该胱天蛋白酶是程序性细胞死亡或凋亡效应蛋白的路线。它们属于高度保守的半胱氨酸依赖性和天冬氨酸特异性蛋白酶家族，其名称由此而来。
他们在其活性位点使用半胱氨酸残基作为催化亲核试剂，以裂解结构中具有天冬氨酸残基的蛋白质底物，这一功能对于执行凋亡程序至关重要。
caspase-3的结构（来源：Jawahar Swaminathan和欧洲生物信息学研究所的MSD员工通过Wikimedia Commons）
凋亡在多细胞生物中是极为重要的事件，因为它在维持体内稳态和组织完整性中起着重要作用。
半胱天冬酶在细胞凋亡中的作用促进了稳态和修复的关键过程，以及导致死亡细胞有序和系统地分解的结构成分的裂解。
这些酶首先在秀丽隐杆线虫中描述，然后在哺乳动物中发现相关基因，在哺乳动物中它们的功能通过不同的遗传和生化方法得以确立。
结构体
每个有活性的半胱天冬酶都来自两个前体酶促半胱天冬酶的加工和自缔合。这些前体是具有“休眠”催化活性并且分子量为32至55kDa的三方分子。
这三个区域称为p20（17-21 kDa的大内部中央结构域，并包含催化亚基的活性位点），p10（10-13 kDa的C端结构域，也称为小催化亚基）和DD结构域。 （死亡域，3-24 kDa，位于N端）。
在一些前胱天蛋白酶中，p20和p10结构域被一小段间隔隔开。死亡或DD的前结构域在N末端具有80-100个残基，这些残基构成参与凋亡信号转导的超家族的结构基序。
DD结构域又分为两个子结构域：效应子死亡结构域（DED）和胱天蛋白酶募集结构域（CARD），由6-7个与之相互作用的反平行α-两亲性螺旋组成其他蛋白质通过静电或疏水相互作用。
半胱天冬酶具有许多保守的残基，这些残基负责结构的整体建立以及它们在酶原的组装和加工以及与其他调节蛋白之间与配体的相互作用。
前半胱氨酸蛋白酶8和10具有在其前结构域内串联排列的两个DED结构域。前半胱氨酸1、2、4、5、9、11和12具有CARD域。这两个域都负责引发胱天蛋白酶向诱导死亡或炎症的复合物的募集。
激活
每个半胱天冬酶均通过响应特定信号并通过对特定天冬氨酸残基的选择性蛋白水解处理而激活。加工结束于同型二聚体蛋白酶的形成，其引发细胞凋亡过程。
引发剂胱天蛋白酶通过二聚作用而激活，而效应子胱天蛋白酶通过域间的切割而激活。激活胱天蛋白酶有两种途径。外在的和内在的。
外在途径或死亡受体介导的途径暗示着死亡信号复合物作为前胱天蛋白酶8和10的活化剂复合物的参与。
内在途径或线粒体介导的途径采用凋亡小体作为前胱天蛋白酶9的激活复合物。
种类
哺乳动物有大约15种不同的胱天蛋白酶，来自同一个基因家族。该超家族包含根据亲结构域的位置及其功能进行分类的其他子家族。
在哺乳动物中通常已知3个半胱氨酸蛋白酶的亚类：
1-炎症或I类胱天蛋白酶：具有大促结构域的胱天蛋白酶（Caspase-1，caspase-4，caspase-5，caspase-12，caspase-13和caspase-14），在细胞因子的成熟中具有基本作用和炎症反应。
2-细胞凋亡启动或II组胱天蛋白酶：它们具有一个长的前结构域（超过90个氨基酸），其中包含DED域（caspase-8和caspase-10）或caspase募集结构域（caspase-2）和caspase-9）
3-效应胱天蛋白酶或III族：它们具有短的前结构域（20-30个氨基酸）。
特征
已经通过基因沉默实验或获得突变体阐明了每个胱天蛋白酶的大多数功能，为每个突变体建立了特定的功能。
凋亡功能
尽管存在不依赖caspase的凋亡途径，但这些酶对于许多程序性细胞死亡事件至关重要，而这对于大多数多细胞生物系统的正确发育是必需的。
在凋亡过程中，起始胱天蛋白酶是胱天蛋白酶-2，-8，-9和-10，而效应子胱天蛋白酶是胱天蛋白酶-3，-6和-7。
它的特定细胞内靶标包括核纤层蛋白和细胞骨架蛋白，它们的切割会促进细胞死亡。
非凋亡功能
胱天蛋白酶不仅在细胞中发挥凋亡作用，因为已经在不存在细胞死亡过程的情况下证明了其中一些酶的活化。其非凋亡作用涉及蛋白水解和非蛋白水解功能。
它们参与酶的蛋白水解加工，以避免细胞分解。其靶标包括蛋白质，例如细胞因子，激酶，转录因子和聚合酶。
这些功能之所以成为可能是由于前胱天蛋白酶或其蛋白水解靶标的翻译后加工，细胞隔室之间酶的空间分离或其他上游效应蛋白的调控。
免疫功能
一些半胱天冬酶参与免疫系统中重要因子的加工，例如caspase-1的情况，其加工前白介素1β形成成熟的IL-1β，IL-1β是炎症反应的关键介质。
Caspase-1还负责处理其他白介素，例如IL-18和IL-33，它们与炎症反应和先天免疫反应有关。
细胞增殖
在许多方面，胱天蛋白酶参与细胞增殖，特别是在免疫系统的淋巴细胞和其他细胞中，其中胱天蛋白酶8是最重要的酶之一。
Caspase-3似乎也具有细胞周期调节功能，因为它能够处理细胞周期蛋白依赖性激酶（CDK）抑制剂p27，这有助于细胞周期诱导的进程。
其他功能
一些半胱天冬酶参与细胞分化的进程，特别是进入有丝分裂后状态的细胞，这有时被认为是不完全凋亡的过程。
Caspase-3对于肌肉细胞的正确分化至关重要，其他的胱天蛋白酶也参与髓样，单核细胞和红细胞的分化。
参考文献
- Chowdhury，I.，Tharakan，B.，&Bhat，GK（2008）。Caspases-更新。比较生物化学与生理学，B部分，151，10-27。
- Degterev，A.，Boyce，M.&Yuan，J.（2003）。半胱氨酸蛋白酶的十年。癌基因，22，8543-8567。
- Earnshaw，WC，Martins，LM，和Kaufmann，SH（1999）。哺乳动物的半胱天冬酶：细胞凋亡过程中的结构，激活，底物和功能。生物化学年度评论，68，383–424。
- Lodish，H.，Berk，A.，Kaiser，CA，Krieger，M.，Bretscher，A.，Ploegh，H，… Martin，K。（2003）。分子细胞生物学（第5版）。Freeman，WH&Company。
- Nicholson，D。和Thornberry，N。（1997）。胱天蛋白酶：杀手蛋白酶。TIBS评论，22，299-306。
- Stennicke，HR，&Salvesen，GS（1998）。半胱天冬酶的性质。Biochimica et Biophysica Acta，1387，17-31。