蛋白酪氨酸磷酸酶抑制劑的研究進展

付建平，熊偉，吳磊，韓曉丹，王慧賓，胡居吾

（江西省科學院應用化學研究所，江西南昌330096）

蛋白酪氨酸磷酸酶抑制劑的研究進展

付建平，熊偉，吳磊，韓曉丹，王慧賓，胡居吾

（江西省科學院應用化學研究所，江西南昌330096）

蛋白酪氨酸磷酸酶（Protein Tyrosine Phosphataese，PTPs）在生物體內廣泛存在，起信號傳導作用。蛋白酪氨酸磷酸酶在許多人類疾病中都扮演著重要角色，因此，設計高效且專一的PTPs抑制劑就越來越受到關注。本文主要介紹了蛋白酪氨酸磷酸酶的作用機制，對近年來報道的幾類重要PTPs抑制劑進行分析闡述，并對其發展趨勢進行了展望。

蛋白酪氨酸磷酸酶；抑制劑；作用機制；疾病

蛋白酪氨酸磷酸酶（Protein Tyrosine Phosphataese，PTPs）在生物體中廣泛存在，主要起信號傳遞和調節作用，近年來引起科學家們的極大關注。在真核細胞內，幾乎所有的信號傳導過程都是通過由蛋白激酶和蛋白磷酸酶催化的磷酸化和去磷酸化作用來調節的。蛋白磷酸酶和激酶（Kinase）在細胞內通過分別催化蛋白質的去磷酸酯化或磷酸酯化，來啟動（增強）或關閉（減弱）細胞的某些功能，起信號傳導作用。這期間如果任何傳遞發生問題都會導致某些疾病。例如，蛋白磷酸酶PTP1B可通過催化蛋白質酪氨酸殘基上的磷酸酯水解來向細胞傳遞減少分泌胰島素的指令，結果造成身體內胰島素水平不足而引發糖尿病。另外，已證實與蛋白磷酸酶相關的疾病還有癌癥、肥胖癥和老年癡呆癥等[1-2]。因此，研究細胞生長過程中蛋白磷酸酶的功能及其與環境的相互關系意義非同尋常，特別是在醫學應用上具有重要意義。

1 蛋白磷酸酶的催化機制

蛋白磷酸酶和激酶(Kinase)在細胞內通過分別催化蛋白質的去磷酸酯化或磷酸酯化，來啟動（增強）或關閉（減弱）細胞的某些功能，其反應過程如圖1所示。

圖1 蛋白質磷酸化循環

蛋白酪氨酸磷酸酶PTPs由一個信號酶的大家族構成，其中人體內有100多種。這些酶對細胞增殖、分裂、遷移和生存有重要作用[3]。PTPs的機能障礙會導致酪氨酸磷酸化紊亂。這就會引起幾種常見的疾病，如癌癥和糖尿病[4-5]。不像蛋白激酶，它們的酪氨酸激酶和絲氨酸激酶擁有序列統一性，PTPs沒有序列相似性。定義PTPs大家族的標志是催化區活性中心的氨基酸序列C(X)5R，也叫做PTP特征基序。根據活性中心底物專一性，可以把PTPs廣義地分成兩類：酪氨酸特異性蛋白磷酸酶和“雙重特異的”蛋白磷酸酶dual-specificity phosphatases （DSP），即對磷酸化蘇/酪氨酸均有特異性。

半胱氨酸依賴的磷酸酶通過形成磷酸－半胱氨酸中間體來催化磷酸酯鍵的斷裂，具體過程如圖2所示[6]。

圖2 半胱氨酸依賴的磷酸酶催化酪氨酸去磷酸化的機制

2 PTPs與疾病

磷酸化和去磷酸化是生物體內一種普通的調節方式，分別由蛋白激酶和蛋白磷酸酶調控，在細胞信號轉導的過程中起重要作用。PTP1B是胰島素信號通路中主要的負性調控因子[7-8]，對2型糖尿病的發生、發展有重要作用，在治療2型糖尿病的潛在靶點中，PTP1B是一個極為重要的藥物靶點。CD45分子參與多種免疫功能，其高度保守的胞質區具有磷酸酪氨酸酯酶活性，使得其在信號傳導及淋巴細胞效應功能中具有重要意義[9]。CD45分子可能通過控制細胞表面分子的相互作用和其胞質區的PTPase活性使底物活性改變來發揮其在信號轉導中的調節作用。研究表明，Cdc25在多種癌癥中過表達[10]，如肺癌、卵巢癌、乳腺癌、結腸癌、食道癌、肝細胞癌、胃癌、肺癌、非霍奇金淋巴瘤、胰導管癌、甲狀腺和頭頸癌。多數Cdc25A和/或Cdc25B的過表達與癌癥的預后不良有關。WEHI231是一種帶有未成熟B細胞表型的B淋巴細胞系,在遭遇BCR偶聯時會發生凋亡，田茂鑫[11]等篩選了能夠阻斷BCR誘導的WEHI231細胞凋亡基因。研究揭示了HePTP具有抑制BCR誘導的未成熟B淋巴細胞凋亡的作用，因而推測HePTP的過量表達會打破淋巴細胞形成生理性耐受的過程，進而影響了自身免疫性疾病及腫瘤的易發性。研究結果在骨髓增生異常綜合癥及急性骨髓性白血病等疾病的治療中有重要意義。

3 PTPs抑制劑

PTPs在許多人類疾病中都扮演者重要角色，設計高效且專一的PTPs抑制劑就越來越受到關注。根據其作用機制和來源，近年來報道的PTPs抑制劑可以分為以下幾類。

表1 蛋白酪氨酸磷酸酶與疾病的對應關系

3.1 非專一性的無機類PTPs抑制劑

釩酸根在結構上類似于酶的天然底物磷酸根，因此釩酸鹽化合物作為一類PTPs非特異性抑制劑很早就被報道過[12]。其他的無機類PTP抑制劑還有一氧化氮和氧化苯砷，這些無機化合物不僅可以抑制PTPs，還可以抑制其他的酶活性。正是這種非專一性使得這類抑制劑選擇性差，膜穿透能力差，生物利用度低，且釩易在生物體內累積產生毒性，這類抑制劑在臨床上的應用十分有限。

圖3 非專一性的無機類PTPs抑制劑

3.2 天然產物及其衍生物類PTPs抑制劑

在天然化合物中尋找具有生理活性的物質是新藥先導化合物確立的重要方法和途徑。雖然大多數此類抑制劑的作用位點不是很明確，但是它們卻具有高選擇性和活性。1997年，Regina等人從一種海綿中分離得到Sulfircin，它是一種對PTP1B具有中等抑制活性的化合物(IC50=29.8μM)，對其他PTPs(Cdc25A)也具有較好的抑制活性。2000年，Watanabe等人報道Dephostain及其同系物對PTPs表現出良好的抑制活性，PTP1B的IC50為0.52μg/mL。從真菌菌株中分離得到的4-Isoavenaciolide,它可以不可逆地抑制VHR，但對Cdc25B、Laforin和PTP1B的抑制活性表現不明顯[13]。作用機理可能是4-Isoavenaciolide與VHR中的Cys124和Cys171形成了共價鍵。生物堿nornuciferine對CD45的IC50值是5.3μmol/L，且其全合成已有報道[14]。從青霉菌中分離得到的stevastelins，取代基R為磺酸基時活性最好[15]。一些常見的天然PTPs抑制劑如圖4所示。

圖4 天然產物及其衍生物類PTPs抑制劑

3.3 非水解的酪氨酸磷酸酯類似物

酶的底物類似物一般具有競爭性抑制活性，一直作為PTPs抑制劑設計的重點。作用位點在催化域的Cys252殘基。其中最具代表性的是二氟甲基磷酸酯類化合物（DFMP）。在磷酸的α位引入負電性的鹵原子后，降低了磷酸根的pKa值，增強了磷酸與PTPs催化區域的靜電作用及氫鍵相互作用。且雙DFMP的化合物的活性是單DFMP活性的450倍，是非氟化同類化合物的1000倍。1994年，Burke等人首次報道二氟甲基磷酸基苯丙氨酸7對PTP有抑制性[16]。1998年，Taylor等人報道了二氟甲基磷酸基苯及其衍生物8、9、10具有PTP抑制活性[17]。2001年，Zhang等通過組合化學的方法得到化合物11，它對PTP1B具有很好的抑制活性，并且對TCPTP有近10倍活性。Zhang等人還對此化合物進行了優化，提高了膜通透性[18]。這類抑制劑彌補了肽類抑制劑在體內易受到體內蛋白酶的降解作用且不易通過生物膜等缺點。

3.4 肽類抑制劑

含有磷酸化酪氨酸殘基pTyr的肽類底物與PTPs有較高的親和性，所以肽類似物應該與酶有較高親和性，但事實上由于某些原因，并沒有取得理想的效果。這也直接導致人們開發出二氟甲基磷酸酯等類小分子抑制劑。較經典的一些肽類抑制劑如圖6 所示[19-20]。

圖6 肽類抑制劑

3.5 醌類PTPs抑制劑

有相當一部分的PTPs抑制劑具有醌的結構，科研人員推測其機理可能是PTPs活性位點的半胱氨酸被醌氧化，形成了共價結合物，從而起到抑制酶活性的目的。常見的一些醌類PTPs抑制劑如圖7所示[21]。

圖7 醌類PTPs抑制劑

還有一些其他的PTPs抑制劑，如唑類抑制劑、變構抑制劑等，這里不再詳細論述。

4 結語

從以上的論述可以看出，PTPs抑制劑對治療許多疾病方面有重要用途，因此尋找更多專一性高、膜透性好的抑制劑一直是一項前景廣闊的工作。α-單鹵代和α,α-雙鹵代磷酸酯類化合物由于它們在結構和電子上類似于天然磷酸酯類似物，已經被設計為天然磷酸酯類似物，用來作為抗癌藥和酶抑制劑，這類化合物將是酶抑制劑的主要研究方向和發展趨勢。

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Research Progress in Inhibitors of Protein Tyrosine Phosphatases

Fu Jian-ping,Xiong Wei,Wu Lei,Han Xiao-dan,Wang Hui-bin,Hu Ju-wu
(Institute of Applied Chemistry,Jiangxi Academy of Sciences,Jiangxi Nanchang 330096)

Protein tyrosine phosphatases (PTPs) are widely exists in the living organisms and play a role as a signal tr ansducer.PTPs are known to as sociated with human diseases.Therefore,it is necessary to explore efficient and specific PTPs inhibitors.This paper focuses on several important inhibitors of PTPs and analyze the research progress in inhibitors of PTPs.

PTPs;Inhibitors;Mechanism;Diseases

R98 文獻標志碼：A

2096-0387（2017）06-0082-05

江西省科學院重大科技項目（2017-YZDZ-18）

付建平（1987—），男，江西新余人，碩士，助理研究員，研究方向：天然產物化學。