Caspase-3

Caspase-3 (Cysteinyl Aspartate Specific Proteinase-3) 是细胞凋亡级联反应中最关键的执行型半胱天冬酶 (Executioner Caspase)。它被称为凋亡的“终极行刑官”，因为它是内源性（线粒体）和外源性（死亡受体）两条凋亡途径的共同下游交汇点。Caspase-3 的活化标志着细胞进入不可逆的死亡程序，它通过切割一系列关键的结构蛋白和功能蛋白（如 ICAD），直接导致 DNA 碎裂、细胞核固缩及凋亡小体的形成。

Caspase-3

执行型半胱天冬酶-3 · 详细生化参数

核心特性：凋亡级联的终极执行者

氨基酸数目	277 aa (人类)
分子量 (酶原)	32 kDa (Pro-casp-3)
活性形式	p17 / p12 异二聚体
基因名称	CASP3 (4q35.1)
激活位点	Asp175 (由启动型 Caspase 切割)
上游激活者	Caspase-8, Caspase-9
特异性切割序列	D-X-X-D↓
关键抑制剂	XIAP

活化机制：凋亡路径的汇合点

Caspase-3 的激活标志着凋亡从“信号传导期”进入“执行期”，其活化过程涉及精密的水解切割：

• 上游切割： 启动型 Caspase（如线粒体途径的 Caspase-9 或死亡受体途径的 Caspase-8）通过蛋白水解作用，切割 Caspase-3 酶原的 Asp175 位点。
• 四聚体组装： 切割后产生的 p17 和 p12 两个亚基重新组装。两个 p17/p12 异二聚体结合形成一个具有两个活性位点的同源四聚体（成熟的 Caspase-3 酶）。
• 底物降解： 活化后的 Caspase-3 针对性地切割数百种底物，其中最著名的是 ICAD。ICAD 被切割后释放出 CAD（Caspase 活化脱氧核糖核酸酶），后者进入细胞核剪断 DNA，导致特征性的“Ladder”状碎裂。

Caspase-3 执行凋亡的关键底物

底物蛋白	切割效应	最终形态变化
ICAD / DFF45	释放 CAD 酶活性	染色质浓缩，DNA 碎裂。
PARP-1	失活 DNA 修复能力	阻止细胞修复损伤，节省 ATP 用于凋亡。
Lamin A/B	解体核纤层	细胞核发生固缩与裂解。
GSDME	切割产生 N 端片段	在特定细胞中诱导焦亡 (Pyroptosis)。

临床应用与检测

Caspase-3 的状态是衡量细胞死亡最精确的分子指标：

• 凋亡金标准： 在肿瘤研究中，使用 **Cleaved Caspase-3 (c-Casp3)** 抗体通过免疫组化或 Western Blot 检测，是判定化疗药物是否成功的核心依据。
• 肿瘤逃逸： 部分癌细胞通过缺失 Caspase-3 基因或高表达其内源性抑制蛋白 XIAP 产生耐药性。
• 荧光探针： 现代生物技术开发了含有 DEVD 序列的荧光探针，可实时动态监测活体内 Caspase-3 的激活过程。

关键相关概念

• DEVD 序列： Caspase-3 识别的特异性底物序列，常用于抑制剂设计和荧光探针开发。
• XIAP： 唯一能直接结合并抑制 Caspase-3 活性的内源性蛋白。
• 凋亡小体： Caspase-3 激活后的最终产物，包裹细胞碎片以防引发炎症。

       学术参考文献与权威点评 [Academic Review]
       

[1] Nicholson DW, et al. (1995). Identification and inhibition of the ICE/CED-3 protease necessary for mammalian apoptosis. Nature. 376(6535):37-43.
[权威点评]：该研究确立了人类 Caspase-3 (当时称为 CPP32) 在凋亡执行中的核心作用。

[2] Porter AG, Jänicke RU. (1999). Emerging roles of caspase-3 in apoptosis. Cell Death & Differentiation.
[学术点评]：详述了 Caspase-3 如何通过切割特定的底物将生化信号转化为细胞形态学改变。

[3] Wang X. (2001). The expanding role of mitochondria in apoptosis. Genes & Development.
[学术点评]：王晓东教授系统论述了线粒体下游 Caspase-9 对 Caspase-3 的激活逻辑。

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