核酸氧化損傷修復(fù)酶MTH1及其抑制劑的研究進(jìn)展

康從民，王曉麗

(青島科技大學(xué)化工學(xué)院，山東 青島　266042)

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核酸氧化損傷修復(fù)酶MTH1及其抑制劑的研究進(jìn)展

康從民，王曉麗

(青島科技大學(xué)化工學(xué)院，山東 青島266042)

doi:10.3969/j.issn.1001-1978.2016.08.003

MTH1酶屬于Nudix水解酶，具有清理細(xì)胞核苷酸池內(nèi)氧化嘌呤核苷酸，防止核酸氧化損傷的功能。多項(xiàng)研究表明MTH1酶在神經(jīng)退行性疾病、抗衰老等，尤其是抗腫瘤方面發(fā)揮關(guān)鍵作用，有望成為抗腫瘤藥物的新靶標(biāo)。近年國(guó)內(nèi)外有關(guān)MTH1酶抑制劑的研究也逐漸增多，該文概述了MTH1酶的轉(zhuǎn)錄和翻譯、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、催化機(jī)制、應(yīng)用等各方面信息，特別是對(duì)其各類抑制劑的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了較為全面的綜述。

MTH1酶；嘌呤核苷酸氧化損傷；抗腫瘤靶標(biāo)；MTH1酶抑制劑；Nudix水解酶；NUDT1

MTH1酶即MutT同源酶1(MutT homolog 1)，屬于Nudix(nucleoside diphosphate linked to x)水解酶超級(jí)家族，是由NUDT1基因表達(dá)所得的8-羥基鳥(niǎo)嘌呤核苷酸酶，其國(guó)際生物化學(xué)聯(lián)合會(huì)酶學(xué)委員會(huì)編號(hào)為EC 3.6.1.55。該酶可將細(xì)胞核苷酸池中的氧化嘌呤核苷酸，如8-氧化鳥(niǎo)嘌呤核苷酸(8-oxo-GTP)、2-羥基腺嘌呤脫氧核苷酸(2-OH-dATP)等水解為核苷單磷酸酯和無(wú)機(jī)焦磷酸鹽，阻止氧化嘌呤核苷酸錯(cuò)誤的編入DNA或RNA中，從而大大減少由于氧化應(yīng)激造成的核酸損傷和突變，在維護(hù)遺傳物質(zhì)穩(wěn)定性以及核酸損傷修復(fù)機(jī)制中起著重要作用[1]。多年研究表明MTH1酶的活性與神經(jīng)退行性疾病、抗衰老等密切相關(guān)，近年Gad等發(fā)現(xiàn)該酶在腫瘤的生長(zhǎng)、存活、轉(zhuǎn)移過(guò)程中發(fā)揮重要作用，有望成為新的抗腫瘤靶標(biāo)。自其抗腫瘤特性發(fā)現(xiàn)以來(lái)，有關(guān)MTH1酶各類抑制劑的研究在國(guó)內(nèi)外也逐漸展開(kāi)。研究和了解MTH1酶的基因、結(jié)構(gòu)、作用機(jī)制、應(yīng)用研究，特別是其抑制劑的進(jìn)展等相關(guān)知識(shí)對(duì)于多種疾病特別是腫瘤的治療具有重要意義。

1　嘌呤核苷酸氧化損傷及其水解酶MTH1

1.1嘌呤核苷酸氧化損傷機(jī)體在遭受各種有害刺激時(shí)可能會(huì)引起體內(nèi)活性氧自由基(reactive oxygen species，ROS)的積累，過(guò)量的ROS可以攻擊如核酸、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)等多種生物分子，形成各種氧化損傷[2]。在核酸的氧化損傷中，嘌呤核苷酸的氧化損傷較為普遍，該損傷可發(fā)生在DNA鏈或RNA鏈上，也可發(fā)生在細(xì)胞核苷酸池內(nèi)。

研究發(fā)現(xiàn)，核苷酸池內(nèi)以自由形式存在的嘌呤核苷酸更容易發(fā)生氧化，且氧化產(chǎn)物8-oxo-GTP、2-OH-dATP等是核酸合成過(guò)程中的強(qiáng)致突變底物，如在DNA復(fù)制過(guò)程中可引起G ∶C→T ∶A及A ∶T→C ∶G顛換。在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中，相當(dāng)數(shù)量的自發(fā)性突變與此有關(guān)，因此清理核苷酸池內(nèi)的氧化嘌呤核苷酸對(duì)于維護(hù)遺傳物質(zhì)的穩(wěn)定性至關(guān)重要。機(jī)體內(nèi)存在多種酶可以清理核苷酸池內(nèi)的氧化嘌呤核苷酸，如MTH1(NUDT1)、MTH2(NUDT15)、MTH3(NUDT18)[3]，這幾種酶均為MutT酶的同源物，其中MTH1酶是最主要的核苷酸池清理酶，尤其對(duì)腫瘤細(xì)胞的發(fā)生和發(fā)展至關(guān)重要[4]，而其他相關(guān)酶對(duì)于氧化嘌呤核苷酸的活性相對(duì)較低，本文主要討論MTH1酶。

1.2NUDT1基因的轉(zhuǎn)錄與翻譯NUDT1基因是最先在哺乳動(dòng)物體內(nèi)發(fā)現(xiàn)的與嘌呤核苷酸氧化修復(fù)相關(guān)，并研究最為廣泛的序列，人源性NUDT1基因位于7p22號(hào)染色體上，全長(zhǎng)約12 kb，共6個(gè)外顯子，其中外顯子1包括1a與1b兩個(gè)片段，外顯子2包括2a、2b、2c 3個(gè)片段。該基因的mRNA初級(jí)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物經(jīng)過(guò)不同剪接方式可形成具有不同5′端序列的7種mRNA亞型，即1、2A、2B、3A、3B、4A和4B[5]。在這7種亞型的mRNA中，缺少外顯子2片段的亞型1是其主要形式，其它6種亞型至少攜帶外顯子2的一個(gè)片段，表達(dá)水平較低。

1、2A、3A、4A 4種亞型的mRNA可直接編碼出156個(gè)氨基酸的MTH1d(p18)，其相對(duì)分子質(zhì)量為18 ku，而2B、3B、4B型mRNA則能夠編譯出MTH1a(p26)、MTH1b(p22)、MTH1c(p21)及MTH1d(p18)。這4種酶蛋白具有不同的N端，而其余156個(gè)氨基酸均相同。MTH1a(p26)的N端具有線粒體靶向作用，其他3種亞型的N端并未顯示相關(guān)作用[6]。實(shí)驗(yàn)證明，這4種亞型酶水解8-oxo-dGTP與2-OH-dATP的能力相當(dāng)。人體細(xì)胞中MTH1d含量最為豐富，是MTH1酶的主要存在形式，MTH1b和MTH1c的含量約為MTH1d含量的10%，MTH1a不僅含量很低且只存在少數(shù)人群中。在人體細(xì)胞中，核苷酸池主要存在于細(xì)胞質(zhì)與線粒體中，相對(duì)應(yīng)的MTH1酶也主要分布在線粒體和細(xì)胞質(zhì)內(nèi)，這種分布反映了功能上的需要。

1.3MTH1酶結(jié)構(gòu)特征

1.3.1蛋白結(jié)構(gòu)目前有關(guān)MTH1酶的結(jié)構(gòu)研究主要針對(duì)MTH1d展開(kāi)，其結(jié)構(gòu)具有典型的Nudix模式[7]，包括α螺旋、β折疊、L長(zhǎng)環(huán)區(qū)等基本結(jié)構(gòu)單元，蛋白鏈結(jié)構(gòu)從N端到C端排列為：βA(氨基酸 5～11)、βB(17～22)、L1、αⅠ(44～58)、L2、βC(67～74)、βD(80～87)、L3、βE(102～107)、L4、αⅡ(120～130)、βF(132～139)、βG(146-153)，其酶結(jié)構(gòu)如Fig 1所示(PDB ID：3ZR1)。MTH1酶中，5個(gè)鉸鏈組成了混合卷曲β折疊，在折疊凸面的殘基共同形成一個(gè)連續(xù)的溶劑可及表面，而凹面部分由αⅡ、L4環(huán)區(qū)、L1環(huán)區(qū)占據(jù)，這就形成了蛋白的主體結(jié)構(gòu)(Fig 1A)。αI螺旋和2個(gè)反向平衡β折疊鉸鏈共同組成的裂葉在βA鉸鏈位置貼近主體結(jié)構(gòu)，在這個(gè)裂葉和蛋白主體間形成一個(gè)深且狹窄的口袋，這個(gè)口袋內(nèi)壁組成包括αⅡ螺旋、L1環(huán)、混合折疊部分，研究表明該口袋正是MTH1酶底物結(jié)合口袋(Fig 1B)。

Fig 1　Structural features of MTH1[4]

A:Solution structure of MTH1;B:Active pocket and Nudix-motif of MTH1

1.3.2Nudix模段Nudix水解酶家族分布廣泛，存在于多種生物體內(nèi)，包括多種焦磷酸水解酶，底物多為含核苷二磷酸結(jié)構(gòu)的分子，如核苷酸(d)NTPs、二核苷、核苷酸糖等，主要作用機(jī)制是水解磷酸基團(tuán)之間的酯鍵。Nudix水解酶的典型折疊方式為α/β/α排列，不同的Nudix酶具有相同的Nudix特征模段，含23個(gè)氨基酸(GX5EX7REUXEEXGU，其中U代表大的疏水氨基酸)，該模段具有結(jié)合金屬離子和參與催化位點(diǎn)形成的作用。雖然Nudix水解酶都含有相同的Nudix模段，但不同酶之間具有底物特異性，這是因?yàn)镹udix水解酶的底物識(shí)別與選擇序列的不同[8]。MTH1酶的Nudix模段位于37-59號(hào)氨基酸處，主要以α螺旋形式存在(Fig 1B)。

1.4活性中心及其催化機(jī)制酶的活性中心主要由兩個(gè)功能部位組成，即決定酶專一性的結(jié)合部位和直接參加催化反應(yīng)的催化部位。MTH1酶與其他Nudix酶相似，酶底物結(jié)合口袋參與底物的識(shí)別與固定，Nudix模段則參與酶活性所需Mg2+的結(jié)合及其催化磷酸酯鍵的水解[9]。

MTH1酶底物結(jié)合部位主要由Asn33、Asp119、Asp120及其Trp117、Phe27等關(guān)鍵氨基酸殘基參與組成。其中如Asn33、Asp119、Asp120殘基可與氧化嘌呤堿基關(guān)鍵位點(diǎn)上的氫鍵供體、氫鍵受體形成氫鍵，而殘基Trp117與Phe27的芳香環(huán)可通過(guò)與氧化嘌呤環(huán)形成π-π堆積效應(yīng)，使底物與酶能更穩(wěn)定地結(jié)合[10]。MTH1酶催化部位主要由Nudix模段組成，該模段中有多個(gè)氨基酸殘基在底物催化過(guò)程中不可或缺，如關(guān)鍵殘基Glu52、Glu55、Glu56等可在α螺旋上形成一個(gè)酸性集群，與模段外Glu100及其相應(yīng)溶劑水分子共同參與Mg2+的螯合。賴氨酸Lys23在酶與底物如8-oxo-dGTP相互作用中可與α磷酰基發(fā)生靜電作用，在底物結(jié)合與催化水解中起到重要作用，這與同源酶MutT中Lys39的空間位置及其作用相似。此外，還有相應(yīng)氨基酸如谷氨酸Gly37參與溶劑水分子的去質(zhì)子化作用，誘導(dǎo)其進(jìn)攻富電子的β位磷酰基，從而發(fā)生親核取代反應(yīng)[9]。

1.5MTH1酶活性檢測(cè)將一定量的MTH1酶、無(wú)機(jī)焦磷酸酶、底物如8-oxo-dGTP，加入到由Tris-醋酸、NaCl、醋酸鎂、Tween 20和二流蘇糖醇DTT組成的酶反應(yīng)緩沖液中。孵育后，加入孔雀石綠溶液終止反應(yīng)，測(cè)定吸光度，計(jì)算MTH1酶的活性[11]。該方法的原理是，無(wú)機(jī)焦磷酸酶催化水解產(chǎn)物焦磷酸鹽進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為磷酸鹽離子，通過(guò)孔雀石綠吸光度分析法，測(cè)得溶液中磷酸鹽離子的含量，從而測(cè)定出酶的催化活性。

1.6MTH1酶的應(yīng)用研究

1.6.1神經(jīng)退行性疾病哺乳動(dòng)物神經(jīng)干細(xì)胞不斷增殖，產(chǎn)生大量具有高度代謝活性的神經(jīng)元，因此產(chǎn)生活性氧較多，神經(jīng)元受到氧化應(yīng)激發(fā)生氧化損傷的機(jī)率大大增加。此外，隨著年齡的增長(zhǎng)，體內(nèi)抗氧化修復(fù)機(jī)制易產(chǎn)生缺陷，使得神經(jīng)元中核酸氧化損傷累積，從而致使老年性神經(jīng)退行性疾病的產(chǎn)生[12]。研究發(fā)現(xiàn)在帕金森病(PD)、阿爾茨海默病(AD)患者的神經(jīng)元細(xì)胞質(zhì)和線粒體中氧化核苷酸的蓄積明顯增加，與此同時(shí)MTH1表達(dá)也相應(yīng)增加。Leon等[13]對(duì)小鼠PD模型的研究表明，MTH1可以保護(hù)紋狀體多巴胺神經(jīng)元免受核苷酸氧化損傷，尤其是紋狀體多巴胺神經(jīng)元的末梢纖維線粒體DNA的氧化損傷。因此，研究MTH1酶對(duì)于尋找PD、AD等各種神經(jīng)退行性疾病治療新策略有重要的意義。

1.6.2抗腫瘤靶標(biāo)特性腫瘤細(xì)胞無(wú)限增殖、快速分化的特性決定了其代謝速度快、生成活性氧多的特點(diǎn)，破壞了核苷酸池的動(dòng)態(tài)平衡，極易造成DNA損傷和突變的發(fā)生，而MTH1酶的存在能夠減輕腫瘤細(xì)胞快速增生的壓力。Hanahan等[14]提出，腫瘤細(xì)胞存在許多DNA損傷修復(fù)機(jī)制的缺陷，基因組不穩(wěn)定性增加，少數(shù)的正常DNA損傷修復(fù)機(jī)制則成為腫瘤細(xì)胞抵抗內(nèi)/外源性DNA損傷刺激，賴以存活的關(guān)鍵。正常人體細(xì)胞中對(duì)于不同的DNA氧化損傷有多種修復(fù)方式，如堿基切除、核苷酸切除、錯(cuò)配修復(fù)等，這些方式相互補(bǔ)充，協(xié)同作用，決定了MTH1酶對(duì)于腫瘤細(xì)胞存活必需，而對(duì)正常細(xì)胞非必需的特性。

Gad等[11]通過(guò)對(duì)變異小鼠進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，證明了MTH1酶對(duì)清除腫瘤相關(guān)的dNTP池?fù)p傷可能更重要，而且為腫瘤細(xì)胞存活所必需。Helleday等[15]也通過(guò)使用小分子RNA干擾技術(shù)(siRNAs)證明MTH1酶是腫瘤細(xì)胞生存所必需的，同時(shí)也證明MTH1酶有望成為腫瘤治療的重要靶標(biāo)。

1.6.3其它多方面研究MTH1酶在其他方面也有廣泛研究，如在流感發(fā)生和防御機(jī)制中，MTH1酶可通過(guò)消除病毒感染引起的細(xì)胞氧化應(yīng)激而起作用[16]；在防止細(xì)胞老化過(guò)程中，MTH1酶通過(guò)作用于線粒體DNA中氧化嘌呤核苷酸的修復(fù)，有效減緩了細(xì)胞的衰老[13]；在防止腫瘤發(fā)生方面， MTH1酶的作用也很明顯，有研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)實(shí)驗(yàn)小鼠的MTH1基因被敲除后，DNA與RNA的突變率升高，發(fā)生腫瘤的概率會(huì)明顯增大。此外，MTH1酶曾被阿斯利康制藥公司作為Toll-like受體(TLR7)激動(dòng)劑可能的效應(yīng)器而進(jìn)行深入研究，但由于一些關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的否定，該研究也被迫終止，近期由于MTH1酶的抗腫瘤特性的報(bào)道，該公司Kettle項(xiàng)目組又重新對(duì)MTH1酶進(jìn)行了研究[17]。

2　MTH1酶抑制劑

基于MTH1酶抗腫瘤特性的提出，國(guó)內(nèi)外有關(guān)其各類抑制劑的研究層出不窮。多項(xiàng)研究表明，腫瘤細(xì)胞內(nèi)MTH1酶的生物活性及表達(dá)均高于正常體細(xì)胞，在降低腫瘤細(xì)胞高氧化應(yīng)激水平，維持其快速增殖、轉(zhuǎn)移等特性方面發(fā)揮重要作用。MTH1酶抑制劑的應(yīng)用能夠增加細(xì)胞毒性，加劇腫瘤細(xì)胞DNA結(jié)構(gòu)的氧化損傷，從而致使細(xì)胞的老化、凋亡。尤其在對(duì)氧化應(yīng)激較為敏感的腫瘤，如三陰乳腺癌的放化療中，若應(yīng)用MTH1酶抑制劑進(jìn)行協(xié)同治療[18]，有望達(dá)到抑制腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)繁殖的目的。

2.1吡唑喹啉類衍生物SCH51344SCH51344(結(jié)構(gòu)見(jiàn)Fig 2A)是在RAS突變型腫瘤細(xì)胞的表型篩選中得到的選擇性小分子抑制劑，可特異性阻斷細(xì)胞膜邊緣波動(dòng)調(diào)節(jié)路徑，對(duì)RAS突變的成纖維細(xì)胞進(jìn)行生長(zhǎng)抑制。Huber等[19]最先應(yīng)用化學(xué)蛋白質(zhì)組學(xué)方法鑒定出SCH51344的細(xì)胞內(nèi)主要靶標(biāo)為MTH1酶。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)也表明，在抗惡性細(xì)胞增生中MTH1酶是SCH51344的直接靶標(biāo)。

2.2S-克唑替尼基于對(duì)底物與活性位點(diǎn)結(jié)構(gòu)特征的分析，Huber等[19]提出激酶抑制劑靶向MTH1酶的可能性，在對(duì)一系列激酶抑制劑進(jìn)行熱轉(zhuǎn)變穩(wěn)定性分析篩選后，發(fā)現(xiàn)c-MET/ALK激酶的雙重抑制劑克唑替尼(結(jié)構(gòu)見(jiàn)Fig 2B)顯示出高的MTH1酶親和力，尤其S-型對(duì)映體顯示出納摩爾級(jí)的MTH1酶抑制活性。此外Huber等[18]應(yīng)用化學(xué)蛋白質(zhì)組學(xué)方法對(duì)一系列類S-克唑替尼的氨基雜芳基類化合物進(jìn)行了MTH1酶抑制活性的測(cè)定，并構(gòu)建了MTH1酶藥效團(tuán)模型[18]。

與該抑制劑有關(guān)的國(guó)內(nèi)研究也很多，浙江大學(xué)李有勇等[20]應(yīng)用動(dòng)力學(xué)模擬手段，對(duì)克唑替尼的2種對(duì)映體與MTH1酶相互作用方式的差異，進(jìn)行了詳細(xì)研究。山東師范大學(xué)唐波研究組研發(fā)的結(jié)合MTH1酶探測(cè)與抑制為一體的控釋系統(tǒng)，應(yīng)用RT-PCR技術(shù)檢測(cè)MTH1酶轉(zhuǎn)錄mRNA的分布與含量，誘導(dǎo)金納米粒子耀斑封頂?shù)慕榭籽趸杓{米平臺(tái)釋放抑制劑S-克唑替尼，這種方法能有效減小身體毒性，且有可能實(shí)現(xiàn)少量高效的目標(biāo)[21]。

2.32-氨基嘧啶類Gad研究組在發(fā)現(xiàn)MTH1酶的抗腫瘤靶標(biāo)特性后，對(duì)MTH1酶進(jìn)行了提純并篩選了化合物庫(kù)，發(fā)現(xiàn)含有2-氨基嘧啶結(jié)構(gòu)的苗頭化合物能有效抑制MTH1酶的催化活性[11，22]。擴(kuò)大篩選范圍后，發(fā)現(xiàn)TH287(結(jié)構(gòu)見(jiàn)Fig 2C)是MTH1酶的有效抑制劑，但體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)表明，TH287的代謝較快，穩(wěn)定性差。環(huán)丙基取代甲基后得到的TH588在體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)中代謝穩(wěn)定性有所提升，且還保持對(duì)MTH1酶的抑制作用。活性實(shí)驗(yàn)表明，TH287和TH588能夠有選擇并高效殺死人骨肉瘤細(xì)胞和其他腫瘤細(xì)胞系，而對(duì)于正常體細(xì)胞或未癌變的永生化細(xì)胞毒性卻很低，這與MTH1酶對(duì)正常細(xì)胞非必需而對(duì)腫瘤細(xì)胞必需的研究結(jié)果是一致的。安德森腫瘤中心的Petrocchi研究組以2-氨基嘧啶為核心，對(duì)TH287和TH588進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化，得到了一系列顯示MTH1酶抑制活性的結(jié)構(gòu)，并公開(kāi)發(fā)表[10]。

2.4松果菊苷松果菊苷(echinacoside，ECH)(見(jiàn)Fig 2D)為苯乙醇苷類化合物，最早從狹葉松果菊根部分離得到，為松果菊的主要活性成分之一。ECH是一個(gè)很好的天然抗氧化劑，具有明顯的清除活性氧的作用，藥理作用主要是抗氧化、保護(hù)神經(jīng)、抗炎、抗腫瘤等。吉林大學(xué)鄒志華研究組發(fā)現(xiàn)松果菊苷對(duì)胞外MTH1酶的抑制效果明顯，通過(guò)噻唑藍(lán)MTT比色實(shí)驗(yàn)檢測(cè)松果菊苷在細(xì)胞水平對(duì)腫瘤細(xì)胞的作用，表明松果菊苷能夠明顯抑制SW480結(jié)腸腫瘤細(xì)胞和U2OS人骨肉瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)[23]。

2.5金屬絡(luò)合物抑制劑非常規(guī)環(huán)金屬釕絡(luò)合物MTH1酶抑制劑(結(jié)構(gòu)見(jiàn)Fig 2E)的開(kāi)發(fā)，源于對(duì)核苷酸結(jié)合位點(diǎn)相似特征的猜測(cè)，菲利普斯大學(xué)Streib等[24]基于可替代惰性過(guò)渡金屬絡(luò)合物開(kāi)發(fā)了一種制備高活性、高選擇性的蛋白激酶ATP擬態(tài)抑制劑的方法，由于核苷酸結(jié)合位點(diǎn)的相似特征，研究組推測(cè)該方法也適用于其他的核苷酸結(jié)合蛋白。通過(guò)與擴(kuò)展板上多個(gè)蛋白激酶及其他ATP結(jié)合蛋白相互作用，證明這種有機(jī)金屬抑制劑顯示納摩爾級(jí)的MTH1酶抑制活性和驚人的特異性，之后該有機(jī)金屬抑制劑與MTH1酶的結(jié)合機(jī)制又通過(guò)蛋白晶體結(jié)構(gòu)的研究得以證明。

2.6核苷二磷酸類研究發(fā)現(xiàn)，2-OH-dADP和8-oxo-dGDP的存在能夠強(qiáng)烈抑制MTH1酶的活性，其結(jié)構(gòu)與氧化核苷三磷酸相似，能夠競(jìng)爭(zhēng)MTH1酶結(jié)合口袋，但是并不能被酶水解。通過(guò)對(duì)NDPs和dNDPs進(jìn)行測(cè)試研究，發(fā)現(xiàn)dADP、dGDP和GDP對(duì)MTH1酶的抑制性較強(qiáng)，但并未達(dá)到抑制劑活性要求，而其他NDPs和dNDPs的抑制性則很弱，幾乎可以忽略不計(jì)。細(xì)胞內(nèi)(d)NDPs的生理濃度遠(yuǎn)大于氧化嘌呤核苷酸，但這些抑制因素對(duì)MTH1酶的影響卻很小[25]。以核苷二磷酸類化合物為先導(dǎo)物，進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)改造和修飾，有望得到更高效的MTH1酶抑制劑。

2.7Kettle的三類抑制劑阿斯利康制藥公司曾以MTH1酶作為可能引起免疫反應(yīng)的關(guān)鍵靶標(biāo)進(jìn)行過(guò)研究，近來(lái)受啟發(fā)于Helleday 、Huber等有關(guān)MTH1酶抗癌特性的研究，Kettle研究組又對(duì)MTH1酶及其抑制劑進(jìn)行了重新研究，通過(guò)高通量篩選等手段得到三類高效、高選擇性的化合物，分別為大環(huán)嘌呤酮衍生物、4-苯氨基-3氨基喹啉類及2-氨基-4-苯基喹唑啉類。經(jīng)表面等離子共振及細(xì)胞熱轉(zhuǎn)移分析驗(yàn)證，這些化合物與MTH1酶的相互作用較好，但在小組激酶分析中卻并未檢測(cè)到可觀的MTH1酶抑制活性[17]，相關(guān)研究還有待進(jìn)行。

3　總結(jié)與展望

MTH1酶作為Nudix水解酶家族的一員，在維持細(xì)胞核苷酸池穩(wěn)態(tài)方面具有重要作用。早年研究數(shù)據(jù)表明，在增殖期細(xì)胞如神經(jīng)細(xì)胞、胎兒腦組織等代謝較快的細(xì)胞中，MTH1酶的活性與表達(dá)均較高。近年有研究稱MTH1酶在快速繁殖的腫瘤細(xì)胞中發(fā)揮重要作用，有望成為新的抗腫瘤靶標(biāo)，并開(kāi)始一系列選擇性抑制劑的研究。本文旨在對(duì)MTH1酶各方面，特別是其抑制劑的研究進(jìn)展進(jìn)行較為全面的綜述。

Fig 2　Structure of inhibitors of MTH1

MTH1酶及其抑制劑的研究還存在一系列亟待解決的問(wèn)題：① 有關(guān)MTH1酶的研究尚不全面，如Mg2+的結(jié)合，底物選擇特異性等的研究；② MTH1酶抑制劑的研發(fā)還不夠成熟，已知抑制劑的研發(fā)多處于臨床前階段，更為高效的活性分子還有待發(fā)現(xiàn)；③ MTH1酶作為抗癌靶標(biāo)，其抑制劑分子可能存在的脫靶效應(yīng)及其引起的副作用等。深入研究MTH1酶，特別是對(duì)其抗腫瘤特性的研究，不僅擴(kuò)展了該酶的生物學(xué)意義，也為腫瘤靶向治療帶來(lái)新的策略，高效MTH1酶抑制劑的研發(fā)和應(yīng)用具有廣闊的前景。

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Research progress of repair enzyme MTH1 and its inhibitors

KANG Cong-min，WANG Xiao-li

(CollegeofChemicalEngineering,QingdaoUnversityofScienceandTechnology,Qingdao266042,China)

MTH1 enzyme belongs to the family of Nudix hydrolases, which can prevent the oxidative damage of nucleic acid by cleaning up oxidized purine nucleotides.Close relationships were found between the activity of MTH1 and neurodegenerative diseases, anti-aging et al. In recent years, MTH1 has been regarded as a new promising target for cancer treatment, because it plays an essential role in tumor growth, survival, invasion and metastasis. The transcription and translation, structure, catalytic mechanism, detection and application of MTH1 were described, as well as various MTH1 inhibitors.

MTH1 enzyme; purine nucleotides oxidative damage;anticancer target; MTH1 inhibitors; Nudix hydrolases; NUDT1

2016-03-25，

2016-04-20

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(No 21072111，21272131)

康從民(1963-)，男，博士，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向:抗腫瘤藥物的設(shè)計(jì)與合成，通訊作者，E-mail: lvyingtao@qust.edu.cn

A

1001-1978(2016)08-1044-05

R 730.5；R 914.4；R 963；R 979.1

網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間：2016-7-19 10:43網(wǎng)絡(luò)出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/34.1086.R.20160719.1043.006.html