AbMole | Z-VAD-FMK：凋亡、焦亡、坏死性凋亡的多重调节剂
细胞凋亡、焦亡和坏死性凋亡是细胞死亡研究中几个热门的细分领域，也是生物维持内环境稳定、进行组织发育和清除损伤细胞的重要机制。Z-VAD-FMK（AbMole，M3143）是一款泛Caspase（pan-Caspase）抑制剂，能够有效阻断细胞凋亡、焦亡，并诱导坏死性凋亡的发生，被众多高分文献青睐。AbMole为全球科研客户提供高纯度、高生物活性的抑制剂、细胞因子、人源单抗、天然产物、荧光染料、多肽、靶点蛋白、化合物库、抗生素等科研试剂，全球大量文献专利引用。
一、Z-VAD-FMK的作用机理
1.Z-VAD-FMK抑制细胞凋亡
细胞的凋亡可以分为内源性触发和外源性触发两种类型，内源性途径：由细胞内部环境变化引发，如 DNA 损伤、氧化应激、线粒体功能异常等。此时，线粒体膜通透性改变，释放细胞色素 C（Cytochrome C）至细胞质，激活凋亡相关的半胱天蛋白酶（Caspase）。外源性途径：通过细胞表面死亡受体（如 Fas、TNFR1）接受外部信号（如FasL、TNF-α），形成死亡诱导信号复合体（DISC），直接激活起始型Caspase（如 Caspase-8、Caspase-9）。当凋亡被激活后会进入Caspase级联反应：激活的起始型Caspase进一步切割并激活效应型 Caspase（ Caspase-3、Caspase-6、Caspase-7）。效应型 Caspase 最后通过切割细胞内关键蛋白（如细胞骨架蛋白、DNA 修复酶 PARP 等），引发细胞结构崩解和功能丧失。
图1. 细胞凋亡通路图[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种胱天蛋白酶的活性（Z-VAD-FMK对Caspase-2的抑制能力有限）。Caspase家族在结构上具有一定的相似性：所有的Caspase都包括一大一小两个催化亚基，用于切割底物蛋白。此外，一些 Caspase含有DED（死亡效应结构域）或CARD（Caspase募集结构域 ），负责Caspase的寡聚化和激活以及死亡诱导信号复合物组装。Z-VAD-FMK（AbMole，M3143）通过不可逆地结合 Caspase的催化位点来抑制其活性，进而抑制细胞的凋亡。
图2. Casepase家族和分类[2]
2.Z-VAD-FMK抑制焦亡
细胞焦亡是一种由Caspase（如 Caspase-1、Caspase-4、Caspase-5）介导的促炎性细胞死亡方式。一般由病原体相关分子模式（PAMPs）或损伤相关分子模式（DAMPs）触发炎症小体（如NLRP3、AIM2）的组装，招募并激活Caspase-1前体。活化的Caspase-1切割Gasdermin D（GSDMD），释放其 N 端结构域，该结构域寡聚化后可在细胞膜上形成孔洞，导致细胞内容物释放并引发强烈的炎症反应。Z-VAD-FMK（AbMole，M3143）可以抑制Caspase-1进而阻断炎症小体的形成，最终实现对细胞焦亡（Pyroptosis）的有效抑制。
图3. 细胞焦亡示意图[1]
3.Z-VAD-FMK诱导坏死性凋亡
坏死性凋亡由肿瘤坏死因子（TNF）超家族受体（如TNFR1、Fas）或模式识别受体（如TLR3/4）激活，受体激活后可招募RIPK1、Caspase-8、Caspase-10等形成复合物 I（膜结合型），此时Caspase-8会剪切RIPK3以抑制坏死小体的形成，因此上述信号通路偏向引起细胞凋亡。而当Caspase-8活性被抑制（如使用 Z-VAD-FMK）时，RIPK1与RIPK3结合形成复合物IIb，移位至细胞质，随后RIPK3通过磷酸化其底物MLKL（混合谱系激酶结构域样蛋白），诱导MLKL寡聚化并转位至细胞膜，形成孔洞导致细胞肿胀破裂，释放DAMPs并引发炎症反应。在具体的实验中，Z-VAD-FMK（ 氟甲基酮，AbMole，M3143）常常和TNF-α（AbMole，M9370）联合使用诱导细胞发生坏死性凋亡[3]。2014年，AbMole的两款抑制剂分别被西班牙国家心血管研究中心和美国哥伦比亚大学用于动物体内实验，相关科研成果发表于顶刊 Nature 和 Nature Medicine。
图4. 细胞坏死性凋亡示意图[1]
三、范例详解
Cancer Res. 2024 Apr 1;84(7):1084-1100.
上述文章主要研究了化合物ONC213在急性髓系白血病（AML）中的作用。研究发现，ONC213通过靶向α-酮戊二酸脱氢酶（α-KGDH）来诱导线粒体应激和抑制氧化磷酸化，从而在AML细胞中发挥强大的抑制活性，尤其是在AML干细胞中，同时对正常造血细胞的毒性极低。此外，ONC213还通过抑制MCL-1的翻译来促进AML细胞的凋亡。来自AbMole的Z-VAD-FMK（AbMole，M3143）被用来验证ONC213诱导的细胞死亡是否依赖于Caspase介导的凋亡途径，结果显示Z-VAD-FMK能够显著拯救MV4–11细胞免受ONC213诱导的细胞凋亡[4]。
图5. Relationship between MCL-1 and ONC213 sensitivity[4].
Cancer Res. 2023 Jan 18;83(2):251-263
上述文章研究了MEX3A在卵巢癌细胞中的作用，特别是其如何通过调节p53蛋白来影响肿瘤的生长和铁死亡。研究发现，MEX3A在卵巢癌细胞中过表达，尤其是在含有野生型p53的卵巢癌亚型中。最终结果表明MEX3A通过促进p53蛋白的降解，抑制了p53介导的铁死亡，从而促进了肿瘤的生长和存活。在细胞实验中研究人员对MEX3A缺失（sh-MEX3A）和对照（sh-Ctrl）的PA-1和TOV21G细胞进行了不同抑制剂的处理，以确定MEX3A缺失造成的细胞死亡类型。该部分的实验使用了来自AbMole的Z-VAD-FMK (凋亡抑制剂，AbMole，M3143)，Necrostatin-1 (坏死抑制剂，AbMole，M2315)和3-Methyladenine (自噬抑制剂，AbMole，M2296)等多款产品[5]。
图6. MEX3A depletion leads to ferroptosis phenotypes in WT p53 ovarian cancer cells[5]
J Hazard Mater. 2021 Mar 15;406:124682.
上述文章的核心目的是研究硫化氢（H2S）对肉鸡法氏囊（Bursa of Fabricius）的免疫损伤机制，结果证实H2S暴露可导法氏囊细胞的坏死性凋亡和炎症反应，产生氧化应激，激活TGF-β信号通路，上述这些过程由miR-15b-5p/TGFBR3轴共同调节。在实验中，科研人员使用了由AbMole提供的Z-VAD-FMK（AbMole，M3143）、Necrostatin-1（AbMole，M2315）以验证坏死性凋亡在上述过程中的作用[6]。
图7. NaHS treatment induces necroptosis and inflammation in DT40 and HD11[6]
参考文献及鸣谢
[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.
