从1992年第一个caspase蛋白被发现以来，人类已经鉴定了11种不同的caspase蛋白，它们是一类对天冬氨酸特异的半胱氨酸蛋白酶，在细胞凋亡执行过程中占据着中心地位，直接参与早期凋亡启动、信号传递及晚期凋亡效应。根据其蛋白酶序列的同源性可分为3个亚族：Caspase-1亚族包括 Caspase-1、4、5、11；Caspase-2亚族包括Caspase-2、9；Caspase-3亚族包括Caspase-3、6、7、8、10。其中Caspase-3亚族中的Caspase-8是细胞死亡途径的重要组成部分。活化的caspase-8可以驱动经典的caspase依赖性凋亡（Apoptosis），并抑制RIPK3驱动的坏死性细胞死亡（Necroptosis）。后来的一些研究已证明caspase-8在经典和非经典炎症小体途径诱导pro-IL-1β合成和加工中也起着关键作用。但caspase-8如何引导细胞走向细胞凋亡，程序性坏死和细胞焦亡目前还不清楚。
2019年11月20日，德国科隆大学Hamid Kashkar教授研究团队在Nature上在线发表一篇题为Caspase-8 is the molecular switch for apoptosis, necroptosis and pyroptosis的研究性文章，该文揭示了Caspase-8在细胞凋亡，程序性坏死和细胞焦亡中如何起到了分子开关的作用。以往的研究发现当抗原受体（TLRs或Fc受体）受到刺激会激活下游的NF-κB转录因子，从而分泌大量的细胞因子。这种信号的传递中间则需要Caspase-8来发挥半胱氨酸蛋白酶的作用。作者为了研究Caspase-8酶活性在生理上的作用构建了一种基因敲入小鼠，这种小鼠中表达的Caspase-8因为其底物结合位点发生突变而不具有酶活性（第362位点的半胱氨酸突变成丝氨酸）。Casp8（C362S）纯合子的小鼠在胚胎发育的第11.5天出现胚胎致死的现象。而胚胎致死的原因与casp8基因敲除鼠类似，都是由于血管发育不全导致。之前的研究结果已经证明这种胚胎致死是可以通过敲除Caspase-8参与细胞程序性坏死下游蛋白RIPK3（受体相互作用蛋白激酶）或MLKL（混合系蛋白激酶样结构域蛋白）来逆转的，作者在Casp8（C362S）纯合子的小鼠中验证是否有相似的情况发生。有意思的是当Casp8（C362S）纯合子小鼠敲除MLKL后并没有像Caspase-8/MLKL双敲除小鼠一样存活到断奶后，这种小鼠在围产期时就已经死亡。由此看出不发生程序性坏死的小鼠也无法存活到成年。以上结果暗示即使caspase-8丧失酶活性也可以通过其他与程序性坏死无关的方式影响着围产期的发育。为了进一步解析caspase-8这种调控方式在不同组织中的作用，作者构建的三种组织特异性基因表达小鼠（MLKL基因已敲除），它们分别在小鼠的内皮细胞，皮肤细胞和肠上皮细胞上表达Caspase-8（C362S）。只有内皮细胞表达Caspase-8（C362S）的小鼠与Casp8/Mlkl双敲除小鼠一样都可以存活到断奶期，这说明在胚胎发育早期涉及心血管系统和胎盘形成时需要有酶活的Caspase-8来抑制细胞程序性坏死。只有皮肤细胞表达Caspase-8（C362S）的小鼠皮肤不会出现炎性损伤，这说明在维持皮肤稳态时需要有酶活的Caspase-8来抑制细胞程序性坏死。但是只有肠上皮细胞表达Caspase-8（C362S）的小鼠则出现了体重下降、四到八周死亡等现象，这说明无酶活的Caspase-8是通过其他与程序性坏死无关的方式引发肠道病变。那么Caspase-8是如何影响肠道病变的？对于其机制的研究作者首先检测到在回肠蛋白提取物中存在IL-1β 和TNF。进一步的实验发现只有肠上皮细胞表达Caspase-8（C362S）的小鼠肠道裂解液中含有IL-1β，活化的caspase1和ASC聚集体。活化的caspase1和ASC都是经典炎症小体信号通路的组成部分，它们组装而成的蛋白复合物能够诱导促炎因子IL-1b和IL-18等的成熟和分泌，从而促进炎症反应发生。而通过细胞系过表达实验无酶活的Caspase-8对于ASC的聚集是充分必要的。最后作者以caspase-1或ASC缺陷型为背景构建了表达Caspase-8（C362S）的小鼠，以此评估上述小鼠胚胎致死时caspase-1 或ASC发挥的作用。结果显示表达无酶活Caspase-8的小鼠致死主要是通过caspase-1和ASC。因此我们知道即使不发生细胞程序性坏死，无酶活的Caspase-8也可以诱导ASC聚集活化caspase1，最终导致小鼠过早死亡。综合之前对Caspase-8的研究得出结论：Caspase-8在细胞凋亡，程序性坏死和细胞焦亡中起到了分子开关的作用。除了这篇文章外，Nature期刊上最近还发表了另外两篇关于Caspase-8的文章。2019年11月13日，旧金山大学Vishva M. Dixit教授团队在Nature上发表题为Activity of caspase-8 determines plasticity between cell death pathways的文章，该文同样指出caspase-8能够转换细胞死亡方式，即使在caspase-8依赖的凋亡途径以及MLKL依赖的坏死途径受到抑制时，催化功能失活的caspase-8可以介导细胞发生焦亡。2019年9月11日，同样是来自于旧金山大学Vishva M. Dixit教授团队在Nature上发表题为Cleavage of RIPK1 by caspase-8 is crucial for limiting apoptosis and necroptosis的文章，该文揭示caspase-8能够对RIPK1的Asp325位点进行剪切，从而调控细胞死亡方式。可以看到，这三篇Nature讲述的都是caspase-8在细胞凋亡、细胞坏死和细胞焦亡三种死亡方式中的重要作用。这是当前十分有前景的热点，各位科研同行可以乘势而上。
关注后获取《科研修炼手册》1、2、3、4、5、6、7、8、9、10