李曉云綜述，桂慶軍審校

（南華大學(xué)附屬第二醫(yī)院心內(nèi)科，湖南衡陽(yáng)412001）

caspase 家族與冠心病研究現(xiàn)狀及其進(jìn)展

李曉云綜述，桂慶軍審校

（南華大學(xué)附屬第二醫(yī)院心內(nèi)科，湖南衡陽(yáng)412001）

冠心?。?細(xì)胞凋亡； 半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶； 綜述

冠狀動(dòng)脈粥樣硬化性心臟病因冠狀動(dòng)脈血管發(fā)生動(dòng)脈粥樣硬化等病變而引起血管腔狹窄或者阻塞，造成心肌缺血、缺氧或壞死而導(dǎo)致的心臟病，常稱(chēng)為“冠心病”。在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家已成為第一殺手。冠心病的發(fā)病機(jī)制很復(fù)雜，給治療和預(yù)防帶來(lái)很大的挑戰(zhàn)。近年來(lái)，隨著細(xì)胞分子生物技術(shù)的發(fā)展，使冠心病發(fā)病機(jī)制的研究進(jìn)入了細(xì)胞分子水平。細(xì)胞凋亡是冠心病發(fā)生發(fā)展過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)，而與細(xì)胞凋亡相關(guān)的分子，就是半胱氨酸天冬氨酸特異性蛋白酶（caspase）家族。研究caspase家族在冠心病發(fā)生發(fā)展中的作用機(jī)制，已成為近年來(lái)熱點(diǎn)課題。本文將綜述caspase家族在冠心病中的作用，以及二者與細(xì)胞凋亡的關(guān)系。

1 冠心病與細(xì)胞凋亡

動(dòng)脈粥樣硬化斑塊上血管平滑肌細(xì)胞（VSMC）的凋亡以及心肌缺血引起的心肌細(xì)胞壞死和凋亡，都離不開(kāi)細(xì)胞凋亡信號(hào)途徑。動(dòng)脈粥樣硬化部位的巨噬細(xì)胞能通過(guò)直接作用和細(xì)胞因子釋放促進(jìn)VSMC凋亡[1]。心肌缺血能引起由細(xì)胞色素C釋放及caspase家族活化介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡[2]。各種刺激可以通過(guò)細(xì)胞凋亡信號(hào)途徑促使心肌細(xì)胞凋亡，如缺血/再灌注可以激活細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶（ERK）和應(yīng)激化蛋白激酶，神經(jīng)激素因子（如兒茶酚胺類(lèi)）可作用于G結(jié)合蛋白，缺血促進(jìn)生長(zhǎng)因子的分泌等[3-5]。不管受到何種刺激誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡，其凋亡信號(hào)下游途徑是相同，分為2種途徑：死亡受體和線粒體擴(kuò)大。在這2條途徑中，上游、途徑中或者下游都有caspase家族的參與。不同類(lèi)型的caspase可以作為凋亡始動(dòng)子、凋亡效應(yīng)子和細(xì)胞因子介導(dǎo)炎性反應(yīng)，在細(xì)胞凋亡過(guò)程中發(fā)揮不同的作用。研究表明，抑制凋亡信號(hào)途徑中的caspase活性可以延緩細(xì)胞凋亡，對(duì)動(dòng)脈粥樣硬化和心肌缺血/再灌注造成的損傷有保護(hù)作用，對(duì)治療冠心病有很好的療效。

2 caspase的生物學(xué)特性

caspase家族在細(xì)胞凋亡信號(hào)途徑中居于中心位置，可以誘導(dǎo)凋亡細(xì)胞直接解體的蛋白酶系統(tǒng)。caspase作為一種特異天冬氨酸的半胱氨酸蛋白酶，以無(wú)活性的酶原形式存在，激活需要水解其N(xiāo)端一段序列，活化后可水解底物，并可以通過(guò)過(guò)級(jí)聯(lián)放大誘發(fā)凋亡。激活的caspase一般具有抑制劑，防止caspase酶原不正常激活對(duì)正常細(xì)胞造成損傷。caspase參與凋亡過(guò)程，根據(jù)起始激活的caspase不同可將凋亡激活途徑分成3條通路：（1）死亡受體途徑，也稱(chēng)為“細(xì)胞外”通路。細(xì)胞外各種細(xì)胞凋亡信號(hào)刺激，F(xiàn)asL和TNF-α可以作用相關(guān)受體，并與內(nèi)源性的FADD直接發(fā)生作用，生成FasL-Fas-FADD和TNFα-TNFR1-TRADD-FADD復(fù)合物凋亡復(fù)合物，復(fù)合物中FADD的死亡效應(yīng)區(qū)可與caspase-8酶原或caspase-10酶原結(jié)合，使caspase酶原活化。（2）“細(xì)胞內(nèi)”通路，始于線粒體，故也稱(chēng)為線粒體途徑。當(dāng)細(xì)胞接收到凋亡信號(hào)后，如DNA損傷、細(xì)胞周期阻滯等，促使線粒體釋放細(xì)胞色素C。細(xì)胞色素C能與凋亡酶激活因子及caspase-9形成凋亡體，其可以通過(guò)自我剪切活化，在dATP和ATP存在的情況下活化caspase-3、caspase-6、caspase-7等，這樣可使凋亡繼續(xù)下去。（3）內(nèi)質(zhì)網(wǎng)介導(dǎo)的凋亡通路，是一種新的細(xì)胞凋亡途徑。主要為內(nèi)質(zhì)網(wǎng)鈣離子的調(diào)控和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)反應(yīng)應(yīng)激以及caspase-12的激活。caspase-12存在于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上，是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激誘導(dǎo)凋亡所必需的。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)鈣離子動(dòng)態(tài)平衡遭到破壞或蛋白聚集于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)時(shí)，可以直接激活其中caspase-12，經(jīng)激活后，caspase-12可進(jìn)一步剪切和激活caspase-3而引發(fā)細(xì)胞凋亡?？傊?，細(xì)胞凋亡是由特殊的凋亡信號(hào)刺激并激活caspase酶原，促使蛋白溶解系統(tǒng)發(fā)生活化而形成的。caspase處于細(xì)胞凋亡途徑的核心位置上，級(jí)聯(lián)反應(yīng)被認(rèn)為是不可逆轉(zhuǎn)的反應(yīng)，所以，控制和抑制細(xì)胞凋亡時(shí)，抑制caspase的活化和caspase活性至關(guān)重要。

目前已發(fā)現(xiàn)有14種caspase，根據(jù)caspase在細(xì)胞凋亡分子機(jī)制途徑中反應(yīng)的上、下游位置及功能的不同，可分為三大類(lèi)，見(jiàn)表1。

3 冠心病與caspase家族

冠心病與細(xì)胞凋亡有著密切的關(guān)系，caspase在其中發(fā)揮的作用一直是研究者關(guān)心的話題。通過(guò)機(jī)制研究明確caspase家族在冠心病中是如何調(diào)控細(xì)胞凋亡的，可為其治療和診斷提供支持和幫助。下面介紹caspase家族中caspase-1、caspase-3、caspase-8和caspase-12在冠心病中的作用機(jī)制。

3.1 caspase-1 caspase-1也稱(chēng)白介素-1β轉(zhuǎn)換酶（ICE），有時(shí)被寫(xiě)作caspase1，是caspase家族中唯一可以剪切白介素-1β（IL-1β）或IL-18前體蛋白產(chǎn)生相應(yīng)成熟的細(xì)胞因子的caspase[6-7]。Mezzaroma等[8]研究表明，在急性心肌梗死發(fā)生3、7 d后caspase-1mRNA的含量會(huì)增加幾倍，caspase-1的激活也在7 d后明顯增加。通過(guò)檢測(cè)procaspase-1和裂解的caspase-1的表達(dá)量，發(fā)現(xiàn)二者的比值是升高的。caspase-1的酶活性在動(dòng)物模型建立6 h后既可以被檢測(cè)到，在第3～7天達(dá)頂峰，持續(xù)上升14 d。研究還證明含有炎癥復(fù)合物的急性心肌梗死小鼠模型，caspase-1活性增加，局部肉芽組織和毗鄰壞死區(qū)域的心肌細(xì)胞出現(xiàn)死亡，并發(fā)現(xiàn)其控制炎癥復(fù)合發(fā)展體可能成為一個(gè)獨(dú)特的治療方案限制急性心肌梗死中心肌細(xì)胞的死亡，最終防止心力衰竭的發(fā)生。

3.2 caspase-3 caspase-3是細(xì)胞凋亡的關(guān)鍵酶，caspase-3表達(dá)增加、刺激激活是凋亡信號(hào)傳導(dǎo)通路中的中心環(huán)節(jié)，是凋亡啟動(dòng)過(guò)程中的早期事件，是參與調(diào)節(jié)和執(zhí)行細(xì)胞凋亡最重要的蛋白酶之一[9-10]。在冠心病中，通過(guò)抑制caspase-3的活性，對(duì)心肌細(xì)胞凋亡會(huì)有比較好的效果[11]。Chandrashekhar等[12]觀察了caspase-3抑制劑Z-Asp-2，6，DCBMk（該藥具有細(xì)胞通透性，為廣譜半胱天冬酶抑制劑而且這并不影響其他半胱氨酸蛋白酶的活性）的抗心肌細(xì)胞凋亡作用，結(jié)果發(fā)現(xiàn)其具有抑制心肌細(xì)胞caspase-3活性，同時(shí)，伴隨troponin-I活性下降，心肌細(xì)胞凋亡減少。此外，在急性心肌梗死后，半胱天冬酶抑制還可以減少左心室質(zhì)量與體質(zhì)量比值，減少心肌間質(zhì)膠原沉積，抑制左心室重構(gòu)、更好地保存左心室收縮功能。

干細(xì)胞治療具有很好的前景，可修復(fù)梗死的心肌細(xì)胞和恢復(fù)心臟功能。間充質(zhì)干細(xì)胞（MSC）由于固有的多種分化能力以及分泌多種生長(zhǎng)因子和細(xì)胞因子，已經(jīng)被運(yùn)用到心臟修復(fù)并取得不錯(cuò)的結(jié)果。盡管干細(xì)胞移植是一種很有前景的治療選擇修復(fù)梗死的心臟，其是面對(duì)一些挑戰(zhàn)，包括移植細(xì)胞如何生存在缺血區(qū)域，如何面對(duì)過(guò)度的氧化應(yīng)激造成損失[13]。Hassan等[14]將MSC用含2.5μmol Carv無(wú)血清培養(yǎng)基處理1 h，接著用過(guò)氧化氫處理2 h，然后將MSC移植到心肌壞死區(qū)域治療動(dòng)物心肌梗死導(dǎo)致的心力衰竭，結(jié)果顯示可明顯改善和降低心肌的纖維化。同時(shí)，通過(guò)抑制caspase-3的活性或表達(dá)，對(duì)干細(xì)胞抑制治療有明顯的改善作用，能更好地保護(hù)心肌細(xì)胞和抑制干細(xì)胞。

3.3 caspase-8 caspase-8是由位于人類(lèi)染色體2q33.1上CASP8基因編碼，可翻譯成幾種不同的蛋白亞型。不同的亞基為凋亡始動(dòng)子，位于級(jí)聯(lián)反應(yīng)上游，激活后可以作用caspase3、4、7、9酶原使其裂解并激活。研究表明，在TNF-α/TNFR1信號(hào)通路中，caspase-8是處于激活狀態(tài)中[15]。該通路是由FADD的聚集激活的，同時(shí)，caspase-8酶原也進(jìn)入到DISC。caspase-8激活后可以導(dǎo)致神經(jīng)酰胺、線粒體ROS產(chǎn)生，隨后細(xì)胞色素C從線粒體中釋放，同時(shí)，凋亡小體也開(kāi)始形成，最后可以活化下游的其他caspase，如caspase-3并導(dǎo)致細(xì)胞死亡[16-17]。在心肌梗死后，心臟再灌注損傷是非常嚴(yán)重的后果。心肌梗死后，再灌注心臟造成的損傷是一個(gè)很?chē)?yán)重問(wèn)題。然而，心肌缺血/再灌注是以炎癥、心律失常、心肌細(xì)胞損傷為特點(diǎn)。在細(xì)胞水平上，Ca2+的含量和氧化還原體系失去平衡狀態(tài)。Fauconnier等[18]應(yīng)用心肌缺血/再灌注的鼠模型，試圖確定急性心肌梗死導(dǎo)致再灌注損傷和Ca2+內(nèi)穩(wěn)態(tài)擾動(dòng)急性缺血后的作用機(jī)制。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，TNF-α和caspase-8活性在再灌注后6 h內(nèi)增加，導(dǎo)致心肌氮氧化和線粒體ROS生產(chǎn)。在1 d和15 d后再灌注，caspase-8激活導(dǎo)致舒張期肌漿網(wǎng)Ca2+泄漏。在再灌注之前，藥物抑制caspase-8的活性并抑制Ca2+泄漏，既可減少室性心律失常，又可減少心肌梗死15 d后的再灌注損失，促進(jìn)左心室重構(gòu)。TNF-α可誘導(dǎo)caspase-8活化，導(dǎo)致有裂縫的RyR2通道打開(kāi)，該通道在缺血/再灌注后可使心肌重構(gòu)。因此，早期預(yù)防SR Ca2+通道開(kāi)放通過(guò)使RyR2功能正?；梢员Ｗo(hù)心臟。caspase-8激活后可參與再灌注損傷。因此，caspase-8抑制和RyR2/calstabin2正?；梢院芎玫仡A(yù)防再灌注的影響，包括心肌細(xì)胞死亡、心律失常和左心室改造后急性心肌。

3.4 caspase-12 caspase-12是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激凋亡通路的特異性蛋白，屬于ICE家族，在生物體內(nèi)是以無(wú)活性的procaspase-12存在。當(dāng)受到持續(xù)刺激時(shí)位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的procaspase-12可以轉(zhuǎn)移至細(xì)胞質(zhì)，即被激活成具有活性的caspase-12，從而可以激活下游的caspase-3等并促使細(xì)胞凋亡。李蕊君等[19]通過(guò)建立大鼠心肌梗死模型，觀察梗死后不同時(shí)間點(diǎn)心肌組織中caspase-12蛋白的表達(dá)變化，發(fā)現(xiàn)caspase-12蛋白表達(dá)較假手術(shù)組明顯增高，且隨梗死時(shí)間延長(zhǎng)呈增加趨勢(shì)。說(shuō)明在心肌梗死早期，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激通過(guò)誘導(dǎo)未折疊蛋白反應(yīng)可以適當(dāng)恢復(fù)細(xì)胞狀態(tài)，從而在短時(shí)間內(nèi)保護(hù)細(xì)胞，此時(shí)caspase-12主要以酶原形式存在，其含量較少；隨著梗死時(shí)間進(jìn)一步延長(zhǎng)，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激可持續(xù)加大，procaspase-12便可活化為具有剪切活性的caspase-12，且含量增高，從而使心肌細(xì)胞凋亡。

Song等[20]將38只老鼠隨機(jī)分為三組：心力衰竭模型組（模型組）、心臟衰竭和阿托伐他汀治療組（阿托伐他汀組）和假手術(shù)組（對(duì)照組）。結(jié)果發(fā)現(xiàn)在阿托伐他汀組中心肌細(xì)胞排列更加有序，而且心肌纖維化水平較模型組是下降的，心肌細(xì)胞總GRP78表達(dá)和caspase-12也在減少；此外，該組中細(xì)胞凋亡率降低、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)壓力被激活，以抵制心臟衰竭和血管緊張素刺激。說(shuō)明大鼠心肌梗死后心力衰竭通過(guò)阿托伐他汀治療抑制GRP78、caspase-12和CHOP在心肌細(xì)胞中的表達(dá)，可減少心肌細(xì)胞凋亡，表明阿托伐他汀具有防止心力衰竭的功效。

4 小 結(jié)

冠心病引起的心肌細(xì)胞凋亡和壞死、造成心功能受損往往是不可逆?？刂苹蛘咭种菩募〖?xì)胞凋亡，可更好地保護(hù)心功能。caspase蛋白家族貫穿著細(xì)胞凋亡的整個(gè)過(guò)程，發(fā)揮著重要作用。caspase在細(xì)胞凋亡傳導(dǎo)通路整個(gè)過(guò)程中既可以作為激發(fā)者，也可以作為調(diào)節(jié)者，還可以作為執(zhí)行者。研究caspase蛋白與心肌缺血或缺血再灌注造成心肌凋亡壞死的關(guān)系，是一個(gè)很大的課題。研究表明，caspase家族一些成員參與了心肌凋亡，通過(guò)抑制其活性可以抑制心肌細(xì)胞凋亡和改善心臟的功能。因此，研究caspase家族在冠心病中的作用機(jī)制，可以為冠心病的治療帶來(lái)福音。

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10.3969/j.issn.1009-5519.2015.01.025

A

1009-5519（2015）01-0070-03

2014-09-01）

李曉云（1982-），女，湖南漢壽人，碩士研究生，主要從事冠心病的相關(guān)研究；E-mail：33365612@qq.com。

桂慶軍（E-mail：1113889115@qq.com）。