药operone -从基因到药理制剂

一个新奇的概念

药operone顾名思义就是药理学伴侣。陪伴是一类异质蛋白质，可促进新生多肽的折叠和组装，以及未折叠或错误折叠的蛋白质的再折叠[1，2］．药效药物酮的作用类似，但它不是蛋白质，而是小分子;它们通常与已经折叠的大分子(通常是蛋白质)结合，并使其稳定，防止热变性和蛋白质水解降解，而不是协助折叠。

蛋白质折叠及其意义:在核糖体上合成一个新生多肽链，在蛋白质合成过程中，多肽链经过化学修饰和折叠，直到达到原生状态，这也是最稳定的折叠状态。化学修饰决定了其最终状态、活性、寿命或细胞位置蛋白质．偶尔蛋白质可能无法达到原始状态，或者在最初达到原始状态后发生错误折叠。易导致这种错误折叠的因素包括有缺陷的陪伴;突变:导致氨基酸序列改变的基因突变;细胞压力;以及暴露在高温、极端pH值、尿素或盐酸胍等化学物质中，这些化学物质会破坏蛋白质的弱非共价键并破坏蛋白质的天然构象[3.］．

错误折叠导致蛋白质上的疏水结构域暴露，使其高度不稳定和反应性。一旦错误折叠，蛋白质可能会在伴侣的帮助下重生或保持错误折叠，产生有害的后果，如有毒化合物的聚集和积累，导致细胞死亡，如阿尔茨海默病，帕金森病，和朊病毒疾病．新生多肽如果折叠错误，会被内质网/高尔基体中的细胞高效的质量控制系统(QCS)识别为异常，并阻止其到达功能目的地，例如受体可能无法到达质膜，酶可能无法到达溶酶体，即它们被错误地定位。伴侣试图努力纠正折叠缺陷，但如果不成功，它们会产生“未折叠蛋白反应”(UPR)，其中错误折叠的蛋白质被泛素化并标记为蛋白体或非蛋白体降解。这避免了细胞毒性聚集物的积累。因此，蛋白质的错误折叠是导致细胞毒性和蛋白质浪费的原因之一[3.］．

近年来，人们认识到，大量以离子通道、受体或溶酶体酶缺陷为表现形式的遗传缺陷实际上是蛋白质合成障碍，其原因是氨基酸序列的改变阻碍了蛋白质的适当折叠到其原始状态。因此，尽管功能充分，这些蛋白质被细胞QCS识别为异常，并阻止到达它们的最终作用位点。这种功能充足蛋白质的错选导致了一组遗传疾病的发生，现在被认为是“构象障碍”。某些肾源性尿崩性糖尿病，促性腺机能减退症，色素性视网膜炎、肥胖、家族性低钙性高钙血症、先天性甲状腺功能减退、先天性巨结肠病、囊性纤维化和溶酶体储存障碍是此类构象紊乱的例子[1，3.］．

治疗这类患者的唯一合理方法是对突变蛋白进行基因改造。这种方法不仅昂贵，而且与基因替代疗法一样不可行，因此是不切实际的。

近15年前，Conn等人偶然发现，人类促性腺激素释放激素受体(GnRHR)突变体的错路是促性腺功能减退患者功能丧失的原因之一[4］．这与流行的观点相矛盾，即突变受体缺乏结合配体或与效应蛋白偶联的能力。他们观察到，某些化学物质纠正了受体的缺陷运输，并通过逆转表型将它们重新定向到它们的功能位置。这表明化学物质可以与突变蛋白结合，并使其构象发生变化，以便它们能够通过细胞的QCS。这是一个强大的想法，就像一种药物一样治疗对于遗传性疾病，绕过了基于基因的治疗的需要，至少对于这种与人口贩卖有关的构象疾病。从那时起，人们尝试了大量的策略来治疗这种疾病。甘油、氧化三甲胺、4-苯基丁酸和氘水等化学物质可以通过改变功能蛋白质的化学结构来帮助其重新定向，但这些化学物质是非特异性的，需要很高的浓度，而且它们本身可能促进某些构象缺陷蛋白质的聚合/聚集[5］．

通过化学物质重新路由蛋白质的概念，再加上激动剂/拮抗剂的特异性，使人们认识到，对某些蛋白质具有特定亲和力的药物，以及帮助错误折叠的蛋白质通过QCS的能力，可以产生一种全新的药物，称为“药operone”。

“药operone”一词是由Conn等人创造的，他们将其定义为“一种进入细胞并作为分子框架的小分子，以导致错误折叠的突变或野生型蛋白质在细胞内正确折叠和路径。”两种机制已经被提出来解释药operone稳定错误折叠蛋白质的能力。药operones可结合并增强原生或原生样状态的稳定性靶蛋白它们比中间的、未成熟的形态(即非原生结构)具有更高的亲和力，或者，它们可能与较少折叠的、非原生折叠的中间产物结合，并作为后续折叠的支架，增加这些中间产物转化为原生形态的速率。这将防止蛋白质被ER QCS识别为缺陷蛋白，使其避免降解并促进其运输到高尔基体进行进一步处理[5］．

因此，药效酮是一种进入细胞的小分子，作为模板分子，可以诱导突变蛋白采用原生型样构象，而不是不正确折叠的构象，并允许它们通过细胞的质量控制系统。与基因疗法不同，药operones不需要在蛋白质合成时存在，因为它们可以纠正预先形成的蛋白质的构象。因此，它们有可能阻止或逆转构象疾病。类似地，某些药operone具有与错误折叠的蛋白质结合的能力，这些蛋白质倾向于聚集。因此，它们可以防止阿尔茨海默病、朊病毒病、帕金森病等中细胞毒性聚集物的聚集和积累。

目前进展:

大多数研究结果来自体外研究，药物operones已被确定用于促性腺机能减退性性腺症中的GnRH受体突变，不孕症中的FSH受体突变，尿失禁症中的V2R突变，色素性视网膜炎中的视紫红质突变，法布里病，戈谢病的突变，PAH酶的突变苯丙酮酸尿， CFTR突变导致囊性纤维化，心肌K+通道LQTS2突变导致-尖扭转易感性，ABC转运蛋白缺陷导致高胆固醇血症[1，5］．

体外研究还确定了用于聚集蛋白的药operone，例如用于神经退行性疾病的短β-sheet breaker多肽[1］．

在阿尔茨海默病的实验模型中，一些药物哌酮也成功地减少了淀粉样蛋白沉积和纤维的形成[6，7］．在Fabry病转基因小鼠模型中，口服1-脱氧半乳糖jirimycin也取得了类似的成功[8］．

药物哌酮类药物的临床试验正在进行中。一个案例报告提到，半乳糖管理的情况下心脏变异法布里病，减少心脏质量和改善射血分数。现正进行药物哌酮类药物治疗法布里氏病、高雪病及庞贝病的临床试验[9，10］．在另一项临床研究中，评估了5例因V2R突变而患肾源性尿崩症的患者。拟肽剂SR49059可降低尿量和水摄入量，并显著提高尿渗透压[11］．

因此，药operone是药物的一个经典例子，其中高通量筛选可以加快原发药物研究的步伐。它们似乎是有吸引力的药物开发目标和一类新的治疗剂，可以专门为某种疾病量身定制遗传疾病．要成为有效的药物，药物应该是一个小的疏水分子，可以进入细胞到达内质网;对错误折叠蛋白具有亲和力[通常为拮抗剂----可为激动剂或部分激动剂];对目标蛋白具有特异性;半衰期长;并与正常功能结合但不妨碍其正常功能(对于受体和酶，应变构结合或纠正构象缺陷后移位)。

然而，到目前为止，它们的用途有限，因为它们仍在开发中，尚未进行几轮正式的临床前和临床研究。由于种间变异，在遗传疾病方面的应用，显然存在很大的实验室和临床差距。它们可能只在蛋白质运输有缺陷时才有用。影响功能的突变体不能用药物operone来拯救。同样重要的是，药operone结合到一个不同于活性部分的位点上，并且本身不应该干扰蛋白质的功能。最后但并非最不重要的是，重要的是要记住，大自然已经开发了一种非常有效的QCS来隔离突变蛋白。虽然这些在功能上是正常的，但在生化上是不正常的。增加这些蛋白质表达的长期影响仍有待研究，这可能需要几十年的时间才能在临床应用中体现出来。然而，药物操纵酮是一项伟大的科学进步，它使我们能够绕过遗传密码，至少有时是这样，而且纠正有缺陷的折叠肯定比用“健康”基因取代突变基因更具有挑战性!

参考文献

1. Michael Conn P等人。G蛋白偶联受体在健康和疾病中的转运:为体内治疗性突变拯救做准备的经验教训。Pharmacol Rev. (2007);59: 225 - 250。
2. Dagmar Ringe和Gregory A Petsko。什么是药理学伴侣，为什么它们有趣?生物学杂志。(2009);8: 80。
3. Ulloa-Aguirre A等人。药物操纵酮:针对蛋白质错误折叠引起的疾病的靶向治疗。InvesClin牧师。(2015);67: 15-9。
4. 迈克尔·康恩等人，“药效酮”:一个词是什么?药理研究。(2014);83: 1 - 2。
5. Ulloa-Aguirre A和Michael Conn P.药物操纵酮:一种由错误折叠G蛋白偶联受体引起的疾病的新治疗方法。最近Pat内分泌代谢免疫药物的发现。(2011);5: 24里面。
6. Soto C等ß-Sheet breaker多肽抑制淀粉样变大鼠脑模型中的纤维形成:对阿尔茨海默病治疗的影响。1998;4: 822 - 826。
7. Sigurdsson EM等人。大鼠脑淀粉样病变的体内逆转。神经病理exp神经。(2000);59: 17岁。
8. 范J-Q等。酶抑制剂加速溶酶体-1半乳糖苷在法布里淋巴母细胞中的运输和成熟。Nat Med. (1999);5: 112 - 115。
9. Parenti G等。溶酶体储存疾病治疗的新策略(综述)。国际分子医学杂志(2013);31日:11日至20日。
10. 用药物伴侣治疗溶酶体储存疾病:从概念到临床。EMBO Mol Med. (2009);1: 268 - 79。
11. Bernier V等人。药物伴侣作为x连锁肾源性尿崩症的潜在治疗方法。我是SocNephrol。(2006);17: 232 - 43。