caspase3与脑缺血再灌注损伤

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1、Caspase3与脑缺血再灌注损伤【关键词】Caspase3;细胞凋亡;脑缺血再灌注损伤近年来随着生物技术进展，更多证据表明脑缺血再灌注后神经元死亡由凋亡和坏死共同引起〔1〕，近年来减少脑缺血再灌注后神经元的凋亡一直是脑缺血再灌注保护中的热门课题。Caspase是一个半胱氨酸蛋白酶家族，在细胞凋亡的过程中起着关键性的作用。Caspase最先是在对线虫的研究中发现的，CED3是线虫的自杀基因，其编码产物CED3能引起线虫细胞凋亡〔2〕。Caspase3在脑缺血后程序性细胞死亡过程中的激活将导致DNA修复蛋白、细胞骨架蛋白及其他Casp

2、ase相关底物蛋白的裂解，最终导致细胞凋亡的发生，直接参与了脑缺血再灌注损伤的病理生理过程。目前有关这方面的研究尚处于揭示阶段，现综述如下。　　1Caspase3与细胞凋亡　　1.1Caspase的分类Caspase半胱氨酸蛋白酶家族在氨基酸序列、结构及酶的特性上均相似，通常情况下以无活性的酶原形式存在于细胞中，酶原分子由3部分组成，一个N10端前域及一大一小两个亚基，酶原分子激活后，大小亚基解离并重新组装为四聚体形式的活性酶〔3〕。由于Caspase可自我活化并能相互激活，因此凋亡过程一旦触发，即呈级联放大效应。根据Caspase在级联反

3、应上下游的位置及功能的不同，可分为3大类，第1类为凋亡始动子，位于级联反应上游，包括Caspase2、Caspase8、Caspase9、Caspase10等，能在其他蛋白参与下发生自我活化并激活下游的Caspase。第2类为凋亡效应子，位于级联反应下游，包括Caspase3、Caspase6、Caspase7，能被上游的始动子激活，激活后的Caspase作用于特异性底物使细胞发生生化及形态学改变，导致细胞凋亡。第3类包括Caspase1、Caspase4、Caspase5、Caspase13、Caspase14，主要

4、参与细胞因子介导炎症反应并在死亡受体介导的细胞凋亡途径中起辅助作用。　　1.2Caspase3的特性及在细胞凋亡中的作用Caspase3又称为半胱氨酸蛋白酶32(cysteineproteasep32，CPP32)，或称Yama及凋亡素等，是1994年被发现的一个促凋亡调节基因，相对分子质量为32kU，在人类基因中定位于4q324q35处〔4〕。其激活过程是：Caspase3前体物质procaspase3水解产生一个由p20和p10亚基组成的二聚体，形成活性形式的caspase3。procaspase3本身并没有催化活性，在活化

5、时首先由颗粒酶B(GrzB)或caspase10在D175剪切下小片段后它才被部分活化，随后则可进行下一步的自我催化〔4〕。在剪切原结构域时可能还有其他caspase如caspase1的参与〔4〕。caspase3最主要的底物是多聚(ADP核糖)聚合酶PARP〔poly(ADPribose)polymerase〕，该酶与DNA修复、基因完整性监护有关。在细胞凋亡启动时，caspase3在其上游物质caspase1010、caspase8等激活下作用于PARP，116kD的PARP在Asp216Gly217之间被caspase

6、3剪切成31kD和85kD两个片段，使PARP中与DNA结合的两个锌指结构与羧基端的催化区域分离，不能发挥正常功能，结果使受PARP负调控影响的Ca2+/Mg2+依赖性核酸内切酶的活性增高，裂解核小体间的DNA，从而引起细胞凋亡〔4〕。这种裂解过程可被caspase3的特异性抑制剂AcDEVDCHO所抑制，但不能被牛痘病毒蛋白CrmA抑制〔4〕。Caspase3还可以剪切U170K、DNAPK、PKCd和PKCq。PKCd和PKCq都属于新型PKC(novelproteinkinaseC，nPKC)，当被caspase3剪切后

7、，可以切除调节区域，而成为活性形式的PKC，而PKCd和PKCq?的过量表达均可以参与细胞凋亡的诱导，促进细胞凋亡发生〔4〕。　　2脑缺血再灌注与神经细胞凋亡　　研究发现〔5〕，脑缺血再灌注可诱发细胞凋亡，脑缺血再灌注后脑组织中凋亡的细胞大多为神经细胞，少数为胶质细胞和血管内皮细胞。有实验表明大鼠全脑缺血再灌注后海马区延迟性神经元死亡是不同于坏死的一个过程〔6〕，凋亡是其神经元丢失的重要原因。全脑缺血再灌注后，海马各区两种功能相反的凋亡相关基因bcl2和bax的区域性表达很可能参与了延迟性神经元死亡的发生〔7〕。有报道，大鼠脑组织缺血10m

8、in不引起神经元凋亡，永久性脑缺血6010min，其病理变化为坏死，缺血再灌注后则可造成神经元凋亡，细胞凋亡的数目随时间变化呈曲线波动〔8〕。表明在脑缺血过程中，决