共價(jià)結(jié)合的蛋白酶體抑制劑探究

趙慧敏

摘要：蛋白酶體（Proteases）是一種多亞單位蛋白水解酶復(fù)合物，具有可用于治療和干預(yù)的多個(gè)靶點(diǎn)。其結(jié)構(gòu)中20S核心包含三種類型的活動站點(diǎn)。在過去的二十年中，已經(jīng)被FDA批準(zhǔn)上市的蛋白酶體抑制劑包括：肽硼酸類藥物硼替佐米、肽環(huán)氧酮類藥物卡非佐米等。本文綜述了近年來以共價(jià)結(jié)合模式發(fā)揮藥理作用的蛋白酶體抑制劑的研究進(jìn)展。

關(guān)鍵詞：蛋白酶體抑制劑;共價(jià)鍵結(jié)合;硼替佐米

泛素-蛋白酶體系統(tǒng)是細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)降解的主要途徑，參與細(xì)胞內(nèi)80%以上蛋白質(zhì)的降解。上世紀(jì)70年代末到80年代初，UPS系統(tǒng)由以色列教授阿夫拉姆·赫什科發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)是真核細(xì)胞中新合成蛋白質(zhì)的主要質(zhì)量控制途[1]。蛋白酶體造成的細(xì)胞凋亡是對轉(zhuǎn)化細(xì)胞具有一定選擇性的，因此，毒性相對較小。本文綜述了近年來發(fā)現(xiàn)及研究的蛋白酶體活性位點(diǎn)及作用于各活性位點(diǎn)的化合物結(jié)構(gòu)類型其與活性位點(diǎn)的結(jié)合方式。

1.蛋白酶體的結(jié)構(gòu)及活性位點(diǎn)

1.1泛素-蛋白酶體的結(jié)構(gòu)

UPS由泛素（ubiquitin， Ub）、26S蛋白酶體及其底物（蛋白質(zhì)）組成。泛素由E1、E2、E3組成。26S蛋白酶體由20S蛋白水解酶核心和一個(gè)或兩個(gè)19S調(diào)節(jié)粒子組成。主要的活性位點(diǎn)為β1、β2、β5，是目前蛋白酶體抑制劑的主要作用位點(diǎn)。

1.2蛋白酶體的活性位點(diǎn)

20S蛋白酶體的β1、β2和β5活性位點(diǎn)通過定點(diǎn)突變導(dǎo)致蛋白質(zhì)降解及擾亂細(xì)胞生長。其中，β5位點(diǎn)顯然是蛋白質(zhì)分解中最重要的位點(diǎn)，是最早開發(fā)的肽醛抑制劑的主要靶點(diǎn)。研究表明，開發(fā)靶向β5位點(diǎn)抑制劑的主要挑戰(zhàn)在于提高疏水肽進(jìn)入細(xì)胞的能力。

2.20S蛋白水解位點(diǎn)形成共價(jià)鍵的抑制劑

共價(jià)抑制劑通常由一個(gè)與活性部位蘇氨酸和肽部分相互作用的親電結(jié)構(gòu)組成。根據(jù)不同親電結(jié)構(gòu)的性質(zhì)，可以分為八類蛋白酶體抑制劑。

2.1肽醛類

肽醛是第一個(gè)被開發(fā)的抑制劑，主要由于其低成本，仍然是最廣泛使用的。這些快速可逆、有效的抑制劑通過與活性部位蘇氨酸的羥基形成半縮醛來阻斷蛋白酶體。

2.2肽硼酸類

肽硼酸類蛋白酶體抑制劑比肽醛類更有效。硼酸的結(jié)構(gòu)通過氫鍵可與活性位點(diǎn)蘇氨酸形成四面體復(fù)合物[2]。已上市Bortezomib（2，F(xiàn)ig.2）臨床上用于治療多發(fā)性骨髓瘤、套細(xì)胞淋巴瘤和急性同種異體移植排斥反應(yīng)，但在最新的研究中表明，Bortezomib可抑制線粒體中一種依賴于ATP的絲氨酸蛋白酶HtrA2/Omi。HtrA2可保護(hù)神經(jīng)元免受凋亡，是使用Bortezomib會引起周圍神經(jīng)毒性的原因，因此對Bortezomib的用藥劑量進(jìn)行限定，也是之后對肽硼酸類抑制劑研究過程中需要克服的問題。

2.3 肽環(huán)氧酮類

肽環(huán)氧酮類蛋白酶體抑制劑是目前已知的特異性及藥效最強(qiáng)的蛋白酶體抑制劑。蛋白酶體位點(diǎn)的N端蘇氨酸和肽環(huán)氧酮類抑制劑的環(huán)氧酮部分可形成一個(gè)嗎啉環(huán)。在癌癥治療的臨床試驗(yàn)中，卡非佐米對患者血液中蛋白酶體類β5活性位點(diǎn)的抑制作用強(qiáng)于Bortezomib。在最大耐受劑量下，Bortezomib的抑制不超過70%。卡非佐米在重度預(yù)治療患者群體中獲得了顯著的緩解率（24%），與Bortezomib相比，周圍神經(jīng)病的發(fā)病率大大降低。

2.4肽縮酮醛類

肽縮酮醛類抑制劑（4，F(xiàn)ig.2）發(fā)現(xiàn)于20世紀(jì)90年代，Grawert等在肽酮醛與酵母蛋白酶體復(fù)合物的X射線研究結(jié)構(gòu)表明，肽酮醛與酵母蛋白酶體復(fù)合物N端催化蘇氨酸可以形成獨(dú)特的六元環(huán)。該環(huán)含有半酮基和席夫堿，酮醛也利用了蛋白酶體獨(dú)特的催化機(jī)制。這種特異性，加上席夫堿的可逆性，使這類抑制劑作為高度特異性、可逆性、共價(jià)性的抑制劑占據(jù)了獨(dú)特探索點(diǎn)，因此具有較大的研究前景。

2.4β-內(nèi)酯

β-內(nèi)酯是最初由碎屑-內(nèi)囊素-β-內(nèi)酯（Omuralide）代表的非肽天然產(chǎn)物，在過去的十年中發(fā)現(xiàn)了許多β-內(nèi)酯抑制劑。其中最突出的Marizomib（5，F(xiàn)ig.2）是一種來源于海洋微生物Salinispora tropicn的化合物。Marizomib在臨床試驗(yàn)中表現(xiàn)出顯著的抑制活性，它對β5活性位點(diǎn)產(chǎn)生更強(qiáng)（高達(dá)100%）和更持久的抑制作用，同時(shí)對β1及β2活性位點(diǎn)表現(xiàn)出一定的抑制活性。

2.5肽乙烯基砜類

肽乙烯基砜類（6，F(xiàn)ig.2）蛋白酶體抑制劑是由Bogyo等人首次提出的合成的。可通過共價(jià)修飾蛋白酶體來催化β亞單位，其共價(jià)復(fù)合物可通過催化蛋白酶體蘇氨酸的羥基與乙烯基砜雙鍵發(fā)生邁克爾加成反應(yīng)。此類抑制劑活性相對較差，對β1位點(diǎn)具有一定的抑制活性，但它們對于活性位點(diǎn)的特異性較高，相對的副作用較弱。因此，該類抑制劑在靶向性研究方面具有較大優(yōu)勢。

2.6Syrbactins類似物

Syrbactin是由一個(gè)與肽序列相連的12元內(nèi)酰胺核心組成。天然化合物紫丁香素A（SylA，7，F(xiàn)ig.2），是植物病原體紫丁香假單胞菌的毒力因子，能夠抑制植物和酵母蛋白酶體。但目前對其靶向作用并不明確，鑒于其作用機(jī)理與乙烯基砜相似，不能排除對β1活性位點(diǎn)的抑制作用，其活性有待進(jìn)一步研究

2.7Oxatiazol -2-酮類

在Lin等的研究中表明，Oxatiazol-2-酮類（8，F(xiàn)ig.2）抑制劑可通過不可逆的環(huán)羰基化作用抑制分枝桿菌蛋白酶體。這種反應(yīng)可引起蛋白酶體的構(gòu)象變化，并且具有一定的穩(wěn)定性。誘導(dǎo)和穩(wěn)定構(gòu)象變化所需的一些關(guān)鍵殘基在人蛋白酶體中是不同的，因此這些化合物對分枝桿菌蛋白酶體具有一定的選擇性。

3.總結(jié)與展望

蛋白酶體抑制劑因其獨(dú)特的功能性特異性而受到研究者的關(guān)注，近20年開發(fā)了多種應(yīng)用于腫瘤的蛋白酶體抑制劑，相信在下一個(gè)十年對于蛋白酶體抑制劑的開發(fā)不僅僅局限于基于抗腫瘤方向的研究，還可以針對其他疾病例如神經(jīng)退行性疾病及自身免疫性疾病等。更期待的是新的靶向性更強(qiáng)的甚至可應(yīng)用多種劑型的蛋白酶體抑制劑用于治療骨髓瘤和其他癌癥的臨床實(shí)踐。

參考文獻(xiàn)

1.Girmenia， C.， and G. Barosi. et al .2019）. "Management of Infectious Complications in Multiple Myeloma Patients： Expert Panel Consensus-Based Recommendations." Blood Rev 34： 84-94.

2.Groll， M.， and Ovaa， H. et al. （2016）. Crystal structure of the boronic acid-based proteasome inhibitor bortezomib in complex with the yeast 20S proteasome. Structure 14， 451–456.