一、Z-VAD-FMK的作用機(jī)理
細(xì)胞的凋亡可以分為內(nèi)源性觸發(fā)和外源性觸發(fā)兩種類型,內(nèi)源性途徑:由細(xì)胞內(nèi)部環(huán)境變化引發(fā),如 DNA 損傷、氧化應(yīng)激、線粒體功能異常等。此時,線粒體膜通透性改變,釋放細(xì)胞色素 C(Cytochrome C)至細(xì)胞質(zhì),激活凋亡相關(guān)的半胱天蛋白酶(Caspase)。外源性途徑:通過細(xì)胞表面死亡受體(如 Fas、TNFR1)接受外部信號(如FasL、TNF-α),形成死亡誘導(dǎo)信號復(fù)合體(DISC),直接激活起始型Caspase(如 Caspase-8、Caspase-9)。當(dāng)?shù)蛲霰患せ詈髸M(jìn)入Caspase級聯(lián)反應(yīng):激活的起始型Caspase進(jìn)一步切割并激活效應(yīng)型 Caspase( Caspase-3、Caspase-6、Caspase-7)。效應(yīng)型 Caspase 最后通過切割細(xì)胞內(nèi)關(guān)鍵蛋白(如細(xì)胞骨架蛋白、DNA 修復(fù)酶 PARP 等),引發(fā)細(xì)胞結(jié)構(gòu)崩解和功能喪失。
圖1. 細(xì)胞凋亡通路圖[1]
Z-VAD-FMK(Z-VAD(OH)-FMK,AbMole,M3143)可以抑制Caspase家族中的Caspase-1到Caspase-10等9種胱天蛋白酶的活性(Z-VAD-FMK對Caspase-2的抑制能力有限)。Caspase家族在結(jié)構(gòu)上具有一定的相似性:所有的Caspase都包括一大一小兩個催化亞基,用于切割底物蛋白。此外,一些 Caspase含有DED(死亡效應(yīng)結(jié)構(gòu)域)或CARD(Caspase募集結(jié)構(gòu)域 ),負(fù)責(zé)Caspase的寡聚化和激活以及死亡誘導(dǎo)信號復(fù)合物組裝。
Z-VAD-FMK(AbMole,M3143)通過不可逆地結(jié)合 Caspase的催化位點(diǎn)來抑制其活性,進(jìn)而抑制細(xì)胞的凋亡。
圖2. Casepase家族和分類[2]
2.Z-VAD-FMK抑制焦亡
細(xì)胞焦亡是一種由Caspase(如 Caspase-1、Caspase-4、Caspase-5)介導(dǎo)的促炎性細(xì)胞死亡方式。一般由病原體相關(guān)分子模式(PAMPs)或損傷相關(guān)分子模式(DAMPs)觸發(fā)炎癥小體(如NLRP3、AIM2)的組裝,招募并激活Caspase-1前體;罨腃aspase-1切割Gasdermin D(GSDMD),釋放其 N 端結(jié)構(gòu)域,該結(jié)構(gòu)域寡聚化后可在細(xì)胞膜上形成孔洞,導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)容物釋放并引發(fā)強(qiáng)烈的炎癥反應(yīng)。
Z-VAD-FMK(AbMole,M3143)可以抑制Caspase-1進(jìn)而阻斷炎癥小體的形成,最終實(shí)現(xiàn)對細(xì)胞焦亡(Pyroptosis)的有效抑制。
圖3. 細(xì)胞焦亡示意圖[1]
3.Z-VAD-FMK誘導(dǎo)壞死性凋亡
圖4. 細(xì)胞壞死性凋亡示意圖[1]
二、范例詳解
1.Cancer Res. 2024 Apr 1;84(7):1084-1100.
上述文章主要研究了化合物ONC213在急性髓系白血。ˋML)中的作用。研究發(fā)現(xiàn),ONC213通過靶向α-酮戊二酸脫氫酶(α-KGDH)來誘導(dǎo)線粒體應(yīng)激和抑制氧化磷酸化,從而在AML細(xì)胞中發(fā)揮強(qiáng)大的抑制活性,尤其是在AML干細(xì)胞中,同時對正常造血細(xì)胞的毒性極低。此外,ONC213還通過抑制MCL-1的翻譯來促進(jìn)AML細(xì)胞的凋亡。來自AbMole的
Z-VAD-FMK(AbMole,M3143)被用來驗(yàn)證ONC213誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡是否依賴于Caspase介導(dǎo)的凋亡途徑,結(jié)果顯示Z-VAD-FMK能夠顯著拯救MV4–11細(xì)胞免受ONC213誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡[4]。
圖5. Relationship between MCL-1 and ONC213 sensitivity[4].
2.Cancer Res. 2023 Jan 18;83(2):251-263
上述文章研究了MEX3A在卵巢癌細(xì)胞中的作用,特別是其如何通過調(diào)節(jié)p53蛋白來影響腫瘤的生長和鐵死亡。研究發(fā)現(xiàn),MEX3A在卵巢癌細(xì)胞中過表達(dá),尤其是在含有野生型p53的卵巢癌亞型中。最終結(jié)果表明MEX3A通過促進(jìn)p53蛋白的降解,抑制了p53介導(dǎo)的鐵死亡,從而促進(jìn)了腫瘤的生長和存活。在細(xì)胞實(shí)驗(yàn)中研究人員對MEX3A缺失(sh-MEX3A)和對照(sh-Ctrl)的PA-1和TOV21G細(xì)胞進(jìn)行了不同抑制劑的處理,以確定MEX3A缺失造成的細(xì)胞死亡類型。該部分的實(shí)驗(yàn)使用了來自AbMole的
Z-VAD-FMK (凋亡抑制劑,AbMole,M3143),
Necrostatin-1 (壞死抑制劑,AbMole,M2315)和
3-Methyladenine (自噬抑制劑,AbMole,M2296)等多款產(chǎn)品[5]。
圖6. MEX3A depletion leads to ferroptosis phenotypes in WT p53 ovarian cancer cells[5]
3.J Hazard Mater. 2021 Mar 15;406:124682.
上述文章的核心目的是研究硫化氫(H2S)對肉雞法氏囊(Bursa of Fabricius)的免疫損傷機(jī)制,結(jié)果證實(shí)H2S暴露可導(dǎo)法氏囊細(xì)胞的壞死性凋亡和炎癥反應(yīng),產(chǎn)生氧化應(yīng)激,激活TGF-β信號通路,上述這些過程由miR-15b-5p/TGFBR3軸共同調(diào)節(jié)。在實(shí)驗(yàn)中,科研人員使用了由AbMole提供的
Z-VAD-FMK(AbMole,M3143)、
Necrostatin-1(AbMole,M2315)以驗(yàn)證壞死性凋亡在上述過程中的作用[6]。
圖7. NaHS treatment induces necroptosis and inflammation in DT40 and HD11[6]
參考文獻(xiàn)及鳴謝
[1] Damien Bertheloot, Eicke Latz, Bernardo S. Franklin, Necroptosis, pyroptosis and apoptosis: an intricate game of cell death, Cellular & Molecular Immunology 18(5) (2021) 1106-1121.
[2] W. Zhang, H. Wu, Y. Liao, et al., Caspase family in autoimmune diseases, Autoimmunity reviews 24(2) (2025) 103714.
[3] C. Yu, Z. Lei, X. Li, et al., Role of HMGB1 in TNF-α Combined with Z-VAD-fmk-Induced L929 Cells Necroptosis, Biochemical genetics 60(2) (2022) 598-610.
[4] Y. Su, J. L. Carter, X. Li, et al., The Imipridone ONC213 Targets α-Ketoglutarate Dehydrogenase to Induce Mitochondrial Stress and Suppress Oxidative Phosphorylation in Acute Myeloid Leukemia, Cancer research 84(7) (2024) 1084-1100.
[5] C. K. Wang, T. J. Chen, G. Y. T. Tan, et al., MEX3A Mediates p53 Degradation to Suppress Ferroptosis and Facilitate Ovarian Cancer Tumorigenesis, Cancer research 83(2) (2023) 251-263.
[6] C. Qianru, H. Xueyuan, Z. Bing, et al., Regulation of H(2)S-induced necroptosis and inflammation in broiler bursa of Fabricius by the miR-15b-5p/TGFBR3 axis and the involvement of oxidative stress in this process, Journal of hazardous materials 406 (2021) 124682.