泛素-蛋白酶体及其抑制剂

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1、泛素-蛋白酶体及其抑制剂沈子珒许啸声李稻审校上海交通大学医学院病理生理学教研室摘要：蛋白酶体与泛素化信号系统一起构成的泛素—蛋白酶体（UPP）是哺乳动物细胞内主要的蛋白水解酶体系，参与和调控细胞的增殖、分化和凋亡。蛋白酶体是一个由20S催化颗粒、11S调控因子和2个19S调节颗粒组成的ATP依赖性蛋白水解酶复合体。蛋白酶体的活性状态对细胞功能正常维持是非常重要的。26S蛋白酶体对蛋白的降解依赖于靶蛋白的泛素化和泛素化蛋白识别。蛋白酶体抑制剂能通过抑制蛋白酶体活性进而干扰和影响细胞原有的功能，尤其对肿瘤细胞生长有明

2、显的抑制作用。同时，利用蛋白酶体抑制剂改变蛋白酶体的酶切位点活性也成为免疫、炎症等研究的热点。蛋白酶体的抑制剂可分为天然化合物和合成化合物两类，其中Bonezomib（Velcade，PS-341）是近年研究较多的一种蛋白酶体抑制剂。关键词：肿瘤蛋白酶体泛素蛋白酶体抑制剂PS-341泛素—蛋白酶体通路（Ubiquitin–proteasomepathway，UPP）的蛋白酶体（proteasome）是一种具有多个亚单位组成的蛋白酶复合体，蛋白酶体沉降系数为26S，故又称26S蛋白酶体。蛋白酶体水解蛋白的前提是靶蛋

3、白的泛素化。在UPP中，各种靶蛋白质泛素化后，先被26S蛋白酶体的19S亚单位识别，随后泛素化靶蛋白脱泛素链和变性，进入20S亚单位的筒状结构内被降解成3~22个多肽。由于蛋白酶体具有精确降解细胞内各种目的靶蛋白，进而参与基因转录和细胞周期调节，以及受体胞吞、抗原呈递等各种细胞生理过程[1]。因此，应用蛋白酶体抑制剂改变其酶切位点活性已成为抗肿瘤治疗的研究热点，蛋白酶体是影响和改变细胞功能重要的目的靶标。1．　蛋白酶体组成1979年，Goldberg等首先报道在大鼠肝脏和网织红细胞中存在一种分子质量为700kD的

4、受ATP激活的中性蛋白水解酶。此后，一些在形态、功能及免疫学特征上与之相同的颗粒通过不同途径被分离出来，被统一命名为蛋白酶体[2]。在真核生物进化中，蛋白酶体具有高度的保守性，其简单形式甚至存在于古细菌和真细菌中。真核细胞内的蛋白酶体分布于胞质与胞核内，有的与内质网或细胞骨架相结合，约占细胞蛋白质总量的1％。有功能的26S蛋白酶体是由20S催化颗粒（catalyticparticle,CP）、11S调控因子（11Sregulator）和2个19S调节颗粒（regulatoryparticle,RP）组成，其分子量

5、为2.4MD，是ATP依赖性蛋白水解酶复合体。1．1　20S催化颗粒（20SCP）人类蛋白酶体CP的沉降系数为20S，分子量700~750kD。它由α环和β环组成，每个环各有7个相同的亚单位，分别以α1-7β1-7β1-7α1-7顺序排列成圆桶状结构，20SCP中间由两个β亚单位环组成。几乎所有β亚单位都含有一个N端前导序列，尽管此序列在20SCP装配过程中被切除，但在引导真核生物β亚单位的正确折叠以及β与α亚单位的组装中有重要作用[3]。当β亚单位的N端前导序列被切除后，Thr残基被暴露出来，Thr是酶的活性位

6、点，分别存在于β环的内表面，使β亚单位具有类似的丝氨酸蛋白酶的催化作用[4]。例如，β亚单位N端的折叠方式允许Thr的-OH对底物发动亲核反应形成半缩醛，而Thr的α-NH3可代替丝氨酸蛋白酶中His的咪唑基作为质子受体。此外，活性位点附近的一个Lys残基与特定的丝氨酸蛋白酶中一样，也起着催化剂的作用。目前认为，在20SCP内起催化作用的亚单位主要是b1、b2、b5。不同的β-8-亚单位的催化活性尽管不同，但能互相协调使蛋白酶体具有多种蛋白酶活性，如类糜蛋白酶活性(chymotrypsin-like,ChTL)、

7、类胰蛋白酶活性（trypsin-like，TL）、肽-谷氨酰肽水解酶活性（post-glutamyl-peptidehydrolyzing，PGPH）、支链氨基酸肽酶活性、中性氨基酸切割活性。在20SCP圆桶状的两端由α亚单位环组形成，环口的中央被α亚单位(α1、α2、α3、α6、α7)的N末端肽链所占据，使α环的外侧完全关闭，阻止胞内非目的靶蛋白质进入20SCP内，而遭到降解破坏。不论在种间或种内，α类亚单位遗传特征均比β类亚单位更为保守。1．2　11S调控因子在哺乳动物细胞内存在参与调控蛋白酶体功能的复合物，

8、11S调控因子（REG或PA28）是其中之一。11S调控因子的亚单位分子量为28KD，其亚单位分为：ERGa、ERGb、ERGg（Ki抗原）三种。亚单位的氨基酸序列大部分具有同源性，但17-34残基为易变区，这也赋予亚单位的特异性。ERGa和ERGb可优先形成一个七瓣形调控复合物—11S调控因子[5]，并结合到20SCP末端，而ERGg不能与ERGa和ERGb结合形成11