共價結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合物，具有可用于治療和干預的多個靶點。其結構中20S核心包含三種類型的活動站點。在過去的二十年中，已經被FDA批準上市的蛋白酶體抑制劑包括：肽硼酸類藥物硼替佐米、肽環氧酮類藥物卡非佐米等。本文綜述了近年來以共價結合模式發揮藥理作用的蛋白酶體抑制劑的研究進展。

關鍵詞：蛋白酶體抑制劑;共價鍵結合;硼替佐米

泛素-蛋白酶體系統是細胞內蛋白質降解的主要途徑，參與細胞內80%以上蛋白質的降解。上世紀70年代末到80年代初，UPS系統由以色列教授阿夫拉姆·赫什科發現，該系統是真核細胞中新合成蛋白質的主要質量控制途[1]。蛋白酶體造成的細胞凋亡是對轉化細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現及研究的蛋白酶體活性位點及作用于各活性位點的化合物結構類型其與活性位點的結合方式。

1.蛋白酶體的結構及活性位點

1.1泛素-蛋白酶體的結構

UPS由泛素（ubiquitin， Ub）、26S蛋白酶體及其底物（蛋白質）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或兩個19S調節粒子組成。主要的活性位點為β1、β2、β5，是目前蛋白酶體抑制劑的主要作用位點。

1.2蛋白酶體的活性位點

20S蛋白酶體的β1、β2和β5活性位點通過定點突變導致蛋白質降解及擾亂細胞生長。其中，β5位點顯然是蛋白質分解中最重要的位點，是最早開發的肽醛抑制劑的主要靶點。研究表明，開發靶向β5位點抑制劑的主要挑戰在于提高疏水肽進入細胞的能力。

2.20S蛋白水解位點形成共價鍵的抑制劑

共價抑制劑通常由一個與活性部位蘇氨酸和肽部分相互作用的親電結構組成。根據不同親電結構的性質，可以分為八類蛋白酶體抑制劑。

2.1肽醛類

肽醛是第一個被開發的抑制劑，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。硼酸的結構通過氫鍵可與活性位點蘇氨酸形成四面體復合物[2]。已上市Bortezomib（2，Fig.2）臨床上用于治療多發性骨髓瘤、套細胞淋巴瘤和急性同種異體移植排斥反應，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可保護神經元免受凋亡，是使用Bortezomib會引起周圍神經毒性的原因，因此對Bortezomib的用藥劑量進行限定，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 肽環氧酮類

肽環氧酮類蛋白酶體抑制劑是目前已知的特異性及藥效最強的蛋白酶體抑制劑。蛋白酶體位點的N端蘇氨酸和肽環氧酮類抑制劑的環氧酮部分可形成一個嗎啉環。在癌癥治療的臨床試驗中，卡非佐米對患者血液中蛋白酶體類β5活性位點的抑制作用強于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，周圍神經病的發病率大大降低。

2.4肽縮酮醛類

肽縮酮醛類抑制劑（4，Fig.2）發現于20世紀90年代，Grawert等在肽酮醛與酵母蛋白酶體復合物的X射線研究結構表明，肽酮醛與酵母蛋白酶體復合物N端催化蘇氨酸可以形成獨特的六元環。該環含有半酮基和席夫堿，酮醛也利用了蛋白酶體獨特的催化機制。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、共價性的抑制劑占據了獨特探索點，因此具有較大的研究前景。

2.4β-內酯

β-內酯是最初由碎屑-內囊素-β-內酯（Omuralide）代表的非肽天然產物，在過去的十年中發現了許多β-內酯抑制劑。其中最突出的Marizomib（5，Fig.2）是一種來源于海洋微生物Salinispora tropicn的化合物。Marizomib在臨床試驗中表現出顯著的抑制活性，它對β5活性位點產生更強（高達100%）和更持久的抑制作用，同時對β1及β2活性位點表現出一定的抑制活性。

2.5肽乙烯基砜類

肽乙烯基砜類（6，Fig.2）蛋白酶體抑制劑是由Bogyo等人首次提出的合成的。可通過共價修飾蛋白酶體來催化β亞單位，其共價復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生邁克爾加成反應。此類抑制劑活性相對較差，對β1位點具有一定的抑制活性，但它們對于活性位點的特異性較高，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勢。

2.6Syrbactins類似物

Syrbactin是由一個與肽序列相連的12元內酰胺核心組成。天然化合物紫丁香素A（SylA，7，Fig.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，鑒于其作用機理與乙烯基砜相似，不能排除對β1活性位點的抑制作用，其活性有待進一步研究

2.7Oxatiazol -2-酮類

在Lin等的研究中表明，Oxatiazol-2-酮類（8，Fig.2）抑制劑可通過不可逆的環羰基化作用抑制分枝桿菌蛋白酶體。這種反應可引起蛋白酶體的構象變化，并且具有一定的穩定性。誘導和穩定構象變化所需的一些關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.總結與展望

蛋白酶體抑制劑因其獨特的功能性特異性而受到研究者的關注，近20年開發了多種應用于腫瘤的蛋白酶體抑制劑，相信在下一個十年對于蛋白酶體抑制劑的開發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的甚至可應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踐。

參考文獻

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.