综述：恶性疟原虫中的falcilysin蛋白作为抗疟药物发现的新潜在靶点

《Drug Discovery Today》：Plasmodium falciparum falcilysin as an emerging potential drug target for antimalarial drug discovery

疟疾因耐药性加剧需新疗法。疟原虫Falcilysin（FLN）作为关键金属蛋白酶，参与血红蛋白降解，结构高度保守，成为抗疟新靶点。已发现多类小分子抑制剂，但需克服双重定位、选择性及转化挑战。未来将拓展化学空间，开发共价抑制剂及PROTAC技术，结合EM和AI优化设计。

　　

阿努·达拉尔（Anu Dalal）、贾伊维尔·马利克（Jaiveer Malik）、普里亚姆瓦达·辛格（Priyamvada Singh）和布里杰什·拉蒂（Brijesh Rathi）

德里大学汉斯拉杰学院（Hansraj College）化学系转化化学与药物发现实验室，印度德里马尔卡甘杰（Malka Ganj），邮编110007

摘要

疟疾仍然是一个重大的全球健康挑战，而不断上升的耐药性凸显了寻找新治疗靶点的紧迫性。法西利辛（Falcilysin，简称FLN）是一种对恶性疟原虫（Plasmodium falciparum）生存至关重要的锌金属蛋白酶，在顶质体中负责血红蛋白的降解和转运肽的处理。最新研究揭示了FLN具有可药物作用的疏水变构口袋，并阐明了其动态构象，为合理设计抑制剂提供了依据。多种小分子类化合物在生化、细胞和体内模型中均显示出对FLN的强抑制作用。主要挑战包括如何在两个细胞器中定位该蛋白、提高其对人类同源物的选择性，以及将潜在候选药物转化为临床可用药物。未来的研究应扩大化学多样性，探索共价结合和靶向蛋白酶的嵌合体（PROTAC）策略，采用多靶点方法，并结合冷冻电子显微镜（EM）和人工智能（AI）驱动的建模技术来改进药物设计。

章节摘录

全球疟疾负担及当前治疗的局限性

疟疾仍然是最紧迫的全球健康问题之一，对5岁以下儿童和孕妇的影响尤为严重。¹虽然有超过200种疟原虫可以感染包括哺乳动物和鸟类在内的多种脊椎动物，但只有五种疟原虫（Plasmodium falciparum、Plasmodium vivax、Plasmodium ovale、Plasmodium malariae和Plasmodium knowlesi）会感染人类。²其中，Plasmodium falciparum引起的症状最为严重。

从传统靶点到新型蛋白酶

历史上，成功的抗疟药物主要针对寄生虫代谢的特定环节，如血红素解毒或核酸合成。⁷然而，随着耐药性的蔓延以及新的一类药物的缺乏，研究重点逐渐转向了较少被研究的、寄生虫特异性的酶。其中，蛋白酶成为极具吸引力的药物靶点。这些酶对于寄生虫的营养吸收、发育阶段推进以及从宿主体内排出至关重要。

法西利辛：新型靶点的选择理由

在这一不断发展的蛋白酶研究中，FLN被认为是一个有前景的候选目标。FLN最初是通过研究恶性疟原虫的遗传和生化特性发现的，它是一种锌金属蛋白酶，参与多种寄生虫必需的功能，包括肽的降解和食物泡（food vacuole）内的血红蛋白分解。⁸结构和遗传学研究表明，FLN在各种疟原虫物种中高度保守，在红细胞生命周期中不可或缺，并且与其他蛋白酶有所不同。

基因与蛋白质结构

FLN由恶性疟原虫中的单拷贝基因PF3D7_1360800编码，是一种包含1193个氨基酸的蛋白质（蛋白质数据库PDB ID：3S5H）。¹³全长FLN蛋白为138.8 kDa，远大于大多数在食物泡中起作用的蛋白酶。序列分析表明FLN属于M16金属蛋白酶家族，具有该家族特有的HXXEH活性位点结构。¹⁴其中的两个组氨酸残基和谷氨酸残基作为催化锌离子的配体，构成了活性位点的核心。

FLN抑制剂开发的历史概述

早期抑制FLN的努力主要集中在使用螯合锌的分子。杰里米·马拉里（Jeremy Mallari）的研究团队取得了重要进展，他们合成了基于哌嗪羟胺的化合物，这是首批直接作用于FLN活性位点的抑制剂。¹²这些抑制剂在纯化的FLN和培养的寄生虫中均表现出抗寄生虫活性，证实了FLN作为药物靶点的有效性。

确定FLN为可药物作用靶点

化学蛋白质组学的最新进展表明，FLN是一个极具潜力但尚未得到充分研究的靶点。热蛋白组学（TPP）和基于质谱（MS）的细胞热位移测定（CETSA）方法显示，多种抗疟药物（包括传统喹诺酮类药物如氯喹和甲氟喹，以及新型合成分子如MK-4815、MMV000848和MMV665806）都能有效抑制FLN。¹⁹

FLN的耐药性及潜在耐药热点尽管关于全球疟原虫分离株中FLN多态性的直接研究有限，但该蛋白保守的活性位点和关键生物学功能表明其变异的可能性较低。这种高度的遗传保守性反映了FLN在重要代谢途径中的关键作用，活性位点残基的突变会对寄生虫的生存产生严重影响。Ponpuak等人的研究显示，即使经过两次筛选，也未能找到FLN敲除的寄生虫。

挑战与知识空白尽管在FLN药物发现方面取得了进展，但仍存在一些重要的知识空白和实际障碍。

拓展化学空间

寻找具有最佳疗效和选择性的FLN抑制剂的工作持续推动着新型化学结构的探索。可能的途径包括设计能与活性位点残基或新发现的抑制口袋形成不可逆键的共价抑制剂，这可能提高其效力和作用持续时间。大环化合物的设计有助于通过精确调控活性位点的构象来增强靶点亲和力和药代动力学特性。

结论

FLN作为一个下一代抗疟药物靶点脱颖而出，它结合了必要性、保守性和可药物性，为疟疾治疗提供了独特的机会。FLN在寄生虫血红蛋白代谢中的独特作用，以及其在顶质体和线粒体中的存在，使其成为一种对寄生虫在血液阶段生存至关重要的多功能酶。结构生物学和化学生物的进步使FLN从一个概念性靶点发展成为实际应用的目标。

CRediT作者贡献声明

阿努·达拉尔（Anu Dalal）：负责撰写、审稿和编辑；贾伊维尔·马利克（Jaiveer Malik）：负责撰写、审稿和编辑；普里亚姆瓦达·辛格（Priyamvada Singh）：负责撰写、审稿和编辑；布里杰什·拉蒂（Brijesh Rathi）：负责撰写、审稿、监督及概念构思。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益冲突或可能影响本文研究的个人关系。

致谢

我们感谢印度政府科技部在东盟-印度科技合作项目（CRD/2022/000580）下的财政支持。