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(dòng)站點(diǎn)。在過(guò)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(lái)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(duì)轉(zhuǎn)化細(xì)胞具有一定選擇性的，因此，毒性相對(duì)較小。本文綜述了近年來(lái)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(guò)定點(diǎn)突變導(dǎo)致蛋白質(zhì)降解及擾亂細(xì)胞生長(zhǎng)。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(kāi)發(fā)的肽醛抑制劑的主要靶點(diǎn)。研究表明，開(kāi)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(kāi)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(guò)與活性部位蘇氨酸的羥基形成半縮醛來(lái)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(guò)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(huì)引起周圍神經(jīng)毒性的原因，因此對(duì)Bortezomib的用藥劑量進(jìn)行限定，也是之后對(duì)肽硼酸類抑制劑研究過(guò)程中需要克服的問(wèn)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(duì)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(guò)70%?？ǚ亲裘自谥囟阮A(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(guò)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(lái)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(duì)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(duì)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?？赏ㄟ^(guò)共價(jià)修飾蛋白酶體來(lái)催化β亞單位，其共價(jià)復(fù)合物可通過(guò)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(duì)較差，對(duì)β1位點(diǎn)具有一定的抑制活性，但它們對(duì)于活性位點(diǎn)的特異性較高，相對(duì)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(shì)。

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(duì)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(duì)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(guò)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(duì)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(kāi)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(duì)于蛋白酶體抑制劑的開(kāi)發(fā)不僅僅局限于基于抗腫瘤方向的研究，還可以針對(duì)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.