综述：蛋白激酶C家族：结构、生物学功能、相关疾病及药物干预措施

《MedComm》：Protein Kinase C Family: Structures, Biological Functions, Diseases, and Pharmaceutical Interventions

蛋白激酶C（PKC）家族通过调控细胞信号传导在癌症、神经退行性疾病和代谢紊乱中起关键作用。本文系统分析了PKC亚型的结构域特征、组织特异性表达及功能多样性，揭示其通过磷酸化调控细胞周期、凋亡、炎症和能量代谢等通路，介导肿瘤进展、免疫失调及血管病变。临床研究显示，PKC抑制剂如Midostaurin和Darovasertib在血液肿瘤和实体瘤中展现潜力，但存在选择性差和毒副作用问题。未来需结合PROTAC技术靶向亚型，利用单细胞测序和磷oproteomics优化精准治疗策略。

　　蛋白激酶C（PKC）家族是细胞信号传导中的关键调控因子，其异常活动与多种人类疾病密切相关，包括癌症、神经退行性疾病和代谢综合征等。PKC通过脂质介导的激活和受控的亚细胞迁移，将细胞外信号转化为细胞内响应。其活性由一个多步骤的生命周期调控，包括在成熟过程中固有的磷酸化、第二信使依赖性激活以及由激动剂驱动的终止过程。尽管对PKC家族的研究已取得诸多进展，但对其亚型特异性信号网络和功能多样性背后的结构决定因素的理解仍存在关键空白，这限制了靶向治疗的开发。本文旨在对PKC家族进行全面分析，涵盖其亚型多样性、结构与功能特性、生理功能、疾病病理机制、治疗靶点策略，以及当前研究中的争议和挑战。PKC通过亚型特异性信号网络精确调控细胞命运，其结构可塑性为治疗干预提供了独特的机遇。通过整合结构生物学、疾病模型和临床试验的最新进展，本文提出了一个统一的PKC调控框架，将基础生物学与转化创新结合起来。最终，本文为阐明PKC在健康与疾病中的多方面作用提供了有价值的资源，并为下一代靶向治疗的合理设计提供了概念基础。

PKC家族的研究历程经历了四个主要阶段，从基础发现到临床转化和疾病关联，反映了其在基础科学向临床应用转化过程中的重要性（图1）。尽管预临床研究积累了大量积极结果，但临床转化的进展相对缓慢。PKC家族成员在结构多样性、亚型特异性功能以及在病理生理过程中的复杂作用，构成了撰写全面综述的科学依据和临床必要性。随着研究的深入，PKC在多个领域展现出多维度的复杂性，包括神经科学、代谢研究、肿瘤学和免疫学等。通过整合这些孤立的知识模块，本文旨在提供一个连贯的框架，为研究人员提供全景视角，促进跨学科合作与创新。本文系统分析了PKC异构体的结构和功能特征，阐述了PKC家族的构架、生物学作用及其相关病理学，并通过预临床和临床研究详细解析了相关抑制剂的作用机制和路径。这一综合分析为神经科学、代谢病、免疫学和药物发现领域的研究人员提供了全面的参考资料。我们希望为这些领域的研究人员提供理论框架，最终推动针对PKC亚型的精准治疗策略的发展，为复杂疾病的机制研究和治疗带来新的突破。

PKC家族包含13种相关的异构体，这些异构体根据其结构域的差异和对第二信使的需求响应能力，被分为三类：（I）依赖于二酰甘油（DAG）和钙离子（Ca2?）的经典型异构体（cPKC：α、βI、βII、γ）；（II）依赖于DAG的新型异构体（nPKC：δ、ε、η、θ）；（III）不依赖于DAG和Ca2?的非典型型异构体（aPKC：λ、ι、ζ）[8,9]。所有PKC异构体都包含N端的调控结构域和C端的催化结构域，这些结构域在酶激活、亚细胞定位和功能发挥中各自承担特定的角色[6]。这些激酶包含高度保守的催化结构域（由ATP/受体结合和催化所需的结构基序组成）和调控结构域，后者维持酶的非活性状态。

PKC的调控结构域位于蛋白质的氨基末端，包含一个自抑制的伪受体结构域和两个离散的膜靶向模块（C1和C2）。作为PKC的主要DAG传感器，C1结构域存在于所有cPKC和nPKC异构体中，但在aPKC中被降解或缺失[8]。C1结构域由约50个残基组成的序列构成，每个序列包含六个半乳糖结合位点和两个组氨酸残基，形成一个富含半胱氨酸的双环结构，该结构通过两个锌离子的三维构型稳定[10]。C1结构域中的配体结合沟槽具有独特的双面化学特性：底部为亲水性表面，可与DAG的甘油骨架形成氢键；顶部为疏水性表面，适合容纳DAG的脂肪酸链。这种“两亲性”设计使C1结构域能够准确识别脂质环境中的DAG分子[11]。在失活状态下，C1结构域高度动态，像“吃豆人”一样在膜表面搜索配体[12]。一旦与DAG结合，C1结构域会立即形成稳定的构象，并通过疏水相互作用和氢键网络紧密包裹配体分子[13]。通过X射线晶体学和核磁共振技术解析的C1-配体复合物结构显示，尽管不同PKC异构体的C1结构域在整体上是保守的，但它们在结合口袋的几何形状和表面电荷分布上存在微妙的差异[14]。

C2结构域仅存在于cPKC中，形成典型的β-折叠结构，并包含多个钙离子结合位点，是钙依赖性膜靶向的关键模块[15]。当细胞质中的钙离子浓度升高时，钙离子会结合C2结构域，诱导构象变化，从而暴露一个带正电的膜结合表面[16]。它特异性地识别质膜内叶中的磷脂酰丝氨酸（PS），使PKC能够定向招募到质膜上[17]。这一过程创造了后续DAG结合C1结构域所需的空间邻近性。尽管nPKC中也存在C2样序列，但由于缺乏关键的钙结合酸性残基，它们无法通过钙离子激活。相反，nPKC可以通过C1结构域与激动剂的直接结合实现激活，或通过PMA（一种模拟内源性DAG的分子）在无需钙离子的情况下达到最大激活[9]。

PKC的调控结构域是其感知细胞膜脂质环境和第二信使的关键模块，不同异构体间的调控结构域差异决定了其对激活信号的特定响应。PKC的C端催化结构域包含两个高度保守的功能模块：C3（ATP结合域）和C4（底物结合域），这两个模块共同构成了激酶活性的核心。C3结构域包含典型的Gly–X–Gly–X–X–Gly–Lys基序，形成了ATP结合口袋。该结构域负责结合ATP，并将其γ-磷酸基团定向转移至底物蛋白的丝氨酸/苏氨酸残基上。在经典型PKC（cPKC）和新型PKC（nPKC）中，C3结构域包含一个独特的铰链区，该区域可通过磷酸化进行调控。新合成的PKC分子需要3-磷酸肌醇依赖性蛋白激酶1（PDK1）催化其磷酸化（位于激活环上）以获得完全的催化活性。

C4结构域包含一个保守的催化环（HRD基序）和一个决定PKC对底物蛋白特异性的底物识别沟槽。不同PKC异构体的C4结构域存在显著差异，这解释了它们对底物蛋白的选择性。例如，PKCα偏好含有碱性残基的底物序列，而PKCδ则倾向于识别含有疏水性残基的基序。

总之，cPKC包含四个保守的结构域（C1–C4），其激活严格依赖于Ca2?、PS和DAG[7,18]。在静息状态下，PKC以“封闭”构象存在，N端伪底物序列（位于调控结构域中）占据C4结构域的底物结合沟槽，保持酶的失活状态[19]。该伪底物序列的氨基酸序列与PKC的真实底物类似，但关键位置的丝氨酸/苏氨酸被甘氨酸取代[17]。当细胞被刺激时，第二信使（如DAG、Ca2?）结合调控结构域，触发构象变化，释放催化结构域，从而激活激酶[20]。对于cPKC，C2结构域首先结合Ca2?，引导酶结合PS富集的质膜[21]。膜结合的C1结构域捕获DAG，释放伪底物的自抑制作用，随后催化结构域完全暴露，并通过磷酸化获得稳定构象，激活的PKC磷酸化下游底物，启动信号转导[22]。对于nPKC，其C1和C2结构域的顺序在蛋白质线性序列中发生变化，相对于cPKC。其激活不依赖于钙信号，而是通过C1结构域的直接DAG结合实现膜招募和自抑制释放[23]。与cPKC和nPKC不同，aPKC缺乏C2结构域，仅保留了C1结构域的一部分，因此对DAG、磷脂酰肌醇和Ca2?不敏感，主要通过蛋白-蛋白相互作用（PPIs）（如PB1结构域介导的二聚化）或磷脂酰肌醇衍生物（如PIP3）激活[24]（图2）。这些差异为设计亚型选择性药物提供了理论依据。

PKC在疾病中的作用非常广泛，其异常激活与多种重大人类疾病的发生发展密切相关。因此，PKC抑制剂作为一种极具吸引力的治疗药物，已经逐步受到关注。本文接下来将重点探讨其治疗作用、作用机制以及在癌症、免疫相关疾病、代谢障碍和神经系统疾病中的研究进展（图4）。此外，本文还将简要讨论PKC在其他疾病领域中的重要作用。

在肿瘤领域，PKC家族成员（如PKCα、βII、δ、ε、ι/λ和θ）在调控肿瘤细胞增殖、存活、侵袭和转移、血管生成以及肿瘤免疫微环境方面发挥关键作用。PKC家族成员的异常激活是许多实体瘤和血液系统恶性肿瘤的标志性特征，为靶向PKC作为抗癌策略提供了坚实的理论基础。值得注意的是，同一PKC异构体在不同组织背景、肿瘤类型或疾病阶段中可能表现出显著不同的，甚至相反的生物学效应，这大大增加了开发靶向治疗的复杂性和挑战[227]。

以PKCα为例，其生物学功能高度依赖于组织环境和肿瘤类型。在结直肠癌中，PKCα的激活促进细胞骨架重塑和E-钙粘蛋白的降解，从而增强肿瘤的增殖和侵袭性[228]。在胰腺癌中，PKCα通过上调Raf-1促进癌细胞的生长和转移[229]。相反，在乳腺癌中，PKCα的抑制却增强了CD8+ T细胞介导的免疫逃逸，同时促进转移[230]，这说明了其调控功能的复杂性和可塑性。

PKCβII在肿瘤生物学中表现出双重作用，其在不同癌症中的表达和功能具有情境依赖性。在结直肠癌中，其高表达不仅加速了肿瘤的增殖[231]，还与不良预后密切相关[232]。然而，在其他类型的癌症中，PKCβII表达水平的降低与不良结果相关，表明它在某些情境下也可以作为肿瘤抑制因子[233]。

PKCδ在肿瘤生物学中表现出显著的组织特异性和功能多样性。在雌激素受体阳性乳腺癌患者中，PKCδ的高表达与生存期缩短相关，其作为肿瘤促进标志物的功能得到了广泛研究[234]。此外，PKCδ通过激活线粒体ROS产生和诱导HSP60氧化，促进肝癌细胞的转移[235]。然而，在不同的细胞背景下，PKCδ也可以通过调控细胞周期和诱导细胞死亡发挥抗肿瘤作用[236]。在人鳞状细胞癌中，PKCδ通过下调p63抑制癌症干细胞（CSCs）的增殖，从而抑制肿瘤进展[237]。其过表达也可以抑制结肠癌的恶性表型[238]。值得注意的是，乳腺癌细胞中PKCδ的抑制会导致E-钙粘蛋白的上调，这反而促进了细胞迁移[239]。在肝癌中，PKCδ的敲低可以通过抑制凋亡和激活自噬促进癌细胞的存活[240]。这些多样化且依赖微环境的功能突显了PKCδ作为信号枢纽的复杂性。

PKCι在不同肿瘤类型中通过不同的分子机制在信号通路整合中发挥关键作用。其下游信号根据肿瘤微环境和分子特征而变化。例如，在胶质母细胞瘤中，它通过PI3K/PKCι/CDK7/CDK2通路促进细胞增殖[241]。在高分级浆液性卵巢癌中，PKCι通过PKCι/angiomotin/yes相关蛋白1信号通路诱导免疫抑制[242]。在黑色素瘤中，PKCι通过PKCι–Par6–RhoA信号级联驱动上皮-间质转化（EMT）和肿瘤转移[243,244]。

与其它PKC异构体类似，PKCε在多种肿瘤类型中也表现出复杂的、依赖情境的功能多样性。尽管目前大部分研究关注其促肿瘤作用，但PKCε在前列腺癌、胰腺癌、结直肠癌和乳腺癌等癌症中已被证明通过多个信号通路促进肿瘤的启动和进展。例如，在前列腺癌中，PKCε通过持续激活ERK信号通路促进细胞周期进程，从而加速细胞分裂[245,246]。在胰腺癌中，其激活通过抑制线粒体细胞色素C释放，阻断凋亡并促进肿瘤细胞增殖和存活[247]。此外，PKCε通过磷酸化迁移和侵袭抑制蛋白促进结直肠癌细胞的侵袭[248]，驱动乳腺癌的EMT和细胞迁移[249-251]，并调节VEGF分泌以促进肿瘤血管生成[252]。值得注意的是，PKCε与药物耐受性密切相关，通过上调ABC转运蛋白增加化疗药物的外排，从而增强肿瘤细胞的生存能力[253]。虽然有许多关于其促肿瘤功能的报道，但仍需进一步研究以阐明其在特定微环境条件下的精确分子机制和调控作用，这突显了PKCε在肿瘤生物学中的多维调控功能和重要的研究价值。

作为高度富集于免疫细胞的PKC亚型，PKCθ表现出显著的功能异质性。除了直接调控肿瘤细胞增殖、存活和迁移外，PKCθ还通过重塑肿瘤免疫微环境显著影响肿瘤进展[254]。在三阴性乳腺癌脑转移和免疫治疗抵抗的转移性黑色素瘤中，PKCθ激活与EMT相关的转录程序，促进具有间质样表型的癌症干细胞（CSCs）的生成和维持，从而帮助肿瘤细胞逃避免疫监视[255]。此外，PKCθ通过调控肿瘤细胞代谢增强糖酵解并上调PD-L1表达，这会抑制效应T细胞功能，导致肺部肿瘤等类型的肿瘤中代谢-免疫抑制的恶性循环[256]。这些发现不仅揭示了PKCθ在免疫和代谢调控中的独特机制，也进一步强调了其生物学功能对肿瘤微环境和细胞背景的依赖性。

总体而言，PKC家族成员在肿瘤生物学中展现出显著的异质性，这种异质性进一步受到微环境、肿瘤类型和组织背景等因素的影响。目前，针对不同PKC异构体的功能多样性开发高度选择性的抑制剂，以及多靶点和免疫治疗结合的策略，已成为研究热点。然而，仍然存在重大挑战，包括肿瘤异质性、单一药物疗效有限、脱靶毒性以及亚型之间功能的矛盾或情境依赖性。值得注意的是，PKC，特别是PKCθ，在T细胞信号传导和免疫调控中发挥关键作用，这凸显了其在免疫相关疾病治疗中的独特潜力。

在免疫系统疾病方面，PKC家族通过其在免疫细胞中的特异性分布和功能调控，成为自身免疫疾病、炎症性疾病、过敏反应和器官移植排斥等疾病中的核心调控枢纽。PKC活性的失调会直接破坏免疫耐受，导致过度的炎症反应和组织损伤，从而凸显该家族作为免疫介导疾病治疗的关键分子靶点的重要性。

在代谢疾病领域，PKC家族作为维持葡萄糖和脂质代谢平衡及介导环境应激反应的不可或缺的枢纽，发挥着重要作用。每个异构体通过特定的表达模式和靶向调控，在关键代谢器官（如肝脏、脂肪组织、肌肉和血管）中协调血管功能、脂质代谢、胰岛素信号传导和氧化应激反应，从而形成一个复杂的病理轴，核心由PKCα、PKCβ、PKCδ和PKCε组成。这一复杂的信号网络在葡萄糖和脂质代谢障碍、非酒精性脂肪性肝病（NAFLD）和糖尿病并发症的起始、进展和结局中展现出广泛且多维的调控潜力，为精准治疗提供了新的思路。

在神经系统疾病中，PKC家族成员通过其在中枢神经系统（CNS）中的亚型特异性时空表达，深刻调控神经元兴奋性、突触可塑性和胶质炎症反应。其功能的失调直接参与疼痛信号的放大、急性脑损伤级联反应以及神经退行性蛋白病的发病机制，使PKC成为神经系统疾病病理网络中的核心分子枢纽。本文将重点探讨四个关键亚型——PKCα、PKCβ、PKCε和PKCδ——在诸如感觉异常、中风和认知障碍等疾病中的双重作用及针对性干预策略。

在PKC相关疾病的预临床和临床研究进展方面，本文讨论了多种代表性的PKC抑制剂和激活剂。为了更直观地比较不同干预策略下各种化合物的研究深度、关键机制和当前进展状态，已对现有PKC抑制剂和激活剂的主要信息进行了系统总结，并在表2和表3中进行了归纳。这些研究为PKC相关疾病的治疗提供了重要的理论基础和实践参考，同时也揭示了该领域在精准治疗和药物开发中的广阔前景。