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RAS蛋白是一種小的鳥嘌呤結合蛋白,它在細胞生存、信號轉導、細胞增殖和惡性轉化方面起着重要作用。RAS蛋白接收到來自表皮因子和血小板源性生長因子信號,在與GTP結合的狀態下,通過一系列信號轉導,引起細胞分裂。當GTP水解爲GDP時,信號終止。一旦RAS基因發生突變,RAS蛋白始終爲結合GTP形式,則連續的生長信號導致細胞的惡性增殖,造成生物組織的癌變,RAS基因突變常見於哺乳動物和人類的許多癌症中。
RAS蛋白在轉導信號時,需被完全激活並鑲嵌在細胞膜內側,才能完成其傳遞訊息蛋白的功能。這一過程的關鍵步驟是在法尼基轉移酶(FTase)的催化作用下,RAS蛋白羧基端的CAAX被法尼基化。因此,抑制法尼基轉移酶的活性、阻止RAS蛋白的CAAX端基法尼化的化合物,將是一類具有潛在應用價值的抗癌藥物,法尼基轉移酶抑制劑成爲藥物分子設計的新靶點,引起了國外許多着名藥物研究機構和藥物公司的關注。
根據法尼基轉移酶的結構分析和催化機理研究,法尼基轉移酶抑制劑的研究主要集中在以下三類化合物:一、CAAX四肽及其模擬物。二、法尼基焦磷酸酯(FPP)模擬物,三、雙底物模擬物。
一、CAAX四肽及其模擬物
RAS蛋白羧基末端的CAAX在法尼基轉移酶和鋅、鎂複合物的催化作用下,法尼基焦磷酸酯轉移到CAAX中半胱氨酸的巰基上,然後降解掉AAX,通過正碳離子甲酯化,同時RAS蛋白鑲嵌在細胞膜內側,進而激活下游蛋白,完成信號傳遞。根據CAAX結構合成的模擬物,可以將活化的RAS蛋白從膜取代,達到抑制RAS的效果。
根據CAAX結構爲模板,合成不同氨基酸殘基的四肽,是法尼基轉移酶中數目最多的化合物,但是目前這類藥物的試驗結果均不是很理想,仍然沒有明顯突破。
(2)FPP及其模擬物
RAS蛋白的活性是通過與法尼基磷酸酯(FPP)相結合而達到活化,FPP參與細胞的整個過程。故FPP及其模擬物也有可能成爲化療藥物的法尼基轉移酶抑制劑。FPP模擬物可以與法尼基焦磷酸酯競爭結合法尼基轉移酶,但是模擬物本身不會被法尼基化,而是和法尼基轉移酶結合在一起降低其活性。
由於RAS蛋白的法尼基化是在細胞內進行的,法尼基抑制劑進入細胞內是發生抑制作用的首要條件,但由於磷酸根離子的電性,穿透細胞膜的能力差,改善FPP類化臺物的親酯性能。提高其活性,是設計該類化合物的一個重要要求。這類代表性化合物有臺灣國鼎生物科技股份有限公司的安卓健(Antroquinonol),其作用原理是與FPP競爭結合法尼基轉移酶。關於安卓健(Antroquinonol)研發信息在其官方網站可以查詢到,據悉該藥物針對肺腺癌的一期臨牀結果非常令人振奮,安卓健(Antroquinonol)有可能在2015年完成美國FDA二期臨牀,特許獲批上市。
(3)雙底物模擬物
根據法尼基化的研究機理和法尼基蛋白的結構分析,在法尼基轉移酶的催化作用下,FPP轉移到RAS的CAAX上。根據這個模型設計的一系列化合物中,保留了CAAX的特徵和FPP的基本基團,該類化合物目前合成的數目還較少,其原因可能是分子極性較大,細胞內的活性較小,合成比較困難。
經過科學家和藥物學家的不斷努力,法尼基轉移酶抑制劑的研究已經取得了一定進展。上文提到過的安卓健(Antroquinonol)有望成爲第一個通過美國FDA臨牀試驗的FTI抗癌藥物。
作爲抗癌藥物,法尼基轉移酶抑制劑的選擇性也是一個重要的方面,如果選擇性非常好,則有可能不僅是抑制癌細胞的生長。如KRAS即是FTase的底物,又是GGTase的底物,而KRAS常見於90%的胰腺癌和30%左右的非小細胞肺癌;通過抑制法尼基轉移酶將是抑制包括KRAS在內的RAS蛋白的有效途徑。另外大劑量的法尼基轉移酶抑制劑對正常細胞無毒性影響,這也是法尼基轉移酶如此受重視的一個重要原因。
從目前取得的研究成果來看,安卓健(Antroquinonol)將是一個很有前景的小分子靶向藥物,有望成爲國內乃至全球首個通過抑制法尼基轉移酶有效抑制RAS的抗癌藥物。