靶向MKP3激酶结合域的小分子抑制剂BCI通过破坏ERK2相互作用实现选择性抑制

推荐：本研究揭示了小分子抑制剂BCI通过靶向MKP3激酶结合域（KBD）而非催化域（CD）的全新作用机制。通过NMR滴定、AF3建模等技术，团队发现BCI特异性结合MKP3KBD的α4螺旋区域，诱导构象变化并阻断ERK2激活，为开发选择性MAPK磷酸酶抑制剂提供了新策略。

　　

在细胞信号传导的复杂网络中，丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）通路如同精密运作的指挥中心，调控着细胞增殖、分化等重要生命活动。而作为这条通路的"刹车系统"，MAPK磷酸酶（MKPs）的异常活化常导致癌症等疾病的发生。其中，双特异性磷酸酶6（DUSP6/MKP3）因能特异性灭活细胞外信号调节激酶（ERK）而备受关注，但其高度保守的催化域（CD）使得靶向药物开发举步维艰。

苏州大学苏州医学院分子酶学研究所的研究团队在《Journal of Biological Chemistry》发表的研究，颠覆了传统认知。此前被认为通过催化域起效的小分子抑制剂BCI，实际上是通过"声东击西"的策略——特异性结合MKP3的激酶结合域（KBD），成功阻断了ERK2对MKP3的激活作用。研究人员运用核磁共振（NMR）技术捕捉到BCI与MKP3^KBD的动态结合过程，结合AlphaFold 3（AF3）预测的复合物结构，发现BCI诱导α4螺旋发生"门户洞开"式的构象变化，暴露出隐藏的疏水口袋。微尺度热泳（MST）测定显示其结合亲和力达9.2 μM，而酶活实验证实BCI能将ERK2激活的MKP3活性抑制至1/7。

关键技术包括：NMR滴定解析蛋白质-配体相互作用位点；微尺度热泳（MST）精确测定结合亲和力；AlphaFold 3预测蛋白质-配体复合物结构；酶动力学分析评估抑制效果；定点突变验证关键结合残基。

研究结果揭示：

1. BCI不结合MKP3催化域：NMR谱显示即使在高浓度DMSO诱导的活性构象下，BCI仍无法扰动MKP3^CD的化学位移。

2. BCI选择性靶向激酶结合域：在MKP3^KBD中，BCI引起β2-α3环、α4螺旋等区域显著峰展宽，AF3模型显示其结合口袋由12个疏水残基构成。

3. 竞争性抑制ERK2结合：BCI与ERK2的结合位点空间相邻但不重叠，通过变构效应使关键残基Arg65等脱离接触界面。

4. 特异性抑制机制：BCI使ERK2激活的pNPP水解活性降低86%，但对基础活性无影响，且不改变K_m值。

5. 家族选择性特征：BCI对MKPX/MKP5^KBD的亲和力（8.5-14.1 μM）显著高于MKP1/2（49.0-73.1 μM），MKP4因缺乏α4螺旋几乎不结合。

这项研究的意义在于开辟了靶向磷酸酶调控域（而非催化域）的新药研发范式。传统认为"不可成药"的MKPs，其KBD因家族间结构差异较大，为设计高选择性抑制剂提供了可能。BCI诱导的α4螺旋位移机制，为开发针对ERK信号异常相关疾病（如B细胞急性淋巴细胞白血病）的变构抑制剂提供了精确模板。AF3建模与实验数据的完美契合，也展示了人工智能在复杂生物大分子相互作用研究中的强大潜力。未来通过优化BCI的疏水基团，有望获得穿透血脑屏障的神经退行性疾病治疗候选分子。