半胱氨酸蛋白酶是一类具有共同催化机制的降解蛋白质的水解酶，主要存在于溶酶体，参与细胞吞噬和细胞内多余物质的清除和消化。这些蛋白酶在生物体中发挥着多方面的作用，包括细胞凋亡、免疫反应、激素原处理和细胞外基质重塑等。

半胱氨酸蛋白酶包括组织蛋白酶B、H、L等，近年来组织蛋白酶B（Cathepsin B，CB）的作用日受重视。正常组织中分离到的CB最适PH为酸性，在中性或碱性条件下无活性，但肿瘤组织中CB却在中性或碱性时活性更高，这似乎更适宜于恶性肿瘤的代谢紊乱。CB能降解Ⅰ型胶原蛋白、LN、PG，并能活化间质胶原酶原和Ⅳ型胶原酶原，降解基质中的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ型胶原纤维。因而参与肿瘤的浸润转移。Smid L检测喉癌的癌组织和癌旁组织中的半胱氨酸蛋白酶及其抑制剂的浓度，结果发现癌组织中半胱氨酸蛋白酶及其抑制剂的浓度均明显高于癌旁组织中的浓度，表明它们可能参与肿瘤浸润的全过程。

半胱氨酸蛋白酶的研究始于1873年，由Gopal Chunder Roy发现。第一个被分离和表征的半胱氨酸蛋白酶是木瓜蛋白酶，从番木瓜中获得。此类蛋白酶不仅存在于动物体内，也常见于水果中，如木瓜粉、菠萝、无花果和猕猴桃，尤其在果实未成熟时蛋白酶的比例更高。

根据MEROPS蛋白酶分类系统，半胱氨酸蛋白酶被分为14个超家族以及几个当前未分配的家族。每个超家族在不同的蛋白质折叠中使用催化三联体或二联体，代表了催化机制的趋同进化。超家族P包含亲核体类家族混合物，而C代表纯半胱氨酸蛋白酶超家族。

半胱氨酸蛋白酶通过一个特定的反应机制催化肽键水解。首先，具有碱性侧链的相邻氨基酸（通常是组氨酸的生物合成残基）使酶活性位点中的硫醇去质子化。随后，去质子化半胱氨酸的阴离子硫对底物羰基碳进行亲核攻击，形成硫代酸酯中间体。硫键随后水解，产生羧酸部分，同时再生游离酶。

半胱氨酸蛋白酶在生物体中的作用极为广泛。在植物中，它们对生长发育、储存蛋白的积累和动员、信号通路以及对生物和非生物胁迫的反应至关重要。在人类和其他动物中，它们参与衰老、细胞凋亡、MHCII类分子类免疫反应、激素原处理和细胞外基质重塑等过程。此外，它们在疾病如动脉粥样硬化和肺气肿的炎症部位加速胶原蛋白和弹性蛋白降解中也有重要作用。某些病毒，如脊髓灰质炎和丙型肝炎病毒，使用半胱氨酸蛋白酶将其基因组表达的多聚蛋白切割为功能单元。

半胱氨酸蛋白酶的活性受多种机制调节，包括酶原的产生、选择性表型、pH调节、细胞区室化以及内源性抑制剂的调节。蛋白酶通常以酶原形式合成，通过去除抑制片段或蛋白质而被激活，并在特定的细胞内区室或细胞外环境中发挥作用。蛋白酶抑制剂通过与活性位点或别构位点结合来防止底物进入，从而调节蛋白酶活性。

半胱氨酸蛋白酶作为潜在药物的研究是一个有前途的领域。植物半胱氨酸蛋白酶已知可消化线虫的表皮，毒性低，且抗酸消化特性允许口服给药。它们为现有驱虫药提供了另一种作用机制，可能不易产生抗药性。传统药物中，木瓜粉、菠萝和无花果的果实或天然橡胶被用于治疗肠道植物病原线虫感染。

半胱氨酸蛋白酶也被用作牲畜饲料添加剂，以提高蛋白质和氨基酸的消化率。