论文部分内容阅读
摘 要：综述了caspase种类、分类和caspase家族在机体发育、炎症和调节细胞凋亡等方面发挥的重要作用。总结了不同种类的caspase在鱼类、贝类、甲壳类和棘皮类中的免疫应答、作用机制以及炎症中的阶段性研究进展，并归纳了caspase抑制剂在水产动物中的应用。
关键词：caspase; caspase抑制剂;水产动物
Caspase是一类进化保守，具有相似氨基酸序列、结构和特异性底物的蛋白酶家族[1]。由于caspase具有半胱氨酸蛋白酶活性——其活性位点的半胱氨酸残基仅在天冬氨酸残基之后才会亲核攻击和切割目标蛋白，因此caspase被称为具有天冬氨酸特异性的半胱氨酸蛋白水解酶，又称为半胱天冬酶[2]。目前已鉴定出14种半胱天冬酶，分别命名为caspase-1—caspase-14，它们都具有一些共同的特性：（1）均为天冬氨酸特异性半胱氨酸蛋白酶;（2）都有一个保守的五肽活性位点QACXG（X可以是R、Q或D）;（3）前体都是称为前蛋白酶的酵素[3]。根据半胱天冬酶在氨基酸序列上的同源性，将半胱天冬酶分为三个亚类，第一类是被称为细胞凋亡活化剂的启动caspase，包括caspase-2、caspase-8、caspase-9、caspase-10;第二类是被称为细胞凋亡效应剂的效应caspase，包括caspase-3、caspase-6和caspase-7;第三类是发挥炎症介质作用的caspse，例如caspase-1、caspase-4、caspase-5等[4]。一般情况下，半胱天冬酶家族可通过两条途径被激活：一是凋亡信号诱导的凋亡受体介导途径;另一种是应激诱导的线粒体介导途径（caspase-9依赖途径）。一旦凋亡途径被激活，它们就会产生连锁反应，凋亡激活因子caspase-2、caspase-8等将激活其下游凋亡效应因子caspase-3、caspase-6和caspase-7。
半胱天冬酶在生物程序性细胞死亡（例如细胞焦亡和坏死性凋亡）中发挥重要作用，而这些形式的细胞死亡可以保护生物体免受应激信号刺激和病原体攻击。同时半胱天冬酶在炎症中也有作用，它可以直接处理促炎细胞因子，如pro-IL1β。由于以上半胱天冬酶在细胞凋亡和免疫中发挥的不可或缺的作用，越来越多有关水产动物半胱天冬酶的研究被报道，因此，本文将综述近年来半胱天冬酶在鱼类、贝类、甲壳类和棘皮类四大类水产动物中的研究进展，以期为研究者了解半胱天冬酶对水产动物细胞凋亡和免疫的影响提供参考。
1 Caspase在鱼类中的研究进展
细胞凋亡对所有多细胞生物的发育和稳态具有重要的影响。因此，所有后生动物物种似乎都拥有凋亡机制的必要组成部分，但总的来说，它们的数量和复杂性在进化过程中不断增加。几乎所有哺乳动物半胱天蛋白酶的同源鱼类已被鉴定出来，但也有一些鱼类特有的半胱天蛋白酶被认为具有不同的功能[5]。
斑马鱼（Danio rerio）作为常见的模式生物是研究caspase最全面的鱼类之一。斑马鱼的基因组编码多种凋亡成分，包含多个caspase启动子和效应子，其中至少有6个caspase具有与哺乳动物caspase-8和caspase-10同源的蛋白酶结构域[6]。同时在斑马鱼中还发现了几种炎性介质的caspase：caspase caspy和caspase caspy2，其催化结构域与人caspase-1和caspase-5的同源性最高，但它们都包含一个n端pyrin结构域[7]。此外，斑马鱼的基因组包含caspase-C和一种caspase-C样蛋白酶，与人类caspase-4的相似性很高[8]。
关于caspase的研究报道在其他常见鱼类中屡见不鲜。LPEZ-CASTEJN等[9]首次鉴定鱼类炎症性caspase—金头鲷（Sparus aurata）caspase-1，并发现鲷鱼caspase-1基因在孵化后1天的幼鱼中表达，其mRNA表达水平在整个发育过程中都在增加。大西洋鲑作为一种原始硬骨鱼，其凋亡受体和线粒体介导途径的许多关键成分被鉴定出来，Takle等[10]从大西洋鲑中克隆了五种编码caspase-3、caspase-6和caspase-7的基因，并在热应激鲑鱼胚胎中研究发现，高温可以诱导启动子caspase激活。Bi等[11]鉴定小黄鱼的caspase-6和caspase-7基因，并分析了整个caspase家族的进化，进一步描述了鱼类中caspase-6和caspase-7基因的進化选择位点。结果表明，caspase-6基因在硬骨鱼的物种进化和基因复制方面的出现，早于caspase-7，且caspase-6基因在鱼类进化过程中没有潜在的正选择位点，而caspase-7基因则被发现了两个潜在的正选择位点。除此之外，其他常见的水产养殖鱼类的部分caspase研究进展见表1。
2 Caspase在贝类和甲壳类中的研究进展
相比鱼类，caspase在贝类和甲壳类中的研究较少，主要集中于牡蛎、扇贝、贻贝、鲍、对虾和部分蟹类。在贝类和甲壳类的caspase的研究中，主要方法有：（1）从转录水平上探究caspase基因在各组织的表达。（2）通过胁迫等方式激发免疫应答，探究该物种caspase基因对胁迫的响应。
研究表明caspase基因广泛存在于贝类和甲壳类的血细胞、鳃和肝胰腺等组织，例如在太平洋牡蛎（Crassostrea gigas）鳃中观察到较高的caspase-3和caspase-7表达水平[23]，牡蛎先天免疫反应中发现鳃和血细胞中caspase-1表达量较高[24]，香港牡蛎（Crassostrea hongkongensis）体内caspase-8中普遍表达，其在性腺和外套膜中表达水平最高[25];杂色鲍（Haliotis diversicolor）[26]和皱纹盘鲍（Haliotis discus discus）[27]caspase基因在鳃、血液、肝胰腺和肌肉等各组织器官中均有表达，其中在鳃中表达量最高，可能是因为鳃是病原菌入侵的主要部位;caspase基因在中华绒螯蟹（Eriocheir sinensis）[28]和凡纳滨对虾（Litopenaeus vannamei）[29]血细胞、心脏、肝胰腺、鳃、胃、肌肉等组织中广泛表达，其中中华绒螯蟹肝胰腺中表达量最高而凡纳滨对虾血细胞中表达量最高。 3 Caspase在棘皮类中的研究进展
Caspase在棘皮类中的研究主要集中于海胆和海参。海胆作为常见的模式生物通常用来研究caspase在动物细胞凋亡和免疫中发挥的作用。由于目前已成功鉴别的海胆caspase基因仅数种，包括caspase-3、caspase-7、caspase-8[30]，因此有关海胆caspase实验大多数是研究在一种或数种环境胁迫下海胆体内整个caspase酶家族的变化，这些变化可以用caspase酶活力、免疫细胞化学检测、细胞凋亡数量等评估。
与海胆不同，海参caspase的研究通常与海参特有的生理习性（例如化皮、吐肠、夏眠、再生等）相联系，其中与化皮关联的海参caspase基因研究是最多的，这与海参化皮伴随细胞凋亡、凋亡信号传导等凋亡过程有关[31]。已有研究表明，海参自溶过程中caspase-3、caspase-9是关键性的内源酶之一[32]。
4 Caspase抑制剂在水产养殖中的应用
细胞凋亡是一种在受到适当触发因素刺激时允许细胞自我毁灭的机制，细胞凋亡可以调节机体发育和内环境稳定，但凋亡的失衡会引起机体发生疾病，例如肿瘤的产生、自身免疫疾病、细胞过度凋亡和凋亡衰减等。由于caspase家族是介导机体细胞凋亡关键性的内源酶，因此caspase抑制剂也被广泛应用于治疗机体的凋亡失衡。Caspase抑制剂主要分为两类：（1）天然caspase抑制剂，例如细胞因子效应调节剂A（CrmA）、Zn2+等;（2）人工合成caspase抑制剂，包括合成肽类和合成非肽类。
随着水产动物caspase研究的深入，研究表明caspase抑制剂可用于治疗水产动物凋亡失衡，提高抗病能力。例如KIM等[33]发现广谱caspase抑制剂Z-VAD-FMK可以延长养殖鱼类感染病毒性出血性败血症病毒（VHSV）的存活时间;YABU等[34]发现caspase抑制剂benzyloxycarbonyl-Asp-Glu-Val-Asp-fluoromethylketone可以明显抑制斑马鱼因caspase-3的过表达而引起的细胞凋亡;Qu等[35]发现凋亡抑制剂（IAP）蛋白可以通过抑制牡蛎（Crassostrea gigas）caspase活性和促进免疫反应来维持细胞增殖和细胞死亡之间的平衡;宋林生等[36]克隆了一种中华绒螯蟹caspase抑制剂基因EsCystatin并在大肠杆菌中实现体外重组表达，研究结果表明当重组蛋白浓度达到350 μg/mg时木瓜蛋白酶（活性中心为半胱氨酸）活性被完全抑制，研究结果为中华绒螯蟹病害防治和防御體制提供了理论基础;杨静峰等[37]发现使用广谱性caspase抑制剂Z-DEVD-FMK及其多肽衍生物AC-DEVD-CHO以及6-氨基-3-甲基嘌呤，通过浸泡或者灌肠的方式用于海参，可以抑制因细胞凋亡而引起的海参化皮，有效延长鲜活海参的存活和运输时间。
5 展望
caspase是细胞凋亡的关键性内源酶，与机体的免疫密切相关。研究caspase在水产动物的种类和作用，有助于了解和掌握水产动物的疾病发生机制，从而进一步发掘潜在的免疫增强剂。目前有关水产动物caspase的研究处于起步阶段，仅有部分鱼类趋近完善，大部分贝类、甲壳类和棘皮类的报道相对较少。毋庸置疑，未来Caspase必将是水产免疫研究的重点对象。
参考文献：
[1]
BOATRIGHT K M，SALVESEN G S.Mechanisms of caspase activation[J].Current Opinion in Cell Biology，2003，15（6）：725-731.
[2] SALVESEN G S，RIEDL S J.Caspase mechanisms[M]//KHOSRAVI-FAR R，WHITE E. Programmed cell death in cancer progression and therapy.Dordrecht：Springer Netherlands，2008：13-23.
[3] FAN T J，HAN L H，CONG R S，et al.Caspase family proteases and apoptosis[J].Acta Biochim Biophys Sin （Shanghai），2005，37（11）：719-27.
[4] SALVESEN G S，RIEDL S J.Caspase mechanisms[J].Adv Exp Med Biol，2008，615：13-23.
[5] TAKLE H，ANDERSEN .Caspases and apoptosis in fish[J].Journal of Fish Biology，2007，71（sc）：326-349.
[6] ROBERTSON A J，CROCE J，CARBONNEAU S，et al.The genomic underpinnings of apoptosis in Strongylocentrotus purpuratus[J].Developmental Biology，2006，300（1）：321-334.
[7] WEILL M，PHILIPS A，CHOURROUT D，et al.The caspase family in urochordates：distinct evolutionary fates in ascidians and larvaceans[J].Biology of the Cell，2005，97（11）：857-866.
[8] MASUMOTO J，ZHOU W B，CHEN F F，et al.Caspy，a zebrafish caspase，activated by ASC oligomerization is required for pharyngeal arch development[J].Journal of Biological Chemistry，2003，278（6）：4268-4276. [9] LPEZ-CASTEJN G，SEPULCRE M P，MULERO I，et al.Molecular and functional characterization of gilthead seabream Sparus aurata caspase-1：the first identification of an inflammatory caspase in fish[J].Mol Immunol，2008，45（1）：49-57.
[10] TAKLE H，MCLEOD A，ANDERSEN O.Cloning and characterization of the executioner caspases 3，6，7 and Hsp70 in hyperthermic Atlantic salmon （Salmo salar） embryos[J].Comp Biochem Physiol B Biochem Mol Biol，2006，144（2）：188-98.
[11] BI X Y，LIU X Z，BI D K，et al.Identification of Caspase-6 and Caspase-7 from miiuy croaker and evolution analysis in fish[J].Fish & Shellfish Immunol，2018，83（9）：406-409.
[12] CHING B，CHEN X L，YONG J H A，et al.Increases in apoptosis，caspase activity and expression of p53 and bax，and the transition between two types of mitochondrion-rich cells，in the gills of the climbing perch，Anabas testudineus，during a progressive acclimation from freshwater to seawater[J].Front Physiol，2013，4：135.
[13] ZHANG W W，LI Z L，JIA P，et al.Interferon regulatory factor 3 from sea perch （Lateolabrax japonicus） exerts antiviral function against nervous necrosis virus infection[J].Dev Comp Immunol，2018，88：200-205.
[14] FU S L，DING M M，WANG J R，et al.Identification and functional characterization of three caspases in Takifugu obscurus in response to bacterial infection[J].Fish Shellfish Immunol，2020，106：252-262.
[15] CHENG C H，YE C X，GUO Z X，et al.Immune and physiological responses of pufferfish （Takifugu obscurus） under cold stress[J].Fish Shellfish Immunol，2017，64：137-145.
[16] CHENG C H，YANG F F，LIAO S A，et al.High temperature induces apoptosis and oxidative stress in pufferfish （Takifugu obscurus） blood cells[J].J Therm Biol，2015，53：172-9.
[17] BISWAS G，BILEN S，KONO T，et al.Inflammatory immune response by lipopolysaccharide-responsive nucleotide binding oligomerization domain （NOD）-like receptors in the Japanese pufferfish （Takifugu rubripes）[J].Dev Comp Immunol，2016，55：21-31.
[18] ZHANG X，LIU Z T，LI C，et al.Characterization of orange-spotted grouper （Epinephelus coioides） ASC and caspase-1 involved in extracellular ATP-mediated immune signaling in fish[J].Fish Shellfish Immunol，2020，97：58-71.
[19] GUO Y X，WEI T，DALLMANN K，et al.Induction of caspase-dependent apoptosis by betanodaviruses GGNNV and demonstration of protein alpha as an apoptosis inducer[J].Virology，2003，308（1）：74-82.
[20] LI S，LI J F，PENG W J，et al.Characterization of the responses of the caspase 2，3，6 and 8 genes to immune challenges and extracellular ATP stimulation in the Japanese flounder （Paralichthys olivaceus）[J].BMC Vet Res，2019，15（1）：20. [21] KUROBE T，HIRONO I，KONDO H，et al.Molecular cloning，expression，and functional analysis of caspase-10 from Japanese flounder Paralichthys olivaceus[J].Fish & Shellfish Immunol，2007，23（6）：1266-74.
[22] CHEN H，DING S F，TAN J C，et al.Characterization of the Japanese flounder NLRP3 inflammasome in restricting Edwardsiella piscicida colonization in vivo[J].Fish & Shellfish Immunol，2020，103（4）：169-180.
[23] QU T，HUANG B，ZHANG L，et al.Identification and functional characterization of two executioner caspases in Crassostrea gigas[J].PLoS One，2014，9（2）：e89040.
[24] LU G X，YU Z C，LU M M，et al.The self-activation and LPS binding activity of executioner caspase-1 in oyster Crassostrea gigas[J].Dev Comp Immunol，2017，77：330-339.
[25] XIANG Z M，QU F F，QI L，et al.Cloning，characterization and expression analysis of a caspase-8 like gene from the Hong Kong oyster，Crassostrea hongkongensis[J].Fish Shellfish Immunol，2013，35（6）：1797-803.
[26] HUANG W B，REN H L，GOPALAKRISHNAN S，et al.First molecular cloning of a molluscan caspase from variously colored abalone （Haliotis diversicolor） and gene expression analysis with bacterial challenge[J].Fish & Shellfish Immunology，2010，28（4）：587-595.
[27] LEE Y， De ZOYSA M，WHANG I，et al.Molluscan death effector domain （DED）-containing caspase-8 gene from disk abalone （Haliotis discus discus）：Molecular characterization and expression analysis[J].Fish & Shellfish Immunology，2011，30（2）：480-487.
[28] JIN X K，LI W W，LIN H，et al.Molecular cloning，characterization and expression analysis of two apoptosis genes，caspase and nm23， involved in the antibacterial response in Chinese mitten crab， Eriocheir sinensis[J].Developmental & Comparative Immunology， 2011， 30（1）：263-272.
[29] RIJIRAVANICH A，BROWDY C L，WITHYACHUMNARNKUL B.Knocking down caspase-3 by RNAi reduces mortality in Pacific white shrimp Penaeus （Litopenaeus） vannamei challenged with a low dose of white-spot syndrome virus[J].Fish & Shellfish Immunology，2008，24（3）：308-313.
[30] RUOCCO N，VARRELLA S，ROMANO G，et al.Diatom-derived oxylipins induce cell death in sea urchin embryos activating caspase-8 and caspase 3/7[J].Aquat Toxicol，2016，176：128-40.
[31] 奚倩，董秀芳，李楠，等.紫外線诱导刺参自溶氧化损伤及体内抗氧化应答[J].现代食品科技，2015，31（9）：74-80.
[32] 李鹏飞.刺参自溶过程线粒体凋亡机制的研究[D].大连：大连工业大学，2014.
[33] KIM M S，LEE J A，KIM K H.Effects of a broad-spectrum caspase inhibitor，Z-VAD（OMe）-FMK，on viral hemorrhagic septicemia virus （VHSV） infection-mediated apoptosis and viral replication[J].Fish & Shellfish Immunol，2016，51：41-45.
[34] YABU T，KISHI S，OKAZAKI T，et al.Characterization of zebrafish caspase-3 and induction of apoptosis through ceramide generation in fish fathead minnow tailbud cells and zebrafish embryo[J].Biochemical Journal，2001，360（Pt 1）：39-47.
[35] QU T，ZHANG L L，WANG W，et al.Characterization of an inhibitor of apoptosis protein in Crassostrea gigas clarifies its role in apoptosis and immune defense[J].Developmental & Comparative Immunology，2015，51（1）：74-78.
[36] 宋林生，李凤梅，盖雪梅，等.中华绒螯蟹半胱氨酸蛋白酶抑制剂EsCystatin基因编码蛋白及应用： CN201010124895.1[P].2010-10-06.
[37] 杨静峰，张美迪，邢洁，等.一种产品及其在海参保藏的应用：CN201911104783.7[P].2020-01-21.
（收稿日期：2021-08-16;修回日期：2021-10-29）
关键词：caspase; caspase抑制剂;水产动物
Caspase是一类进化保守，具有相似氨基酸序列、结构和特异性底物的蛋白酶家族[1]。由于caspase具有半胱氨酸蛋白酶活性——其活性位点的半胱氨酸残基仅在天冬氨酸残基之后才会亲核攻击和切割目标蛋白，因此caspase被称为具有天冬氨酸特异性的半胱氨酸蛋白水解酶，又称为半胱天冬酶[2]。目前已鉴定出14种半胱天冬酶，分别命名为caspase-1—caspase-14，它们都具有一些共同的特性：（1）均为天冬氨酸特异性半胱氨酸蛋白酶;（2）都有一个保守的五肽活性位点QACXG（X可以是R、Q或D）;（3）前体都是称为前蛋白酶的酵素[3]。根据半胱天冬酶在氨基酸序列上的同源性，将半胱天冬酶分为三个亚类，第一类是被称为细胞凋亡活化剂的启动caspase，包括caspase-2、caspase-8、caspase-9、caspase-10;第二类是被称为细胞凋亡效应剂的效应caspase，包括caspase-3、caspase-6和caspase-7;第三类是发挥炎症介质作用的caspse，例如caspase-1、caspase-4、caspase-5等[4]。一般情况下，半胱天冬酶家族可通过两条途径被激活：一是凋亡信号诱导的凋亡受体介导途径;另一种是应激诱导的线粒体介导途径（caspase-9依赖途径）。一旦凋亡途径被激活，它们就会产生连锁反应，凋亡激活因子caspase-2、caspase-8等将激活其下游凋亡效应因子caspase-3、caspase-6和caspase-7。
半胱天冬酶在生物程序性细胞死亡（例如细胞焦亡和坏死性凋亡）中发挥重要作用，而这些形式的细胞死亡可以保护生物体免受应激信号刺激和病原体攻击。同时半胱天冬酶在炎症中也有作用，它可以直接处理促炎细胞因子，如pro-IL1β。由于以上半胱天冬酶在细胞凋亡和免疫中发挥的不可或缺的作用，越来越多有关水产动物半胱天冬酶的研究被报道，因此，本文将综述近年来半胱天冬酶在鱼类、贝类、甲壳类和棘皮类四大类水产动物中的研究进展，以期为研究者了解半胱天冬酶对水产动物细胞凋亡和免疫的影响提供参考。
1 Caspase在鱼类中的研究进展
细胞凋亡对所有多细胞生物的发育和稳态具有重要的影响。因此，所有后生动物物种似乎都拥有凋亡机制的必要组成部分，但总的来说，它们的数量和复杂性在进化过程中不断增加。几乎所有哺乳动物半胱天蛋白酶的同源鱼类已被鉴定出来，但也有一些鱼类特有的半胱天蛋白酶被认为具有不同的功能[5]。
斑马鱼（Danio rerio）作为常见的模式生物是研究caspase最全面的鱼类之一。斑马鱼的基因组编码多种凋亡成分，包含多个caspase启动子和效应子，其中至少有6个caspase具有与哺乳动物caspase-8和caspase-10同源的蛋白酶结构域[6]。同时在斑马鱼中还发现了几种炎性介质的caspase：caspase caspy和caspase caspy2，其催化结构域与人caspase-1和caspase-5的同源性最高，但它们都包含一个n端pyrin结构域[7]。此外，斑马鱼的基因组包含caspase-C和一种caspase-C样蛋白酶，与人类caspase-4的相似性很高[8]。
关于caspase的研究报道在其他常见鱼类中屡见不鲜。LPEZ-CASTEJN等[9]首次鉴定鱼类炎症性caspase—金头鲷（Sparus aurata）caspase-1，并发现鲷鱼caspase-1基因在孵化后1天的幼鱼中表达，其mRNA表达水平在整个发育过程中都在增加。大西洋鲑作为一种原始硬骨鱼，其凋亡受体和线粒体介导途径的许多关键成分被鉴定出来，Takle等[10]从大西洋鲑中克隆了五种编码caspase-3、caspase-6和caspase-7的基因，并在热应激鲑鱼胚胎中研究发现，高温可以诱导启动子caspase激活。Bi等[11]鉴定小黄鱼的caspase-6和caspase-7基因，并分析了整个caspase家族的进化，进一步描述了鱼类中caspase-6和caspase-7基因的進化选择位点。结果表明，caspase-6基因在硬骨鱼的物种进化和基因复制方面的出现，早于caspase-7，且caspase-6基因在鱼类进化过程中没有潜在的正选择位点，而caspase-7基因则被发现了两个潜在的正选择位点。除此之外，其他常见的水产养殖鱼类的部分caspase研究进展见表1。
2 Caspase在贝类和甲壳类中的研究进展
相比鱼类，caspase在贝类和甲壳类中的研究较少，主要集中于牡蛎、扇贝、贻贝、鲍、对虾和部分蟹类。在贝类和甲壳类的caspase的研究中，主要方法有：（1）从转录水平上探究caspase基因在各组织的表达。（2）通过胁迫等方式激发免疫应答，探究该物种caspase基因对胁迫的响应。
研究表明caspase基因广泛存在于贝类和甲壳类的血细胞、鳃和肝胰腺等组织，例如在太平洋牡蛎（Crassostrea gigas）鳃中观察到较高的caspase-3和caspase-7表达水平[23]，牡蛎先天免疫反应中发现鳃和血细胞中caspase-1表达量较高[24]，香港牡蛎（Crassostrea hongkongensis）体内caspase-8中普遍表达，其在性腺和外套膜中表达水平最高[25];杂色鲍（Haliotis diversicolor）[26]和皱纹盘鲍（Haliotis discus discus）[27]caspase基因在鳃、血液、肝胰腺和肌肉等各组织器官中均有表达，其中在鳃中表达量最高，可能是因为鳃是病原菌入侵的主要部位;caspase基因在中华绒螯蟹（Eriocheir sinensis）[28]和凡纳滨对虾（Litopenaeus vannamei）[29]血细胞、心脏、肝胰腺、鳃、胃、肌肉等组织中广泛表达，其中中华绒螯蟹肝胰腺中表达量最高而凡纳滨对虾血细胞中表达量最高。 3 Caspase在棘皮类中的研究进展
Caspase在棘皮类中的研究主要集中于海胆和海参。海胆作为常见的模式生物通常用来研究caspase在动物细胞凋亡和免疫中发挥的作用。由于目前已成功鉴别的海胆caspase基因仅数种，包括caspase-3、caspase-7、caspase-8[30]，因此有关海胆caspase实验大多数是研究在一种或数种环境胁迫下海胆体内整个caspase酶家族的变化，这些变化可以用caspase酶活力、免疫细胞化学检测、细胞凋亡数量等评估。
与海胆不同，海参caspase的研究通常与海参特有的生理习性（例如化皮、吐肠、夏眠、再生等）相联系，其中与化皮关联的海参caspase基因研究是最多的，这与海参化皮伴随细胞凋亡、凋亡信号传导等凋亡过程有关[31]。已有研究表明，海参自溶过程中caspase-3、caspase-9是关键性的内源酶之一[32]。
4 Caspase抑制剂在水产养殖中的应用
细胞凋亡是一种在受到适当触发因素刺激时允许细胞自我毁灭的机制，细胞凋亡可以调节机体发育和内环境稳定，但凋亡的失衡会引起机体发生疾病，例如肿瘤的产生、自身免疫疾病、细胞过度凋亡和凋亡衰减等。由于caspase家族是介导机体细胞凋亡关键性的内源酶，因此caspase抑制剂也被广泛应用于治疗机体的凋亡失衡。Caspase抑制剂主要分为两类：（1）天然caspase抑制剂，例如细胞因子效应调节剂A（CrmA）、Zn2+等;（2）人工合成caspase抑制剂，包括合成肽类和合成非肽类。
随着水产动物caspase研究的深入，研究表明caspase抑制剂可用于治疗水产动物凋亡失衡，提高抗病能力。例如KIM等[33]发现广谱caspase抑制剂Z-VAD-FMK可以延长养殖鱼类感染病毒性出血性败血症病毒（VHSV）的存活时间;YABU等[34]发现caspase抑制剂benzyloxycarbonyl-Asp-Glu-Val-Asp-fluoromethylketone可以明显抑制斑马鱼因caspase-3的过表达而引起的细胞凋亡;Qu等[35]发现凋亡抑制剂（IAP）蛋白可以通过抑制牡蛎（Crassostrea gigas）caspase活性和促进免疫反应来维持细胞增殖和细胞死亡之间的平衡;宋林生等[36]克隆了一种中华绒螯蟹caspase抑制剂基因EsCystatin并在大肠杆菌中实现体外重组表达，研究结果表明当重组蛋白浓度达到350 μg/mg时木瓜蛋白酶（活性中心为半胱氨酸）活性被完全抑制，研究结果为中华绒螯蟹病害防治和防御體制提供了理论基础;杨静峰等[37]发现使用广谱性caspase抑制剂Z-DEVD-FMK及其多肽衍生物AC-DEVD-CHO以及6-氨基-3-甲基嘌呤，通过浸泡或者灌肠的方式用于海参，可以抑制因细胞凋亡而引起的海参化皮，有效延长鲜活海参的存活和运输时间。
5 展望
caspase是细胞凋亡的关键性内源酶，与机体的免疫密切相关。研究caspase在水产动物的种类和作用，有助于了解和掌握水产动物的疾病发生机制，从而进一步发掘潜在的免疫增强剂。目前有关水产动物caspase的研究处于起步阶段，仅有部分鱼类趋近完善，大部分贝类、甲壳类和棘皮类的报道相对较少。毋庸置疑，未来Caspase必将是水产免疫研究的重点对象。
参考文献：
[1]
BOATRIGHT K M，SALVESEN G S.Mechanisms of caspase activation[J].Current Opinion in Cell Biology，2003，15（6）：725-731.
[2] SALVESEN G S，RIEDL S J.Caspase mechanisms[M]//KHOSRAVI-FAR R，WHITE E. Programmed cell death in cancer progression and therapy.Dordrecht：Springer Netherlands，2008：13-23.
[3] FAN T J，HAN L H，CONG R S，et al.Caspase family proteases and apoptosis[J].Acta Biochim Biophys Sin （Shanghai），2005，37（11）：719-27.
[4] SALVESEN G S，RIEDL S J.Caspase mechanisms[J].Adv Exp Med Biol，2008，615：13-23.
[5] TAKLE H，ANDERSEN .Caspases and apoptosis in fish[J].Journal of Fish Biology，2007，71（sc）：326-349.
[6] ROBERTSON A J，CROCE J，CARBONNEAU S，et al.The genomic underpinnings of apoptosis in Strongylocentrotus purpuratus[J].Developmental Biology，2006，300（1）：321-334.
[7] WEILL M，PHILIPS A，CHOURROUT D，et al.The caspase family in urochordates：distinct evolutionary fates in ascidians and larvaceans[J].Biology of the Cell，2005，97（11）：857-866.
[8] MASUMOTO J，ZHOU W B，CHEN F F，et al.Caspy，a zebrafish caspase，activated by ASC oligomerization is required for pharyngeal arch development[J].Journal of Biological Chemistry，2003，278（6）：4268-4276. [9] LPEZ-CASTEJN G，SEPULCRE M P，MULERO I，et al.Molecular and functional characterization of gilthead seabream Sparus aurata caspase-1：the first identification of an inflammatory caspase in fish[J].Mol Immunol，2008，45（1）：49-57.
[10] TAKLE H，MCLEOD A，ANDERSEN O.Cloning and characterization of the executioner caspases 3，6，7 and Hsp70 in hyperthermic Atlantic salmon （Salmo salar） embryos[J].Comp Biochem Physiol B Biochem Mol Biol，2006，144（2）：188-98.
[11] BI X Y，LIU X Z，BI D K，et al.Identification of Caspase-6 and Caspase-7 from miiuy croaker and evolution analysis in fish[J].Fish & Shellfish Immunol，2018，83（9）：406-409.
[12] CHING B，CHEN X L，YONG J H A，et al.Increases in apoptosis，caspase activity and expression of p53 and bax，and the transition between two types of mitochondrion-rich cells，in the gills of the climbing perch，Anabas testudineus，during a progressive acclimation from freshwater to seawater[J].Front Physiol，2013，4：135.
[13] ZHANG W W，LI Z L，JIA P，et al.Interferon regulatory factor 3 from sea perch （Lateolabrax japonicus） exerts antiviral function against nervous necrosis virus infection[J].Dev Comp Immunol，2018，88：200-205.
[14] FU S L，DING M M，WANG J R，et al.Identification and functional characterization of three caspases in Takifugu obscurus in response to bacterial infection[J].Fish Shellfish Immunol，2020，106：252-262.
[15] CHENG C H，YE C X，GUO Z X，et al.Immune and physiological responses of pufferfish （Takifugu obscurus） under cold stress[J].Fish Shellfish Immunol，2017，64：137-145.
[16] CHENG C H，YANG F F，LIAO S A，et al.High temperature induces apoptosis and oxidative stress in pufferfish （Takifugu obscurus） blood cells[J].J Therm Biol，2015，53：172-9.
[17] BISWAS G，BILEN S，KONO T，et al.Inflammatory immune response by lipopolysaccharide-responsive nucleotide binding oligomerization domain （NOD）-like receptors in the Japanese pufferfish （Takifugu rubripes）[J].Dev Comp Immunol，2016，55：21-31.
[18] ZHANG X，LIU Z T，LI C，et al.Characterization of orange-spotted grouper （Epinephelus coioides） ASC and caspase-1 involved in extracellular ATP-mediated immune signaling in fish[J].Fish Shellfish Immunol，2020，97：58-71.
[19] GUO Y X，WEI T，DALLMANN K，et al.Induction of caspase-dependent apoptosis by betanodaviruses GGNNV and demonstration of protein alpha as an apoptosis inducer[J].Virology，2003，308（1）：74-82.
[20] LI S，LI J F，PENG W J，et al.Characterization of the responses of the caspase 2，3，6 and 8 genes to immune challenges and extracellular ATP stimulation in the Japanese flounder （Paralichthys olivaceus）[J].BMC Vet Res，2019，15（1）：20. [21] KUROBE T，HIRONO I，KONDO H，et al.Molecular cloning，expression，and functional analysis of caspase-10 from Japanese flounder Paralichthys olivaceus[J].Fish & Shellfish Immunol，2007，23（6）：1266-74.
[22] CHEN H，DING S F，TAN J C，et al.Characterization of the Japanese flounder NLRP3 inflammasome in restricting Edwardsiella piscicida colonization in vivo[J].Fish & Shellfish Immunol，2020，103（4）：169-180.
[23] QU T，HUANG B，ZHANG L，et al.Identification and functional characterization of two executioner caspases in Crassostrea gigas[J].PLoS One，2014，9（2）：e89040.
[24] LU G X，YU Z C，LU M M，et al.The self-activation and LPS binding activity of executioner caspase-1 in oyster Crassostrea gigas[J].Dev Comp Immunol，2017，77：330-339.
[25] XIANG Z M，QU F F，QI L，et al.Cloning，characterization and expression analysis of a caspase-8 like gene from the Hong Kong oyster，Crassostrea hongkongensis[J].Fish Shellfish Immunol，2013，35（6）：1797-803.
[26] HUANG W B，REN H L，GOPALAKRISHNAN S，et al.First molecular cloning of a molluscan caspase from variously colored abalone （Haliotis diversicolor） and gene expression analysis with bacterial challenge[J].Fish & Shellfish Immunology，2010，28（4）：587-595.
[27] LEE Y， De ZOYSA M，WHANG I，et al.Molluscan death effector domain （DED）-containing caspase-8 gene from disk abalone （Haliotis discus discus）：Molecular characterization and expression analysis[J].Fish & Shellfish Immunology，2011，30（2）：480-487.
[28] JIN X K，LI W W，LIN H，et al.Molecular cloning，characterization and expression analysis of two apoptosis genes，caspase and nm23， involved in the antibacterial response in Chinese mitten crab， Eriocheir sinensis[J].Developmental & Comparative Immunology， 2011， 30（1）：263-272.
[29] RIJIRAVANICH A，BROWDY C L，WITHYACHUMNARNKUL B.Knocking down caspase-3 by RNAi reduces mortality in Pacific white shrimp Penaeus （Litopenaeus） vannamei challenged with a low dose of white-spot syndrome virus[J].Fish & Shellfish Immunology，2008，24（3）：308-313.
[30] RUOCCO N，VARRELLA S，ROMANO G，et al.Diatom-derived oxylipins induce cell death in sea urchin embryos activating caspase-8 and caspase 3/7[J].Aquat Toxicol，2016，176：128-40.
[31] 奚倩，董秀芳，李楠，等.紫外線诱导刺参自溶氧化损伤及体内抗氧化应答[J].现代食品科技，2015，31（9）：74-80.
[32] 李鹏飞.刺参自溶过程线粒体凋亡机制的研究[D].大连：大连工业大学，2014.
[33] KIM M S，LEE J A，KIM K H.Effects of a broad-spectrum caspase inhibitor，Z-VAD（OMe）-FMK，on viral hemorrhagic septicemia virus （VHSV） infection-mediated apoptosis and viral replication[J].Fish & Shellfish Immunol，2016，51：41-45.
[34] YABU T，KISHI S，OKAZAKI T，et al.Characterization of zebrafish caspase-3 and induction of apoptosis through ceramide generation in fish fathead minnow tailbud cells and zebrafish embryo[J].Biochemical Journal，2001，360（Pt 1）：39-47.
[35] QU T，ZHANG L L，WANG W，et al.Characterization of an inhibitor of apoptosis protein in Crassostrea gigas clarifies its role in apoptosis and immune defense[J].Developmental & Comparative Immunology，2015，51（1）：74-78.
[36] 宋林生，李凤梅，盖雪梅，等.中华绒螯蟹半胱氨酸蛋白酶抑制剂EsCystatin基因编码蛋白及应用： CN201010124895.1[P].2010-10-06.
[37] 杨静峰，张美迪，邢洁，等.一种产品及其在海参保藏的应用：CN201911104783.7[P].2020-01-21.
（收稿日期：2021-08-16;修回日期：2021-10-29）