

尽管Caspase-1是第一个发现的Caspase，并对其在凋亡过程中的作用进行了深入研究，但Caspase-1并不是凋亡过程中的主角。早期研究中，在成纤维细胞中超表达Caspase-1，并重点观察其对在凋亡中的功能。令人惊奇的是，Caspase-1缺失的小鼠发育正常，这些小鼠的细胞在受LPS刺激后不表达IL-1α或IL-1β。TNF和IL-6的表达也减少，小鼠会产生抗内毒素休克。这些动物的胸腺细胞对Fas诱导的凋亡不敏感，但辐射或地塞米松则可诱导其凋亡，提示Caspase-1在Fas介导的细胞凋亡中有一定的作用。ICE-/-小鼠，Caspase-3，Caspase-9或Caspase-8敲除小鼠中，发育均会发现神经或心脏的损伤。这些数据表明，Caspase-1在发育过程中的凋亡没有什么大的作用，但它在其他类型的生理性细胞死亡是重要的，如Fas介导的细胞凋亡。如上文讲的那样，Caspase-1，而非Caspase-3或Caspase11，似乎参与了细菌感染引起的巨噬细胞凋亡。Caspase-1结合一个志贺氏菌的IpaB或沙门氏菌的SipB后，可以使其激活。从Caspase-1-/-小鼠中分离出的巨噬细胞对沙门氏菌介导的凋亡不敏感。另一方面，Caspase-1仍然参与了TGF-β介导的T细胞凋亡，并且含有内源ICE基因的小鼠的胸腺细胞可以抵抗Fas抗体引起的凋亡。

Caspase-1在特定类型的凋亡中，促进IL-1β成熟，可能是Caspase与细胞因子一种相互作用，从而对凋亡进行调节。有证据表明，不同的细胞类型中IL-1的功能也是不同的，如依赖于IL-1受体的通路。在自发的PMN凋亡中，像LPS刺激的那样，ICE或IL-1可以推迟凋亡的到来。此外，在PC12细胞中，可以检测到SOD-1下调介导的凋亡，并且伴随着IL-1β的产生。IL-1-Ra或IL-1β抗体可以使细胞免于死亡。另一方面，将ICE或IL-1封闭后，可以加速PMN的自发性凋亡，尽管Fas介导的细胞凋亡中，ICE的表达增加。对比一下，在单核细胞，自发的凋亡是依赖于Caspase-1的。IL-11作为Caspase-1的激活剂，可能参与到这些过程中。EAE和Kang曾发现少突胶质细胞凋亡Caspase-11是必不可少的，Hisahara等在他们的基础上发现Caspase-11可以像活化Caspase-8或Caspase-9一样活化Caspase-3。

5．细胞因子可增强或阻碍Caspase依赖的细胞凋亡

以上讲了细胞因子一方面是Caspase的靶分子，但另一方面也可以调节凋亡，并且细胞因子在炎症过程中的作用十分重要。在以下的内容中，我们总结了一些关于除IL-1β外的细胞因子对凋亡调节的研究。

众所周知，TNF可以介导包括凋亡在内的大量生物学过程。最近发现，IL-10也可以介导凋亡。Schmidt等的研究显示，IL-10介导(或增强)了人外周血单核细胞(MNC)中Fas-FasL或Caspase-8依赖的凋亡。stromal-derived factor 1a通过上调CD95和CD95L来介导CD4+T细胞凋亡。相比之下，被剥夺了生存因子的细胞，包括使用细胞因子刺激的细胞，终将因凋亡而死去。IL-3，NGF，IGF-1和血小板衍生生长因子或保护细胞免于凋亡酪氨酸激酶受体家族可以活化PI3-K。嗜铬细胞瘤PC12细胞中，可以用NGF或IGF-1活化PI3-K。同样，下调PI3-K后，Akt对于阻止细胞凋亡至关重要。其他的细胞因子通过不同的机制加速或延缓细胞凋亡。VEGF经缺氧诱导后，可以通过活化MAPK/ERK通路来介导细胞的凋亡，并且在一些细胞中启动TNF-R1的表达［1，2，4］。人生长激素可以保护U937细胞免于Fas引起Bcl-2表达升高后导致的凋亡，Bcl-2α也有同样的机制。当TGF-β对FLIP的剂量变化产生感应时，细胞会进入凋亡状态。同样，一些化学试剂也可以激活Caspase。IL-8可以通过Fas和TFN-R来减少Caspase-3的激活，从而保护PMN免于凋亡。在炎症反应或过敏反应中，GM-CSF，G-CSF和IL-5可以延缓中性粒细胞或嗜酸性粒细胞的凋亡。

即使在同种细胞中，细胞因子的作用也可能是不同的，有可能是驱动或阻碍凋亡。例如，IFN-α/β可以使鼠的成纤维细胞对dsRNA或流感病毒感染引起的FADD依赖性凋亡更加敏感，但会抵抗由水泡性口炎病毒引起的Caspase-9依赖的细胞溶解。尽管IL-6可以促进细胞增长，但也可以通过IFN-α介导的多发性骨髓瘤凋亡。在红细胞祖细胞中，IFN-γ作为一个生存信号也可以同时上高Fas水平。而在小胶质细胞中，IFN-γ处理后可观察到Fas和FasL表达上调，进行细胞进入凋亡［9］。IL-2可以提高激活的T细胞对Fas介导的细胞死亡更敏感，最终由于FLIP下调导致细胞死亡。此外，IL-2通过激活IL-2Rβ，进而激活STAT5，从而增加FasL的表达。这样，尽管IL-2可以促进T细胞的生长，同时它也可以促进细胞凋亡。

有报道发现，增加Caspase-1，Caspase-3，Caspase-6和Caspase-9的活性可以使小鼠癌症进一点恶化，一个可能的原因是细胞因子在其中起了作用。另一个关于脓毒症的在体实验发现细胞因子的产生与凋亡联系密切。在脓毒症发生时，一些器官中的细胞大量凋亡，其中包括心肌细胞。令人感兴趣的是最近的一项研究。使用z-VAD-fmk或z-DEVD-cmk作为Caspase的抑制剂，即使使用内毒素刺激两小时后，仍可以减少Caspase-3的活化及心肌功能障碍。

细胞因子对细胞的影响可能取决于所涉及的受体的类型。众所周知的例子，TNF-R1/TNF-R2受体系统:TNF-R1诱导凋亡，而TNF-R2则刺激细胞增殖。当然这也不是一定的，TNF-R2也可能参与了TNF-R1凋亡通路。此外，其他的发现清晰地显示，T细胞中，TNF-R2在细胞的增殖和死亡中是把双刃剑。

对Caspase-/-小鼠的研究表明，Caspase不仅参与细胞凋亡和细胞因子的成熟，而且会影响细胞生长和分化。凋亡与细胞分化尽管经由不同的机制，但在一些层次上是息息相关的。某些细胞因子受体(大部分包含有βc-链或γc-链)促进细胞分裂和/或分化，从而阻碍细胞凋亡。由于各种细胞类型的增殖和分化信号有不同的要求，同种细胞因子(如IL-7)可能对同一种细胞(如淋巴细胞)的重要程度是不同的。此外，发育中的免疫细胞由于缺乏FADD表达而进入未成熟的CD4/CD8阶段(在TCR表达之前)，这意味着死亡受体信号复合体可能对于细胞的生长和分化是必不可少。最近显示Caspase活性抑制剂可以阻碍在T细胞中CD3诱导的增殖和产生IL-2。CD3刺激后，发现T细胞可以持续快速地切割Caspase-8，但无法检测到Caspase-3。这些数据显示死亡受体与IL-2协同作用，在T细胞增殖中的一种可能的机制。

6．Caspase对细胞转录的调控

外界环境不同，细胞表达的基因也是不同的，特别是针对特定的细胞外信号分子。同时，细胞也会向外界释放一些细胞因子，可溶性的受体及酶等来改变其所处的微环境。细胞对刺激的反应方式取决于刺激的方式，即刺激信号的各类和序列。细胞外信号在细胞内聚集，并可能对基因表达有不同的影响。基因的表达是在转录水平开始的，因此细胞的命运是基因转录的结果。细胞由细胞因子激活，以及细胞因子的表达，均以分子功能为基础，并且转录也是主要的调控途径。以下主要介绍发生在转录水平的Caspase和细胞因子之间的联系。

目前已经发现一些Caspase的底物，包括细胞因子，修复蛋白，Bcl-2蛋白家族，RNA结合蛋白(La-1，U1-70kD)，结构性蛋白(核纤层蛋白、角蛋白、血影蛋白)，信号分子(激酶，PLC-γ)，控制细胞周期的蛋白(Rb)，转录因子及其调控蛋白(I-κB，SP1，SREBP)，整联蛋白(HEF-1)及其他蛋白。有些Caspase底物并不直接参与凋亡，这意味着，Caspase可能在其他的细胞生物过程中具有作用。这两个看似矛盾的细胞生物过程(如激活Caspase和转录)，是由同样的受体触发了对细胞功能调节不同的酶引起的。

TNF受体可以介导Caspase的级联放大效应，进而导致细胞死亡。另一方面，TRAF-2和cIAP可以激活激酶并及其转录因子AP-1或NF-κB，使细胞保持存活。NF-κB通过其抗凋亡的作用而对细胞生存十分重要，同时也可以阻碍各种原因引起的凋亡。使用IFN-α预处理可以抑制TNF介导的凋亡，同时具有抑制相关蛋白的磷酸化和I-κBα的降解。巨噬细胞需要一定活化的NF-κB来通过A1的表达和线粒体稳态而保持生存能力。持续地抑制NF-κB的活性可以导致时间依赖的线粒体跨膜蛋白降解及DNA片段化。

凋亡的级联放大效应和转录激活途径似乎独立地起作用，虽然已经报道了一些交叉作用。抑制NF-κB的激活通路可以上调Caspase的级联放大效应。对于抑制NF-κB对Caspase的级联放大作用仍然是有争议的。现在已经明确的是，激活的NF-κB可以调节一些抗凋亡蛋白的表达，如TRAF-1，TRAF-2，cIAP-1，cIAP-2，Bcl-2家族，A1，Bcl-XL和IEX-1L。抑制这些蛋白可能会导致细胞凋亡的增强，而过表达可以防止细胞凋亡。最新的数据表明，这些蛋白的过表达并不能完全阻断细胞凋亡，也就是说，NF-κB也调节其他抑制蛋白的表达。NDED(NF-κB-inducible death effector domain-containing protein)可能在NF-κB的抗凋亡作用中扮演重要角色。在NF-κB缺乏的细胞中，超表达NDED可以抑制TNF介导的凋亡。NDED可以抑制TNF介导的凋亡，但对依托泊苷介导的凋亡无作用，其作用可能是由于Caspase-8的选择性下调。

同一种配体有时会开启两个不同的信号通路(如TNF-α或Apo3L)，激活一个通路往往会关闭另一个通路的活性。事实上，细胞凋亡的抑制剂可以促进细胞生成生存。c-FLIP(一种Caspase-8抑制剂)可以激活NF-κB和Erk信号通路，由于NF-κB可以增强c-FLIP的表达，从而形成延长抑制作用的正反馈。反之亦然，因为Caspase可以下调生存通路。Caspase可以切割一些接头蛋白，如RIP，TRAF和cIAP。最近，在TNF-α或FasL介导的凋亡中，发现TRAF1是Caspase-8的一种底物。在受体介导的凋亡中，Caspase-8通过竞争性地参与信号转导蛋白水解而关闭细胞的生存通路。紫外线导致的凋亡中，并未观察到Caspase-8的活动，而且也没有TRAF-1被水解。值得注意的是，当TRAF-1被Caspase-8切割时，TRAF-2对于生存通路的作用就十分重要了。与TRAF-2相比，TRAF-1的C端具有一个显性抑制片段，可以通过TNF-α抑制NF-κB。Caspase-8的底物之间也有另一种生存途径的分子，丝氨酸/苏氨酸激酶RIP抑制TRADD与FADD之间的相互作用。Caspase-8可以把RIP切成显性抑制片段。已经报道的一个水解产物RIPc可以增强TRADD和FADD之间的相互作用，从而增加对TNFα的敏感度。由于TRADD和FADD之间的相互作用在死亡受体介导的凋亡过程中是必不可少的，抗Caspase-8切割的RIP突变可以保护细胞免于TNFα介导的凋亡［10］。

最近的研究表明，Gads是一种Caspase依赖的血细胞生成特异接头蛋白。Gads包含SH2和SH3结构域。Gads通过其C端的SH3结构域与SLP-76结合来酪氨酸磷酸化与Gads的SH2结构域结合在一起的LAT。Caspase的切割位点位于一长为120个氨基酸残基的区段，该区段位于SH2和SH3结构域之间。这样可以阻断SLP-76和LAT之间的相互作用，并改变T细胞受体所接受到的信号。于是，切割信号分子可能会导致信号通路的分支或不同的通路之间形成干扰。

凋亡蛋白酶可以切割并使下游的生存信号分子失活，如Akt/PKB，磷酯酶C(PLC-γ1)和Bcl-2。最近发现，Caspase-3参与了上皮生长因子受体(epidermal growth factor receptor，EGFR)的水解过程，EGFR是一个起关键作用的抗凋亡信号。这种切割机制阻断的EGFR依赖的生存通路的下游信号分子。Caspase可以通过两种已明确的方式直接下调NF-κB的活性。Caspase-3可以在I-κBα的N端将其切断。切割产物ΔN紧密地与NF-κB结合，从而抑制其活性，并提高细胞对TNF-α介导的死亡更加敏感。ΔN是否容易降解取决于何种因子激活NF-κB［11］。令人惊讶的是，NF-κB在中和其他因素诱导的细胞凋亡过程中，如伽玛射线，并不会直接给细胞提供生存信号。近来，有报道发现Caspase可以切割NF-κB的p65亚单位［12］。有些研究了转录因子激活蛋白2α(transcription factor-activating protein-2α，AP-2α)与凋亡之间的联系。在凋亡的DNA片段化过程中，AP-2α会被Caspase优先水解，作用方式为与Asp-Arg-His-Asp1(DRHD)序列的天门冬氨酸结合。AP-2α的水解往往发生在其他转录因子。由于抗caspas水解的AP-2α突变可以使细胞抵抗TNF-α介导的凋亡，所以AP-2α是个重要的生存因子。

除了信号转导分子外，Caspase也可以直接切割一些转录因子，这会导致特定细胞的这些基因非特异性地沉默。举个例子，在Caspase介导的转录因子GATA-1降解参与的红细胞分化过程中，Caspase的活性是一个负性的调节因素。Caspase可能作为正向的调节因素出现在各种转录依赖的凋亡中。Caspase可以激活那些控制凋亡相关基因的转录因子。这个过程可以发生在有限的蛋白水解或蛋白与蛋白之间的相互作用。尽管在细胞质中存在激活的Caspase，但细胞仍能存活，表明Caspase功能除了促进凋亡外还有其他功能。这并不奇怪，因为Caspase可以促进多种细胞因子的成熟。IL-1，像其他炎症性的细胞因子对于许多类型的细胞来说是必不可少的生存信号，但像上文讲的那样，一些细胞中被IL-1β活化的NF-κB具有凋亡诱导作用。

尽管细胞增殖和凋亡是一个相反的过程且是相互矛盾的，但一些证据又表明这两个过程是相辅相成的。在对基因组稳定性的维持上，Caspase和细胞周期调节因子的目标是一致的。细胞周期调节因子主要检测可以阻断细胞周期的基因组损伤，这是关于细胞周期的第一个检查点。如果损伤无法修复，Caspase依赖的细胞死亡就登上了舞台。我们可以推断，Caspase最终决定细胞周期继续或转入凋亡。它们可以通过水解细胞周期抑制因子，或通过执行细胞凋亡级联诱导，来决定在细胞周期的走向。

据报道，Caspase可以参与造血祖细胞的分化，T淋巴细胞的增殖及眼睛中晶体纤维的发育。一些Caspase敲除研究显示出Caspase对生长发育的影响。例如，Caspase-3-/-小鼠的出生率就很低，并且与同窝的其他个体相比体型较小。Caspase-8-/-和FADD-/-小鼠在心肌发育中发现trabeculae较薄和心室肌肉薄弱。在这些基因敲除小鼠的免疫系统中，造血前体细胞显示出强烈受损后的集落形成，而且胸腺发育过程中产生大量有缺陷的T细胞祖细胞。据报道，Caspase-3在有丝分裂和有丝分裂后的大鼠脑细胞中是有活性的。一股Caspase-3激活的细胞被分配到增生带，随后迁移到延髓，最终分化成不同的神经元。

许多人认为Caspase是细胞复制机制的不可缺少的调节因子。Caspase的底物，如topoisomerase 1和核复制因子MCM-3的作为是阻断细胞进入有丝分裂。Caspase同样可以水解像Wee1一样的细胞周期负性调节因子。这些细胞周期负性调节因子是细胞周期调节激酶CDK2，Cdc2和Cdc27的抑制剂，并且参与组成后期促进复合物。再者，周期抑制因子p21Waf1和p27Kip1也是Caspase的作用靶分子。在增殖过程中，Caspase活性是不定期的，这样就可以解释为什么Caspase一般不会杀灭或沉默大多数肿瘤。Caspase对cdkI p27(KIP-1)丰度的调节作用即是一例。对Caspase的抑制导致了所有尺度的抑制分子的积累，从而减少细胞增殖。据最近的研究发现，各种恶性肿瘤均表达Fas和/或其配体FasL。然而，表达Fas的肿瘤细胞并不总是容易进入Fas介导的死亡程序，而且在同一肿瘤中Fas和FasL均有表达，其生物学意义尚不明确。在神经胶质瘤中Fas介导的Caspase激活的机制与MEK-ERK信号通路促进细胞周期进程紧密相连。据此我们可以推测在神经胶质瘤中，FasL可能是一个自分泌的细胞生长因子［13］。

最近关于DNA损伤，细胞周期和凋亡机制之间联系的探讨，使我们提出一个清晰的问题:Caspase是否促进DNA修复和细胞周期进展?转录是否也参与其中?许多实验数据显示了转录与细胞周期和细胞凋亡之间的联系。最重要的证据就是热休克蛋白90(HSP90)。压力导致的转录激活始于热休克因子1(HSF-1)从其与HSP90构成的复合物上解离下来。HSF1单体构成三聚体，并与hsp的启动子结合。释放后的Hsp90防止Apaf-1和底物激活后的proCaspase-9再聚集。HSP90同时可以稳定细胞周期蛋白依赖性激酶，Cdc2。HSF1激活转录后几个小时，结果导致HSP90的额外表达并在细胞内累积。这个例子清晰地表明应激反应因子激活转录是如何导致细胞保护，并促进细胞周期。在上面的例子中应该特别注意的是，许多非致命的应激反应的因子(包括热休克)可以激活Caspase-9外其他Caspase［14］。

当细胞从压力恢复但并不进入凋亡状态时，短暂激活Caspase的意义何在?转录偶联修复可以允许紫外线损伤的细胞通过S期，并防止诱导细胞凋亡的发生。但在紫外线损伤的细胞中，转录及转录偶联的修复作用是如何启动的?我们是否应该猜想Caspase是否在保护/修复机制的上游激活参与其中?以上问题的答案马上就要来临，但我们已经目睹了对Caspase领域各种研究方式的变化。在过去的十年中Caspase被描绘成“敢死队”，而它在细胞内的作用是有限地自我毁灭。现在这种片面的想法必需被新的思索代替。Caspase似乎除作为蛋白酶参与凋亡外还参与了其他许多过程，包括细胞周期调节和炎症过程。

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12 Pandey P，et al.Negative regulation of cytochrome c-mediated oligomerization of Apaf-1 and activation of procaspase-9 by heat shock protein 90［J］.EMBO J，2000，19(16):4310-4322.

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14 van Oosten M，et al.Differential role of transcription-coupled repair in UVB-induced G2 arrest and apoptosis in mouse epidermis［J］.Proc Natl Acad Sci U S A，2000，97(21):11268-1173.

The research progress of apoptosis and inflammation mechanism in the senile degenerative disease

(YANG Fan1，2，YANG Ze1.1.Institute of Geriatrics，Chinese Ministry of Health，Beijing Hospital，Beijing 100730，China;2.Graduate School of Peking Union Medical College，Beijing 100730，China.)

Caspase family contains lots of evolutionary conserved proteases，and plays an important role in cellular life.Caspases act in cytoplasm，but its production and activity are triggered and regulated by single outside cells.Hower，some caspases are essential for modulation，activation and secretion of cytokines.There are different pathway and level for the interaction between caspases and cytokines.The article talked about the recent research findings of interaction between them in apoptosis and inflammation，for helping us understand the interacted net and feedback mechanism of caspases and cytokines and the research progress of apoptosis and inflammation mechanism in the senile degenerative disease.

Caspase，Apoptosis，Inflammation，Cytokines，Modulation

10.3969/j.issn.1672-4860.2015.05.007

2015-7-10

1.北京医院，卫生部北京老年医学研究所医学遗传室 100730 2.北京协和医学院研究生院 100730

国家自然科学基金(81061120527，81370445，81472408，81400790);卫生部公益性研究基金(201302008);国家科技部十二五支撑计划(2012BAI10B01);北京市科技新星计划(Z121107002512058)

※为通讯作者