抑制劑Z-VAD-FMK的作用機理及應用案例詳解_abio生物試劑品牌網
細胞凋亡、焦亡和壞死性凋亡是細胞死亡研究中幾個熱門的細分領域，也是生物維持內環境穩定、進行組織發育和清除損傷細胞的重要機制。
Z-VAD-FMK（AbMole，M3143）是一款泛Caspase（pan-Caspase）抑制劑，能夠有效阻斷細胞凋亡、焦亡，并誘導壞死性凋亡的發生，被眾多高分文獻青睞。
AbMole為全球科研客戶提供高純度、高生物活性的抑制劑、細胞因子、人源單抗、天然產物、熒光染料、多肽、靶點蛋白、化合物庫、抗生素等科研試劑，全球大量文獻專利引用。
一、Z-VAD-FMK的作用機理 細胞的凋亡可以分為內源性觸發和外源性觸發兩種類型，內源性途徑：由細胞內部環境變化引發，如 DNA 損傷、氧化應激、線粒體功能異常等。此時，線粒體膜通透性改變，釋放細胞色素 C（Cytochrome C）至細胞質，激活凋亡相關的半胱天蛋白酶（Caspase）。外源性途徑：通過細胞表面死亡受體（如 Fas、TNFR1）接受外部信號（如FasL、TNF-α），形成死亡誘導信號復合體（DISC），直接激活起始型Caspase（如 Caspase-8、Caspase-9）。當凋亡被激活后會進入Caspase級聯反應：激活的起始型Caspase進一步切割并激活效應型 Caspase（ Caspase-3、Caspase-6、Caspase-7）。效應型 Caspase 最后通過切割細胞內關鍵蛋白（如細胞骨架蛋白、DNA 修復酶 PARP 等），引發細胞結構崩解和功能喪失。
圖1. 細胞凋亡通路圖[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家族在結構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（死亡效應結構域）或CARD（Caspase募集結構域 ），負責Caspase的寡聚化和激活以及死亡誘導信號復合物組裝。
Z-VAD-FMK（AbMole，M3143）通過不可逆地結合 Caspase的催化位點來抑制其活性，進而抑制細胞的凋亡。
圖2. Casepase家族和分類[2]
2.Z-VAD-FMK抑制焦亡 細胞焦亡是一種由Caspase（如 Caspase-1、Caspase-4、Caspase-5）介導的促炎性細胞死亡方式。一般由病原體相關分子模式（PAMPs）或損傷相關分子模式（DAMPs）觸發炎癥小體（如NLRP3、AIM2）的組裝，招募并激活Caspase-1前體。活化的Caspase-1切割Gasdermin D（GSDMD），釋放其 N 端結構域，該結構域寡聚化后可在細胞膜上形成孔洞，導致細胞內容物釋放并引發強烈的炎癥反應。
Z-VAD-FMK（AbMole，M3143）可以抑制Caspase-1進而阻斷炎癥小體的形成，最終實現對細胞焦亡（Pyroptosis）的有效抑制。
圖3. 細胞焦亡示意圖[1]
3.Z-VAD-FMK誘導壞死性凋亡 壞死性凋亡由腫瘤壞死因子（TNF）超家族受體（如TNFR1、Fas）或模式識別受體（如TLR3/4）激活，受體激活后可招募 RIPK1、Caspase-8、Caspase-10等形成復合物 I（膜結合型），此時Caspase-8會剪切RIPK3以抑制壞死小體的形成，因此上述信號通路偏向引起細胞凋亡。而當Caspase-8活性被抑制（如使用 Z-VAD-FMK）時，RIPK1與RIPK3結合形成復合物IIb，移位至細胞質，隨后RIPK3通過磷酸化其底物MLKL（混合譜系激酶結構域樣蛋白），誘導MLKL寡聚化并轉位至細胞膜，形成孔洞導致細胞腫脹破裂，釋放DAMPs并引發炎癥反應。在具體的實驗中， Z-VAD-FMK（ 氟甲基酮，AbMole，M3143）常常和 TNF-α（AbMole，M9370）聯合使用誘導細胞發生壞死性凋亡[3]。 2014年，AbMole的兩款抑制劑分別被西班牙國家心血管研究中心和美國哥倫比亞大學用于動物體內實驗，相關科研成果發表于頂刊 Nature 和 Nature Medicine。
圖4. 細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在急性髓系白血病（AML）中的作用。研究發現，ONC213通過靶向α-酮戊二酸脫氫酶（α-KGDH）來誘導線粒體應激和抑制氧化磷酸化，從而在AML細胞中發揮強大的抑制活性，尤其是在AML干細胞中，同時對正常造血細胞的毒性極低。此外，ONC213還通過抑制MCL-1的翻譯來促進AML細胞的凋亡。來自AbMole的
Z-VAD-FMK（AbMole，M3143）被用來驗證ONC213誘導的細胞死亡是否依賴于Caspase介導的凋亡途徑，結果顯示Z-VAD-FMK能夠顯著拯救MV4–11細胞免受ONC213誘導的細胞凋亡[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在卵巢癌細胞中的作用，特別是其如何通過調節p53蛋白來影響腫瘤的生長和鐵死亡。研究發現，MEX3A在卵巢癌細胞中過表達，尤其是在含有野生型p53的卵巢癌亞型中。最終結果表明MEX3A通過促進p53蛋白的降解，抑制了p53介導的鐵死亡，從而促進了腫瘤的生長和存活。在細胞實驗中研究人員對MEX3A缺失（sh-MEX3A）和對照（sh-Ctrl）的PA-1和TOV21G細胞進行了不同抑制劑的處理，以確定MEX3A缺失造成的細胞死亡類型。該部分的實驗使用了來自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）的免疫損傷機制，結果證實H2S暴露可導法氏囊細胞的壞死性凋亡和炎癥反應，產生氧化應激，激活TGF-β信號通路，上述這些過程由miR-15b-5p/TGFBR3軸共同調節。在實驗中，科研人員使用了由AbMole提供的 Z-VAD-FMK（AbMole，M3143）、 Necrostatin-1（AbMole，M2315）以驗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]
AbMole是ChemBridge中國區官方指定合作伙伴。
參考文獻及鳴謝 [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.
圖1. 細胞凋亡通路圖[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家族在結構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（死亡效應結構域）或CARD（Caspase募集結構域 ），負責Caspase的寡聚化和激活以及死亡誘導信號復合物組裝。
Z-VAD-FMK（AbMole，M3143）通過不可逆地結合 Caspase的催化位點來抑制其活性，進而抑制細胞的凋亡。
圖2. Casepase家族和分類[2]
2.Z-VAD-FMK抑制焦亡 細胞焦亡是一種由Caspase（如 Caspase-1、Caspase-4、Caspase-5）介導的促炎性細胞死亡方式。一般由病原體相關分子模式（PAMPs）或損傷相關分子模式（DAMPs）觸發炎癥小體（如NLRP3、AIM2）的組裝，招募并激活Caspase-1前體。活化的Caspase-1切割Gasdermin D（GSDMD），釋放其 N 端結構域，該結構域寡聚化后可在細胞膜上形成孔洞，導致細胞內容物釋放并引發強烈的炎癥反應。
Z-VAD-FMK（AbMole，M3143）可以抑制Caspase-1進而阻斷炎癥小體的形成，最終實現對細胞焦亡（Pyroptosis）的有效抑制。
圖3. 細胞焦亡示意圖[1]
3.Z-VAD-FMK誘導壞死性凋亡 壞死性凋亡由腫瘤壞死因子（TNF）超家族受體（如TNFR1、Fas）或模式識別受體（如TLR3/4）激活，受體激活后可招募 RIPK1、Caspase-8、Caspase-10等形成復合物 I（膜結合型），此時Caspase-8會剪切RIPK3以抑制壞死小體的形成，因此上述信號通路偏向引起細胞凋亡。而當Caspase-8活性被抑制（如使用 Z-VAD-FMK）時，RIPK1與RIPK3結合形成復合物IIb，移位至細胞質，隨后RIPK3通過磷酸化其底物MLKL（混合譜系激酶結構域樣蛋白），誘導MLKL寡聚化并轉位至細胞膜，形成孔洞導致細胞腫脹破裂，釋放DAMPs并引發炎癥反應。在具體的實驗中， Z-VAD-FMK（ 氟甲基酮，AbMole，M3143）常常和 TNF-α（AbMole，M9370）聯合使用誘導細胞發生壞死性凋亡[3]。 2014年，AbMole的兩款抑制劑分別被西班牙國家心血管研究中心和美國哥倫比亞大學用于動物體內實驗，相關科研成果發表于頂刊 Nature 和 Nature Medicine。
圖4. 細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在急性髓系白血病（AML）中的作用。研究發現，ONC213通過靶向α-酮戊二酸脫氫酶（α-KGDH）來誘導線粒體應激和抑制氧化磷酸化，從而在AML細胞中發揮強大的抑制活性，尤其是在AML干細胞中，同時對正常造血細胞的毒性極低。此外，ONC213還通過抑制MCL-1的翻譯來促進AML細胞的凋亡。來自AbMole的
Z-VAD-FMK（AbMole，M3143）被用來驗證ONC213誘導的細胞死亡是否依賴于Caspase介導的凋亡途徑，結果顯示Z-VAD-FMK能夠顯著拯救MV4–11細胞免受ONC213誘導的細胞凋亡[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在卵巢癌細胞中的作用，特別是其如何通過調節p53蛋白來影響腫瘤的生長和鐵死亡。研究發現，MEX3A在卵巢癌細胞中過表達，尤其是在含有野生型p53的卵巢癌亞型中。最終結果表明MEX3A通過促進p53蛋白的降解，抑制了p53介導的鐵死亡，從而促進了腫瘤的生長和存活。在細胞實驗中研究人員對MEX3A缺失（sh-MEX3A）和對照（sh-Ctrl）的PA-1和TOV21G細胞進行了不同抑制劑的處理，以確定MEX3A缺失造成的細胞死亡類型。該部分的實驗使用了來自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）的免疫損傷機制，結果證實H2S暴露可導法氏囊細胞的壞死性凋亡和炎癥反應，產生氧化應激，激活TGF-β信號通路，上述這些過程由miR-15b-5p/TGFBR3軸共同調節。在實驗中，科研人員使用了由AbMole提供的 Z-VAD-FMK（AbMole，M3143）、 Necrostatin-1（AbMole，M2315）以驗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]
AbMole是ChemBridge中國區官方指定合作伙伴。
參考文獻及鳴謝 [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. 
