综述：小分子蛋白酶体激活机制：已知激活剂的比较结构分析

《Bioorganic & Medicinal Chemistry》：Small molecule proteasome activation: comparative structural analysis of known stimulators

本文综述蛋白酶体激活剂的研究进展，探讨其结构特征，分析关键结构基团对激活蛋白酶体主复合体（sCP）的作用，旨在开发更高效的小分子药物以延长健康寿命并改善相关疾病的治疗。

　　

Jaida Osman|Darci J. Trader

美国加利福尼亚大学欧文分校化学系，邮编92617

摘要

蛋白酶体是一种酶复合物，在真核细胞中担任蛋白质降解的主要机制。研究表明，蛋白酶体的水解活性会随年龄增长而下降，从而导致蛋白质稳态的破坏和疾病的发生。因此，增强蛋白酶体的活性可能有助于延长细胞的寿命。开发蛋白酶体刺激剂不仅是更好地理解蛋白酶体蛋白质降解机制的目标，也是为某些疾病开发治疗方法的重要途径。尽管关于蛋白酶体刺激还有很多需要探索的地方，但这一领域受到可用于激活蛋白酶体的小分子缺乏的限制。目前报道的许多蛋白酶体刺激剂最初是为其他治疗目的而开发的。在这篇综述中，我们分析了已知的蛋白酶体刺激剂的结构，以识别可用于开发更有效刺激剂的结构趋势和关键结构基序。

引言

蛋白酶体是一种多催化、多亚基的酶复合物，负责真核细胞中的大部分蛋白质降解。它由一个桶状的核心组成，通常称为标准20S核心颗粒（sCP），也称为标准蛋白酶体，该核心由四个七聚体环构成，其中两个β环堆叠在两个α环之间。α环亚基的N端负责形成“门”，控制蛋白质何时可以被导入催化核心进行降解。^{1, 2}β环包含负责肽键水解的催化亚基。sCP的另一种调控状态是26S，除了催化核心外，还包含一个或两个调控颗粒，即19S调控颗粒（19S RP），它可以与泛素化蛋白质相互作用，使其展开，并将结构较松散的蛋白质导入催化核心进行降解（图1）。19S RP还可以与α环亚基相互作用，开启“门”以允许底物进入。一般来说，蛋白酶体刺激剂主要针对sCP进行设计。提高sCP对蛋白质的水解速率有可能清除细胞中的错误折叠或受损蛋白质。特定蛋白质的积累是多种疾病的特征，干扰sCP的活性可能是缓解细胞毒性蛋白质积累的重要研究方向。³本文将讨论现有的小分子蛋白酶体刺激剂库，并通过结构比较分析哪些基团可能在与sCP相互作用和激活过程中起作用。

已经开发出基于活性的探针来监测蛋白酶体的酶活性。这些探针的头部能够与蛋白酶体的一个催化位点共价结合，通过连接臂与荧光团相连，从而可视化标记的蛋白质。虽然这种方法不能直接测量蛋白质降解过程，但其一个应用是在活细胞中观察蛋白酶体的分布。⁴另一种常见的监测蛋白酶体活性的方法是使用荧光肽底物。这些探针利用了蛋白酶体不同亚基对底物的特异性差异，其肽链可以被蛋白酶体切割，并连接一个在水解时发出可检测荧光的荧光团。这种方法可以通过荧光强度来观察蛋白酶体的活性。通过改变肽链，这些探针可以区分蛋白酶体的胰凝乳蛋白酶样活性、半胱天冬酶样活性和胰蛋白酶样活性，从而提高选择性。^{5, 6}此外，TAS和TBZ探针分别用于区分标准蛋白酶体和免疫蛋白酶体的活性，有助于发现针对特定亚型的刺激剂或抑制剂，或观察iCP与sCP的活性差异。^{5, 6}除了这些技术外，还有其他工具和方法，如依赖泛素的探针、双组分降解报告基因和直接酶活性底物。⁷

小分子蛋白酶体刺激剂

已经发现一些小分子能够刺激或增强sCP的活性。这些分子的发现和开发引起了科学家的极大兴趣，他们可以利用这些小分子来干扰蛋白酶体的活性。应用范围从开发用于理解sCP刺激机制的探针，到潜在的治疗药物的开发。目前关于这些小分子刺激剂的具体作用机制仍知之甚少。

结论与未来工作

尽管在发现和开发蛋白酶体刺激剂方面已经进行了大量研究，但还需要进一步研究以了解小分子激活蛋白酶体的确切机制。通过利用结构-活性关系（SAR）研究，可以开发出更有效的蛋白酶体刺激剂，并进一步明确哪些基团对于与蛋白酶体结合是必需的。利用这些信息，可以设计出使用交联官能团的探针来特异性地

CRediT作者贡献声明

Jaida Osman：撰写初稿、进行研究、进行概念构思。Darci J. Trader：撰写初稿、提供监督并进行概念构思。

利益冲突声明

作者声明以下可能被视为潜在利益冲突的财务利益/个人关系：D.J.T是Booster Therapeutics, GmbH的股东和顾问。其他作者声明没有利益冲突。J.O.声明没有利益冲突。