JMC最新综述揭示了11个激酶变构口袋特征

作者：王韵壹、李英、熊慧卿

　　最新发表在JMC上的一篇论文Structure- and Similarity-Based Survey of Allosteric Kinase Inhibitors, Activators, and Closely Related Compounds，通过对变构激酶抑制剂和激活剂的X射线结构综合分析，归纳了变构抑制剂的结合位点及其口袋，总结了变构抑制剂的结构特性。

　　截止到目前，62种激酶抑制剂已被美国FDA批准上市（其中3个变构抑制剂），200多种激酶抑制剂正在临床开发中；有超过130?000种分子具有可靠的激酶抑制活性，涵盖人类518种激酶的80%以上；由300多种激酶和3000多种抑制剂组成的复合物的5000多种X射线结构已存入蛋白质数据库（PDB）。

　　激酶抑制剂根据其作用方式和结合位点的位置被分为不同的类型：I型、 I1/2型和II型抑制剂通常靶向ATP位点，而III型和IV型抑制剂结合在ATP位点之外并通过变构机制发挥作用。由于不同激酶的ATP口袋具有高度的保守性，人们认为变构抑制剂剂可以具有更好的靶点选择性，并能克服I/II型激酶抑制剂的耐药。

　　然而，变构激酶抑制剂的发现并非常规设计，常常是偶然发现的。尽管到目前设计变构激酶抑制剂尚有困难，但是已经有相当数量的变构抑制剂通过X射线结构得到证实。他们的结合模式通常以个案的形式探讨。因此，探索激酶变构口袋特征和规律，对于变构抑制剂开发具有重要意义。

　　作者利用PDB等数据库中变构配体与人类激酶（不包括非典型激酶）复合物的X射线结构及相关数据，发现81个Ⅲ型抑制剂与ATP位点附近的特征性变构口袋结合，15个二价抑制剂占据ATP位点和邻近的变构口袋。此外，还鉴定了81种IV型抑制剂和10种（共价）VI型抑制剂结合在远离ATP位点的不同口袋中。此外，19个激酶激活剂被发现容纳在不同的变构口袋中。

　　作者系统地总结这232个变构化合物的结合位置，通过对相应X射线结构的分析揭示了12个结合位点（指定为A-L，其中A为ATP位点），其中11个被鉴定出变构结合口袋（B-L）：

　　B口袋：III型抑制剂的结合位点，在2004年通过X射线晶体学得到证实，并且最广泛地表征，其结构包含90种III型或VI型抑制剂。B口袋参与了催化铰链区的形成。

　　C口袋：该结合口袋位于靠近B口袋的αC-螺旋附近，迄今为止已在PDK1、AURKA和CDK2中鉴定到。2009年报道了与C口袋-抑制剂复合物的第一个X射线结构（PDB ID:3HRF）。对于该结合位点，共鉴定出41种独特的配体，包括IV型和VI型抑制剂以及激活剂。

　　D口袋：2008年报道了第一个与D口袋结合的配体的X射线结构（PDB:3C5U）。到目前为止，已经鉴定出24种独特的化合物与D口袋结合，包括IV型和VI型抑制剂以及激活剂。一些化合物对催化活性没有可检测的影响。在四种激酶中发现了这种结合位点，包括三种MAPK亚型（MAPK8、MAPK10、MAPK14、CSNK2A1）。

　　E口袋：E口袋容纳IV型抑制剂和激活剂。在2003年，由c-ABL激酶和内源性肉豆蔻酰抑制剂复合物的结构被确定，揭示了E口袋（PDB:1OPL），此后被称为肉豆蔻酰口袋。共鉴定出三种抑制剂和四种激活剂与该口袋。除了c-ABL外，CDK2中也检测到了这个口袋。Asciminib是第一个针对肉豆蔻醇口袋的变构BCR-ABL1抑制剂，目前正在进行治疗慢性粒细胞白血病的3期临床试验。

　　F口袋：这个口袋在结构上已被证实，并于2013年首次被描述。然后在α亚单位激酶结构域和β亚单位碳水化合物结合区之间的界面上的四种AMP依赖激酶中被鉴定。在这个位点结合的抑制剂触发构象变化，阻止α/β-亚单位相互作用。到目前为止，已经确定了25种IV型抑制剂或激活剂的结构。与这个口袋结合的激活剂被认为可以稳定调节亚单位的结合。