《Cell》发表药理学里程碑成果

　　

生物通报道  来自加州大学旧金山分校实验室的科学家们，利用在抗皱霜中发现的一种化合物，阻止了遗传性帕金森氏病致病突变损伤造成的神经细胞死亡。相似的方法有可能能够防治帕金森氏病患者大脑中的细胞死亡，研究小组将这项研究在线发表在8月15日的《细胞》（Cell）杂志上。

该研究的高级研究员、加州大学旧金山分校化学家Kevan Shokat博士表示，这是第一次高度特异性地靶向提高而非抑制一种激酶的活性，这一成果标志着药理学的一个里程碑。新研究为有可能利用相似的制药策略来对抗糖尿病和癌症的等其他疾病带来了希望。

突变导致靶酶PINK1功能失常，是一些早发性帕金森氏病病例的直接病因。PINK1活性丧失会损害细胞的动力工厂：线粒体。众所周知，线粒体能够将食物能量转换成为细胞所利用的另一种化学能形式——分子ATP。

在帕金森氏病中，线粒体功能障碍与大脑黑质区域中多巴胺生成神经细胞死亡有关，黑质在控制运动中起重要的作用。多巴胺生成神经细胞死亡是帕金森氏病的一个标志，是导致强直和震颤等显著症状的病因。

在Shokat领导下，加州大学旧金山分校的研究人员利用一种称作为kinetin的化合物，将神经细胞中突变的PINK1酶活性提升至了接近正常水平。

“由于在人类PINK1突变导致了帕金森氏病，发现kinetin能够提高突变kinetin活性至接近正常水平，提出了利用kinetin治疗这些患者的可能性，”Shokat说。

研究人员还发现，在具有正常PINK1的神经细胞中，kinetin提高酶活性使其超出了标准水平。这一研究发现有可能与最常见的帕金森氏病形式相关，在这类疾病中PINK1没有突变，以往的研究证实类似的PINK1过度活化可以在果蝇帕金森氏病模型中减慢另一种缺陷造成的异常运动形成。这种缺陷提高了α-synuclein蛋白生成，这也是一些遗传性帕金森氏病病例的致病原因。

Shokat说，新研究证实，可在缺乏PINK1突变的人类神经细胞中提高PINK1，由此表明在无PINK1的常见帕金森氏病中kinetin有可能也具有治疗潜力。

帕金森氏病是仅次于阿尔茨海默氏症的第二常见的神经退行性疾病，根据美国疾病预防和控制中心的统计，它是美国第14位的主要死亡原因。当前的治疗主要针对性地提高多巴胺生成神经细胞丧失的大脑区域对多巴胺的利用率。

Shokat说，尽管在过去的10年里研发了许多的药物来抑制激酶的活性，目前有15种药物获得批准用于治疗癌症，目前市场上尚没有直接促进激酶活性的药物。

Shokat采用了一种非传统的方法取得突破，用药物提高PINK1的活性。他靶向了该酶的“底物”，底物分子结合到酶上会发生快速的化学转变。PINK1所利用的底物是ATP，这一化学反应帮助PINK1转而驱动了另一种酶Parkin激活。

两种酶以往均证实与帕金森氏病密切相关。PINK1和Parkin共同作用，监控了线粒体的健康，帮助启动修复或清除细胞内的受损线粒体，由此促进了细胞存活。

“由于过去科学家们没有想到针对该酶开发一种新底物这一方法，因此没有考虑采用治疗方法来提高PINK1的活性，”Shokat说。

“我们发现相比于天然底物ATP，称作为KTP的小分子能够加速PINK1催化的化学反应。这种优于自然的反应真是闻所未闻。”

Shokat说，KTP过大不适合其他的激酶，但PINK1具有一个较大的ATP“口袋”可以容纳KTP。

在发现KTP的潜力后，研究确定了在细胞中kinetin可转化为KTP。实验表明，kinetin可以通过血管进入到大脑中，当前kinetin已被用于口服给药治疗一种称作为家族性自主神经功能异常的罕见遗传性神经系统疾病。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

A Neo-Substrate that Amplifies Catalytic Activity of Parkinsons-Disease-Related Kinase PINK1

Mitochondria have long been implicated in the pathogenesis of Parkinsons disease (PD). Mutations in the mitochondrial kinase PINK1 that reduce kinase activity are associated with mitochondrial defects and result in an autosomal-recessive form of early-onset PD. Therapeutic approaches for enhancing the activity of PINK1 have not been considered because no allosteric regulatory sites for PINK1 are known. Here, we show that an alternative strategy, a neo-substrate approach involving the ATP analog kinetin triphosphate (KTP), can be used to increase the activity of both PD-related mutant PINK1G309D and PINK1WT. Moreover, we show that application of the KTP precursor kinetin to cells results in biologically significant increases in PINK1 activity, manifest as higher levels of Parkin recruitment to depolarized mitochondria, reduced mitochondrial motility in axons, and lower levels of apoptosis. Discovery of neo-substrates for kinases could provide a heretofore-unappreciated modality for regulating kinase activity.