新型Hsp90 N-端抑制剂的设计与合成研究
一、背景介绍
热休克蛋白90(Hsp90)是细胞内大量存在的一类蛋白，作为分子伴侣对细胞中众多信号蛋白的构象成熟和功能稳定进行调控[1]。近年来的研究表明，在肿瘤细胞中，Hsp90表达量为正常细胞的2～10倍，它的众多底物蛋白参与了肿瘤进展的关键环节，在促进肿瘤细胞增殖、抑制凋亡的信号转导过程中扮演着非常重要的角色，故Hsp90已成为肿瘤治疗的一个新靶点[2]。
众多研究表明，单纯针对某种信号蛋白可能不会完全抑制肿瘤的增殖。因为肿瘤细胞很容易避开单一位点转而激活另一信号通路，继续增殖，从而产生耐药性，这也就是目前阻碍肿瘤治疗发展的瓶颈之一。因此，开发可以同时阻断肿瘤发生、发展所依赖的多条通路的治疗手段越来越引起药学家们的注意。抑制Hsp90的分子伴侣功能，可以促进多种底物蛋白通过泛素一蛋白酶体通路降解，同时阻断多条信号转导通路，从而抑制肿瘤增殖，诱导肿瘤细胞凋亡。因此，Hsp90抑制剂可同时促进多种底物蛋白的降解实现多靶点抑制肿瘤，有望达到较好的治疗效果，同时解决抗肿瘤药物的耐药性难题[3]。
生物学研究表明，Hsp90蛋白包含三个主要的结构区：N-端（ATP-结合区）、中间区（ATP-水解调节区）、C-端（二聚体化区）。（图1） 在真核生物中，N-端和中间区以带电荷的连接链联结，N-端包含一个特殊的ATP连接口袋，中间区能辨别各类蛋白以调节分子伴侣从而激活底物，C-端加强二聚体两个N-端之间的弱联结，包含一高度保守的五肽（MEEVD），连接到辅分子伴侣的四三共同肽重复（tetratricopeptide repeat，TPR）域上，譬如Hop (Hsp organizing protein)和Sti1 (stress-inducible protein 1,Hop的酵母同系物)。[4]
图1
Hsp90的NT是ATP/ADP的结合位点。针对NT开展的研究较多，并已经获得了明确的晶体衍射结构[5]。晶体学研究显示NT与ATP/ADP的结合位点区域呈双层三明治结构，一面由beta;-折叠组成，另一面由界定核苷酸结合口袋的9个alpha;-螺旋簇组成。Hsp90与核苷酸的结合会触发NT区域短暂的二聚化，而核苷酸以一个扭结的构象结合在15深的裂隙中，核苷酸的糖及核苷酸上的alpha;-磷酸和腺嘌呤环非常接近。蛋白和核苷酸之间存在直接氢键作用和水分子介导的氢键作用。在核苷酸与Hsp90相互作用中， Asp93是重要的结合和催化残基，核苷酸腺嘌呤的N6位氨基与之形成直接的氢键作用和水分子介导的氢键作用，N7和侧链氨基酸残基Asn51，N1和Gly97、Asp93之间由三个水分子介导形成氢键。许多Hsp90抑制剂在N-末端区域与ATP竞争性结合，并且具有相似的蛋白-配体相互作用。
Hsp90要发挥其生物学功能，必须依赖于如下一个循环。Hsp90有开启和关闭两种构象，在没有结合ATP时，其处于开启状态，两个N-端分开可捕获客户蛋白。ATP的结合促使其口袋盖子关闭，N-端互相靠近，导致紧密的环形二聚体的形成，其构象改变使之处于闭合状态。接着ATP水解，ADP离去使Hsp90回复到初始的开启构象。
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