2015综述 hsp90抑制剂
- 格式：pdf
- 大小：456.25 KB
- 文档页数：19
HSP90 在细胞内含量丰富，占细胞蛋白总量的 1%～2%。HSP90 在胞浆内主 要以同源二聚体的形式存在，其单体包括 3 个主要的结构域：N 末端结构域，中 间结构域和 C 末端结构域。这 3 个结构域之间相互协同，发挥 HSP90 的分子伴 侣功能。HSP90 发挥作用依赖于 ATP 结合于 N 端的 ATP 酶结构域，ATP 的结合 和水解产生构象转换作用，调节其参与的多亚基复合物的装配。越来越多的研究 表明，HSP90 抑制剂有可能成为一类杀伤多种肿瘤细胞的有效药物[4-6]。 1.1 HSP90 与肿瘤的关系 作为哺乳动物细胞内含量最多的蛋白，HSP90 对于其 客户蛋白的装配、运转、折叠以及降解发挥着十分重要的作用。研究表明抑制 HSP90 的功能可导致其客户蛋白通过泛素-蛋白酶复合体途径进行降解。已经报 道的 HSP90 的客户蛋白有 280 多种，其中 48 种与细胞生长或信号转导相关。许 多客户蛋白是致癌基因的表达产物，其中多个已是临床上明确的抗肿瘤药物作用 靶点。部分客户蛋白与 HSP90 的亲和力排序如下: HER2 > 突变型 EGFR > Raf-1 > Akt > 突变型 BRAF > 野生型 EGFR[7]。
收稿日期：2014-12-；修回日期：2015-01-29
基金项目:国家自然科学基金委资助项目（81273368，81330076）;“新药创制”科技重大专
项（2014ZX09507-002） 1#共同第一作者 *通讯作者 Tel/Fax: 86-021-50806600-5410, E-mail: jkshen@
of Sciences, Shang hai, 201203, China 2. College of Electronics and Information, Yangtze University, Jingzhou 434023, China
Abstract: HSP90, which is the biomarker of cell stress and endogenous protective protein, functions as a molecular chaperone. Many client proteins of HSP90, including EGFR, Met, Raf-1, IKK and p53, play an important role in the occurrence and development of tumor. Binding of HSP90 inhibitors triggers the deactivation of HSP90, resulting in client protein degradation, and then inhibits the tumor growth by blocking multiple targets involved in signaling of tumor proliferation. This review summarizes recent development of small molecule inhibitors bound to N-termina words: HSP90; client protein; tumor; inhibitor
1 热休克蛋白 90 生物学背景 热休克蛋白 (heat shock proteins, HSPs) 是机体在应激 (病毒感染、缺氧、紫
外线照射等) 状态下合成的一组蛋白质分子，故又称为应激蛋白。HSPs 最初于 1962 年由遗传学家 Ritossa 发现，它是一类在生物进化过程中高度保守并广泛存 在于原核及真核生物中的蛋白质。热休克蛋白既是细胞应激反应的生物标志物， 也是细胞内重要的分子伴侣蛋白[1,2]。HSPs 在机体内主要功能是参与维持其客户 蛋白的正确折叠，使得蛋白能够形成生理功能所需构象，从而在调节蛋白合成与 降解的平衡及蛋白定位中发挥重要作用。根据同源程度及分子量大小,热休克蛋 白主要分为 5 个家族[3]: HSP90 家族(83～90 kD)、HSP70 家族(66～78 kD)、HSP60 家族，小分子 HSP 家族(15～30 kD)，此外还有分子量在 100～110 kD 的大分子 HSPs。它们在细胞中具有不同的定位，因而行使不同的细胞功能。其中 HSP90 家族是当前研究的热点，获得了广泛的关注。
HSP90 小分子抑制剂研究进展
任景 1,#，严碧波 2,#，石峰 1，熊兵 1，沈竞康 1，*1 1 中国科学院上海药物研究所，新药研究国家重点实验室，上海 201203 2 长江大学电信学院，湖北荆州 434023
摘要：HSP90 既是细胞应激反应的生物标志物，也是细胞内重要的分子伴侣 蛋白。HSP90 调控的很多客户蛋白，如 EGFR、Met、Raf-1、IKK、p53 等，均 与肿瘤等很多疾病的发生和发展关系密切。HSP90 抑制剂通过与靶点结合抑制其 活性，导致其客户蛋白无法正确折叠而降解，可从多环节多途径影响细胞生物学 效应，因此 HSP90 抑制剂在肿瘤治疗等领域展示出良好应用前景。本文将对近 年来重要的小分子 HSP90-N 端抑制剂的研究进展进行综述。
Figure 1 The clinical status of HSP90 inhibitors HSP90抑制剂根据其与蛋白结合位点的不同主要分为N端抑制剂、C端抑制
剂和中间域抑制剂。作用于HSP90 C-端的抑制剂目前研究较少，现已发现的主要 有没食子酸酯、新生霉素两类[12]。海洋天然产物sansalvamide A的衍生物 sansalvamide A-amide(San A-amide)是目前报道的唯一一类结合于HSP90中间域 结合位点的抑制剂，通过变构调节作用，抑制HSP90 C端和客户蛋白及共伴侣蛋 白的结合，但对于N端和客户蛋白结合没有明显的影响[13]。目前进入临床研究的 HSP90抑制剂均作用于HSP90 N端ATP结合位点。本文在已有的HSP90综述基础 上[12]，根据抑制剂与ATP结合口袋铰链区3种不同的结合模式（图2），重点介绍 与临床研究密切相关的小分子化合物，综述N端的HSP90抑制剂的研发及目前的 临床研究进展。
关键词：HSP90；客户蛋白；肿瘤；抑制剂
Progress in the small molecule inhibitors of HSP90
REN Jing1,#, YAN Bibo2,#, SHI Feng1, XIONG Bing1,*, SHEN Jing-kang1,* 1. State Key Laboratory of Drug Research, Shanghai Institute of Materia Medica, Chinese Academy
4
Figures 2 The binding modes of inhibitors in hinge region of ATP pocket 2.1 第一类小分子抑制剂以酰胺为关键结合基团与 HSP90 的氨基酸残基 Asp93 相结合 格尔德霉素(geldanamycin，GA) 是最早被发现的 HSP90 抑制剂。它是 在 20 世纪 70 年代从放射菌类肉汤中分离得到的天然产物，起初作为抗生素使 用，直到 20 世纪 80 年代才发现该化合物具有抗肿瘤活性。格尔德霉素虽有明 显的抗肿瘤效应，但也有较强的肝毒性，且在动物体内容易代谢失活，这些缺陷 限制了其作为抗肿瘤药物的进一步研发[14-17]。
HSP90 调控的客户蛋白很多都是肿瘤发病通路中的原癌基因表达产物或重
2
要的信号转导因子，与肿瘤的发生和发展关系密切，因此抑制 HSP90 可以从多 环节多途径影响癌细胞生长和存活，避免了单靶点治疗可能产生的耐药性。研究 表明，HSP90 在肿瘤细胞中主要处于活化态，在正常细胞中则主要处于静默态。 HSP90 的活性受到共伴侣蛋白分子的调控，而在肿瘤细胞中的共伴侣蛋白的表达 量很高，所以导致肿瘤细胞中的 HSP90 活性高于正常细胞。因此 HSP90 成为一 个很有研发前景的抗肿瘤药物靶点[7]。 1.2 HSP90 抑制剂的亚型选择性及其生物学效应 人源 HSP90 有 4 种亚型，胞 浆内有 HSP90α 和 HSP90β 两种，GRP94 存在于内质网，TRAP1 则存在于线粒 体基质内。现有研究认为这 4 个成员的作用方式几乎是一致的，但因为它们本身 在细胞内的定位不同，所以它们所结合的客户蛋白也不尽相同。胞浆内的 HSP90α/β 在肿瘤细胞中高表达，并且其客户蛋白大多都在肿瘤发生发展的信号 转导通路、细胞周期调控和细胞凋亡路径中发挥着重要作用，比如 HER2、EGFR、 Raf-1、AKT 等等。越来越多的证据表明，细胞器内的伴侣蛋白 GRP94 和 TRAP1 同样和肿瘤关系密切。GRP94 的一个重要功能是维持分泌蛋白和膜蛋白的活性 构象，其客户蛋白包括免疫球蛋白、TLRs 和整合素类。肿瘤细胞中 GRP94 的高 表达往往会导致细胞增殖和新陈代谢的速度加快以及耐药性的产生。TRAP1 在 肿瘤细胞中的高表达同样会导致多药耐药性的产生。在肿瘤细胞中，TRAP1 和 HSP90α/β 一同发挥作用，保护肿瘤细胞不受氧化应激和细胞凋亡的影响，从而 维持线粒体的完整性。近年来，越来越多的人开始关注 HSP90 抑制剂对不同亚 型的选择性，因为不同的选择性往往会产生不同的生物学效应。Taldone 等[8]综 合运用计算机辅助药物设计和现有的复合物晶体结构，发现了除蛋白铰链区结合 口袋之外的另外两个口袋，这些口袋不同的理化性质将决定抑制剂的亚型选择 性。Duerfeldt 等采用基于结构的药物设计方法发现了一类对 GRP94 亲和力优于 其他亚型的抑制剂。该类化合物在 HEK293 细胞中能够显著抑制 TLRs 向细胞膜 的转运，但在 MCF-7 和 SkBr3 细胞中对于 HSP90α/β 的客户蛋白没有降解作用。 Ernst 等[9]发现的一类二氢吲哚酮类的化合物对 HSP90α/β (Ki = 5 nmol•L-1) 的亲 和力明显优于 GRP94 和 TRAP1 (Ki > 10 μmol•L-1)。该类化合物没有明显的细胞 毒作用，但对于 Huntington 舞蹈病有显著的治疗效果。最近几年的研究表明，对
收稿日期：2014-12-；修回日期：2015-01-29
基金项目:国家自然科学基金委资助项目（81273368，81330076）;“新药创制”科技重大专
项（2014ZX09507-002） 1#共同第一作者 *通讯作者 Tel/Fax: 86-021-50806600-5410, E-mail: jkshen@
of Sciences, Shang hai, 201203, China 2. College of Electronics and Information, Yangtze University, Jingzhou 434023, China
Abstract: HSP90, which is the biomarker of cell stress and endogenous protective protein, functions as a molecular chaperone. Many client proteins of HSP90, including EGFR, Met, Raf-1, IKK and p53, play an important role in the occurrence and development of tumor. Binding of HSP90 inhibitors triggers the deactivation of HSP90, resulting in client protein degradation, and then inhibits the tumor growth by blocking multiple targets involved in signaling of tumor proliferation. This review summarizes recent development of small molecule inhibitors bound to N-termina words: HSP90; client protein; tumor; inhibitor
1 热休克蛋白 90 生物学背景 热休克蛋白 (heat shock proteins, HSPs) 是机体在应激 (病毒感染、缺氧、紫
外线照射等) 状态下合成的一组蛋白质分子，故又称为应激蛋白。HSPs 最初于 1962 年由遗传学家 Ritossa 发现，它是一类在生物进化过程中高度保守并广泛存 在于原核及真核生物中的蛋白质。热休克蛋白既是细胞应激反应的生物标志物， 也是细胞内重要的分子伴侣蛋白[1,2]。HSPs 在机体内主要功能是参与维持其客户 蛋白的正确折叠，使得蛋白能够形成生理功能所需构象，从而在调节蛋白合成与 降解的平衡及蛋白定位中发挥重要作用。根据同源程度及分子量大小,热休克蛋 白主要分为 5 个家族[3]: HSP90 家族(83～90 kD)、HSP70 家族(66～78 kD)、HSP60 家族，小分子 HSP 家族(15～30 kD)，此外还有分子量在 100～110 kD 的大分子 HSPs。它们在细胞中具有不同的定位，因而行使不同的细胞功能。其中 HSP90 家族是当前研究的热点，获得了广泛的关注。
HSP90 小分子抑制剂研究进展
任景 1,#，严碧波 2,#，石峰 1，熊兵 1，沈竞康 1，*1 1 中国科学院上海药物研究所，新药研究国家重点实验室，上海 201203 2 长江大学电信学院，湖北荆州 434023
摘要：HSP90 既是细胞应激反应的生物标志物，也是细胞内重要的分子伴侣 蛋白。HSP90 调控的很多客户蛋白，如 EGFR、Met、Raf-1、IKK、p53 等，均 与肿瘤等很多疾病的发生和发展关系密切。HSP90 抑制剂通过与靶点结合抑制其 活性，导致其客户蛋白无法正确折叠而降解，可从多环节多途径影响细胞生物学 效应，因此 HSP90 抑制剂在肿瘤治疗等领域展示出良好应用前景。本文将对近 年来重要的小分子 HSP90-N 端抑制剂的研究进展进行综述。
Figure 1 The clinical status of HSP90 inhibitors HSP90抑制剂根据其与蛋白结合位点的不同主要分为N端抑制剂、C端抑制
剂和中间域抑制剂。作用于HSP90 C-端的抑制剂目前研究较少，现已发现的主要 有没食子酸酯、新生霉素两类[12]。海洋天然产物sansalvamide A的衍生物 sansalvamide A-amide(San A-amide)是目前报道的唯一一类结合于HSP90中间域 结合位点的抑制剂，通过变构调节作用，抑制HSP90 C端和客户蛋白及共伴侣蛋 白的结合，但对于N端和客户蛋白结合没有明显的影响[13]。目前进入临床研究的 HSP90抑制剂均作用于HSP90 N端ATP结合位点。本文在已有的HSP90综述基础 上[12]，根据抑制剂与ATP结合口袋铰链区3种不同的结合模式（图2），重点介绍 与临床研究密切相关的小分子化合物，综述N端的HSP90抑制剂的研发及目前的 临床研究进展。
关键词：HSP90；客户蛋白；肿瘤；抑制剂
Progress in the small molecule inhibitors of HSP90
REN Jing1,#, YAN Bibo2,#, SHI Feng1, XIONG Bing1,*, SHEN Jing-kang1,* 1. State Key Laboratory of Drug Research, Shanghai Institute of Materia Medica, Chinese Academy
4
Figures 2 The binding modes of inhibitors in hinge region of ATP pocket 2.1 第一类小分子抑制剂以酰胺为关键结合基团与 HSP90 的氨基酸残基 Asp93 相结合 格尔德霉素(geldanamycin，GA) 是最早被发现的 HSP90 抑制剂。它是 在 20 世纪 70 年代从放射菌类肉汤中分离得到的天然产物，起初作为抗生素使 用，直到 20 世纪 80 年代才发现该化合物具有抗肿瘤活性。格尔德霉素虽有明 显的抗肿瘤效应，但也有较强的肝毒性，且在动物体内容易代谢失活，这些缺陷 限制了其作为抗肿瘤药物的进一步研发[14-17]。
HSP90 调控的客户蛋白很多都是肿瘤发病通路中的原癌基因表达产物或重
2
要的信号转导因子，与肿瘤的发生和发展关系密切，因此抑制 HSP90 可以从多 环节多途径影响癌细胞生长和存活，避免了单靶点治疗可能产生的耐药性。研究 表明，HSP90 在肿瘤细胞中主要处于活化态，在正常细胞中则主要处于静默态。 HSP90 的活性受到共伴侣蛋白分子的调控，而在肿瘤细胞中的共伴侣蛋白的表达 量很高，所以导致肿瘤细胞中的 HSP90 活性高于正常细胞。因此 HSP90 成为一 个很有研发前景的抗肿瘤药物靶点[7]。 1.2 HSP90 抑制剂的亚型选择性及其生物学效应 人源 HSP90 有 4 种亚型，胞 浆内有 HSP90α 和 HSP90β 两种，GRP94 存在于内质网，TRAP1 则存在于线粒 体基质内。现有研究认为这 4 个成员的作用方式几乎是一致的，但因为它们本身 在细胞内的定位不同，所以它们所结合的客户蛋白也不尽相同。胞浆内的 HSP90α/β 在肿瘤细胞中高表达，并且其客户蛋白大多都在肿瘤发生发展的信号 转导通路、细胞周期调控和细胞凋亡路径中发挥着重要作用，比如 HER2、EGFR、 Raf-1、AKT 等等。越来越多的证据表明，细胞器内的伴侣蛋白 GRP94 和 TRAP1 同样和肿瘤关系密切。GRP94 的一个重要功能是维持分泌蛋白和膜蛋白的活性 构象，其客户蛋白包括免疫球蛋白、TLRs 和整合素类。肿瘤细胞中 GRP94 的高 表达往往会导致细胞增殖和新陈代谢的速度加快以及耐药性的产生。TRAP1 在 肿瘤细胞中的高表达同样会导致多药耐药性的产生。在肿瘤细胞中，TRAP1 和 HSP90α/β 一同发挥作用，保护肿瘤细胞不受氧化应激和细胞凋亡的影响，从而 维持线粒体的完整性。近年来，越来越多的人开始关注 HSP90 抑制剂对不同亚 型的选择性，因为不同的选择性往往会产生不同的生物学效应。Taldone 等[8]综 合运用计算机辅助药物设计和现有的复合物晶体结构，发现了除蛋白铰链区结合 口袋之外的另外两个口袋，这些口袋不同的理化性质将决定抑制剂的亚型选择 性。Duerfeldt 等采用基于结构的药物设计方法发现了一类对 GRP94 亲和力优于 其他亚型的抑制剂。该类化合物在 HEK293 细胞中能够显著抑制 TLRs 向细胞膜 的转运，但在 MCF-7 和 SkBr3 细胞中对于 HSP90α/β 的客户蛋白没有降解作用。 Ernst 等[9]发现的一类二氢吲哚酮类的化合物对 HSP90α/β (Ki = 5 nmol•L-1) 的亲 和力明显优于 GRP94 和 TRAP1 (Ki > 10 μmol•L-1)。该类化合物没有明显的细胞 毒作用，但对于 Huntington 舞蹈病有显著的治疗效果。最近几年的研究表明，对
