ASK1

导读前几节我们介绍了RTKs（第一、二期）、MAPK通路（第三期），今天我们介绍另一个在RTKs下游、与MAPK平行的另一个重要通路—PI3K通路。01PI3K的组成与激活方式磷脂酰肌醇3-激酶（Phosphatidylinositide 3-kinases，PI3K）是一种胞内磷脂酰肌醇激酶，具有磷脂酰肌醇激酶活性的同时，也具有丝氨酸/苏氨酸(Ser/Thr)激酶活性。PI3K可分为3类，其中研究最广泛的为I类PI3K, 此类PI3K为异源二聚体，由一个调节亚基p85（由PIK3R1基因编码）和一个催化亚基p110（由PIK3CA基因编码）组成。催化亚基共有α、β、δ、γ四种类型，其中，α、β、δ类对应p85α, p85β或p55调节亚基；而γ类对应p101和p84/87调节亚基。调节亚基具有SH2结构域，能够识别RTKs的胞内激酶结构域（TK），并引发催化亚基p110的激活。图 1. PI3K的激活方式PI3K的激活方式一共有4种。如上图所示，当胰岛素家族生长因子激活相应的RTKs时，p85可以通过IRS1等接头蛋白（Adapter Protein）间接被接活（a）；此外，其他家族生长因子及RTKs结合时，p85也可以直接识别TK结构域（b）；上一期中我们提到的RAS蛋白在RAS-GTP的形式下，也可以直接活化PI3K 的催化亚基p110（c）。Raf和PI3K均可被RAS调节是MAPK通路与PI3K通路存在交叉的主要原因；此外，γ型PI3K催化亚基还可以被某些G蛋白偶联受体激活（d）。02P13K催化功能图 2. PI3K催化的反应PI3K激活后能够催化PIP2的3位羟基磷酸化生成PIP3，从而进一步促进下游通路；恰恰相反，细胞中另一种酶PTEN则能催化这个反应的逆过程，并对PI3K下游的通路产生抑制作用。PIP3生成后，可以充当第二信使，同时招募PDK1和AKT蛋白到质膜上，使PDK1磷酸化AKT蛋白的308号位的苏氨酸（T308），导致AKT部分活化。被活化的AKT将进一步激活下游调控通路。03PI3k-AKT 通路图 3. PI3K-AKT及下游蛋白AKT 是一类 AGC 家族的丝氨酸/苏氨酸激酶，主要包含3 个结构域：PH 结构域（对 PIP3 有亲和力，对与胞膜的结合至关重要）、催化结构域、调节结构域。AKT作为一种原癌基因，在多种细胞过程中发挥关键作用，如葡萄糖代谢，细胞凋亡，细胞增殖，转录和细胞迁移；PI3K/AKT 信号通路失调见于多种人类疾病，包括癌症、糖尿病、心血管疾病和神经疾病。 AKT下游作用的底物分类繁多，结合上图我们对主要的底物进行概述：1、TSC2TSC复合体（结节性硬化症复合体）包含三个亚基：TSC1，TSC2以及TBC1D7，能够负调控mTORC1复合体的活性，起到肿瘤抑制的作用。产生这种作用的主要原理是：TSC2包含的GTP酶活化蛋白（GTPase activating protein，简称GAP）结构域，将GTP形式的RHEB（RAS家族的一种小G蛋白）水解为GDP形式的RHEB，导致RHEB失活，不能激活mTORC1的激酶活性，从而抑制细胞生长。而AKT诱导TSC2蛋白(tuberin) 的939位Ser和 1462位Thr磷酸化后，活性抑制，导致mTOR通路反而被激活；2、BADBAD（Bcl2相关的细胞死亡激动剂）能够正向调节线粒体的凋亡，AKT磷酸化该蛋白后，BAD活性抑制；3、MDM2AKT能够通过磷酸化p53的泛素连接酶—MDM2而使其激活，从而抑制p53产生的细胞周期阻滞与凋亡。4、p21 和 p27    CDK抑制因子p21和p27是两个重要的细胞周期调节因子，在正常细胞 DNA受损伤时 , 被P53诱导产生，抑制DNA复制，增强DNA修复，起到抑癌作用。而AKT磷酸化抑制这些CDK抑制因子后能够抑制其活性。5、GSK3βGSK3β（糖原合成酶激酶3β）是一种在进化上非常保守的丝氨酸/苏氨酸激酶，参与肝糖代谢，在Wnt 通路中扮演重要的角色。正常情况下GSK3β可以磷酸化β-catenin使其经蛋白酶体降解， AKT磷酸化GSK3β后，导致GSK3β失活，不能再磷酸化β-catenin，致使β-Catenin在胞浆内大量聚集，从而进入细胞核并激活与细胞分裂和生长调控相关的基因（如c-myc和Cyclin D1等）。6、IKK ( IκB kinase )IKK ( IκB kinase ) 被AKT磷酸化激活，IKK 进一步磷酸化抑制能够抑制NF-kβ途径的转录因子IκB（注意断句....），最终结果是：AKT正向调控了NF-kβ途径，从而对细胞生存、增殖、侵袭、血管生成和化疗耐药产生影响。 7、WEE1    CDK1抑制激酶—WEE1能够被磷酸化抑制，对有丝分裂产生影响。8、ASK1ASK1 （凋亡信号调节激酶1）是一种能够激活JNK信号通路（MAPK通路的一种，详情见第二期）的MAPKKK，与凋亡诱导，促凋亡和内皮网应激(ERS)有关，AKT磷酸化ASK1后，导致其活性抑制。9、FOXOFOXO是一种凋亡诱导转录因子，AKT磷酸化FOXO后导致其在细胞内重新定位并失去转录活性。综上所述，我们可以看出：AKT所产生的效应最终结果大多引起细胞增殖及避免凋亡。04PI3K-AKT-mTOR 通路及TORC复合物前面我们已经说过了，AKT能够通过抑制TSC2，间接导致RHEB激活mTOR增强。mTOR全称叫做哺乳动物雷帕霉素靶点（mammalian target of rapamycin， mTOR）。mTOR是一类丝/苏氨酸激酶，C端与磷脂酰肌醇激酶（PI3K）催化域同源，但是却不具备酯酶激酶的活性，而具有Ser/Thr蛋白激酶活性。mTOR 能够形成两种复合物：TORC1和TORC2。图 4. PI3K-AKT-mTOR通路除了能被AKT激活外，mTOR还能根据细胞环境的能量与营养情况被激活或抑制。如上图所示，当能量不足（AMP/ATP 比例增高）、缺氧时， TSC2、TSC1形成复合体增强，抑制mTOR复合物形成。当溶酶体氨基酸过量时，H+-vATP酶能够激活带有鸟嘌呤核苷酸交换因子（GEFs)的蛋白复合物Ragulator，从而促进TORC1的形成。图 5. TORC1与TORC2前面已经提到，mTOR有两种复合物：mTORC1 和mTORC2。mTORC1 由 mTOR、mTOR 调节相关蛋白 Raptor、MLST8 和非核心组分 PRAS40、DEPTOR 组成。mTORC2 由 mTOR、mTOR 帕霉素不敏感伴侣 RICTOR、MLST8 和 mSIN1 组成。这两种复合物的主要区别就在于：结合蛋白是Raptor还是Rictor以及相关蛋白是PRAS40还是mSIN1。其中，前者的区别主要决定TORC1对雷帕霉素敏感，而TORC2对雷帕霉素不敏感；而后者的区别则在于：PRAS40是AKT的底物，而mSIN1是MAPK的底物。从功能上来说，TORC2功能较为简单，它能够磷酸化AKT从而对mTOR产生正反馈，促进mTOR进一步活化（与前面PDK1的部分活化呼应）。TORC1则不同，能够继续磷酸化下游多种底物，调控细胞生存、增殖、蛋白质合成、脂质生成、血管生成和自噬等生物过程。05TORC1 下游底物与效应图 6. TORC1下游底物及效应TORC1 与蛋白质合成真核起始因子4E（eIF4E） 是一种帽结合蛋白，可以特异性地识别mRNA的5'端的帽子结构，在真核翻译的起始过程中发挥重要作用。其阻遏蛋白4EBP1磷酸化缺失时，eIF4E 不能被释放出来用于招募核糖体用于激活翻译过程。mTOR通过磷酸化4EBP1，解除其对EIF4E的抑制作用，从而促进翻译和蛋白质的合成。TORC1还可以先磷酸化激活下游AGC家族核糖体S6激酶（S6K1），S6K1可以磷酸化激活核糖体S6蛋白（RPS6）、PDK1（AKT上游激动蛋白）、MDM2（p53抑制因子）、转录调节因子EEF2、接头蛋白IRS等，磷酸化抑制促凋亡蛋白BAD。最终的效应就是：避免细胞凋亡、促进蛋白质合成。TORC1 与脂质合成TORC1除了促进蛋白质合成外，还可以磷酸化激活STAT3 (信号转导与转录激活因子3)促进细胞增殖；激活SREBPs(固醇调节元件结合蛋白)和PPARα和γ(过氧化物酶体增殖物激活受体) 促进脂质合成。TORC1 与血管生成TORC1能够通过激活HIF1α促进血管生成，而HIF1α也可以间接地激活TSC2，从而对TORC产生负调控作用。TORC1与自噬TORC1通过磷酸化抑制下游底物ULK1等自噬相关蛋白，抑制自噬过程。综上所述，TORC1通过磷酸化激活/抑制一系列底物，直接/间接提高了蛋白质和脂质的合成、促进细胞增殖，引起细胞和组织的生长。06PI3K-AKT-mTOR 与肿瘤从上文我们可知，PI3K 通路可以通过多种途径避免细胞凋亡，促进其存活及增殖。PI3K/AKT信号通路在肿瘤发生中广泛的激活，尤其是PIK3CA，PIK3R1，PTEN，AKT等基因存在高频突变（其中PIK3CA基因在大约36%的乳腺癌中存在突变），与肿瘤发生、发展以及耐药密切相关。目前该通路的主要涉及的突变有：1、PIK3CA突变PIK3CA是肿瘤中编码 PI3K 蛋白 P110 亚基的基因，具有较高的突变比例。在前列腺癌、乳腺癌等多种癌症中，超过 10%以上的病例存在PIK3CA 突变。其中，激活型突变占80%以上。激活点突变可以让 PI3K 蛋白不依赖上游信号，而持续保持激活状态。PIK3CA 突变被认为是 EGFR-TKI 治疗产生耐药的潜在原因之一。2、PTEN突变前文我们提到， 抑癌基因PTEN能够产生与PI3K相反的效应，因此其突变也导致癌症发展。在子宫内膜癌、脑癌、皮肤癌和前列腺癌中， 10%以上的病例存在 PTEN 基因突变。3、AKT突变AKT基因家族包括：AKT1，AKT2，AKT3。AKT 在肿瘤中最常见的突变形式，是激活点突变和基因拷贝数异常增加。在乳腺癌、结直肠癌、卵巢癌和膀胱癌中，有相当高比例的病例。图 7. 针对PI3K-AKT-mTOR通路设计的药物如上图所示，目前针对PI3K、AKT以及mTORC靶点的药物研发均有一些进展。参考文献：[1] Robert, Jacques. Textbook of Cell Signalling in Cancer [M]. Springer International Publishing, 2015.[2]  Wagener C , Stocking C , O. Müller. Cancer Signaling - From Molecular Biology to Targeted Therapy[M]. 2017.[3] Amanda H . Cancer cell signalling[M]. Wiley Blackwell, 2014.部分素材来源于网络，侵删。预告第五期：细胞因子通路；第六期：TGFβ通路；原创不易，欢迎发现“分享”和“点赞”

-01-引言RAF激酶家族是促肿瘤有丝分裂原活化蛋白激酶途径的关键激活剂。RAF激酶家族中的丝氨酸/苏氨酸特异性蛋白激酶（ARAF、BRAF和CRAF）通过丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）途径向下游传递信号，以调节参与控制各种细胞机制的基因转录。RAF蛋白，特别是BRAF和CRAF的过度激活，在许多类型的癌症中驱动肿瘤进展和耐药性。BRAF突变导致组成型激酶激活，可在多种癌症中检测到，最显著的是甲状腺癌、黑色素瘤和结直肠癌。目前，有许多获批的针对BRAF突变肿瘤的BRAF靶向疗法，通常与MEK抑制剂联合使用，以最大限度地抑制MAPK通路并延缓耐药性。此外，KRAS抑制剂的发现和批准，也在临床试验中显示了极具前景的结果。然而，尽管已经有了BRAF V600和KRAS G12C突变癌症的治疗策略，但仍有许多MAPK活化癌症患者没有明确的靶向治疗策略。最近，人们越来越关注癌症中的RAF1的突变，其编码CRAF。在MAPK通路改变的肿瘤中，CRAF正在成为对MAPK靶向治疗耐药的关键分子。随着下一代测序在临床上的应用越来越广泛，致癌的RAF1改变在患者肿瘤中越来越多地被发现，专门针对这类致癌突变的药物正在出现，有望在临床上得到应用。-02-CRAF的结构和活化CRAF是一种75kDa的蛋白激酶，在哺乳动物组织中广泛表达。RAF蛋白家族共有三个保守区：CR1、CR2和CR3。CR1包含RAS结合结构域（RBD）和富含半胱氨酸的结构域（CRD），它们结合RAS。CR2结构域包含14-3-3蛋白相互作用结构域和一个重要的抑制性磷酸化位点（S259），该位点将CRAF维持在自动抑制状态。CR1和CR2位于CRAF的N-末端调控区。C末端CR3包含激酶结构域和14-3-3的额外结合位点（S621）。CR3中含有几个激活磷酸化位点，并被不同的激酶靶向以激活CRAF。CRAF激酶活性的调节是一个复杂的过程，涉及几种蛋白-蛋白相互作用及其细胞定位和磷酸化状态的变化。在失活状态下，CRAF在细胞质中以单体、自动抑制状态存在。抑制状态由CRAF上的几个抑制性磷酸化位点维持：S43的磷酸化通过空间位阻阻断CRAF与RAS的结合，S233和S259的磷酸化将蛋白复合物14-3-3募集到CR2，阻止CRAF与质膜的结合。在有丝分裂信号的下游，当RAS被激活时，它触发CRAF向质膜的募集，随后激活。RAS对RBD具有高亲和力，但CRAF激活需要RAS与CRD的额外相互作用。此外，CRD与质膜中的磷脂相互作用，有助于从抑制状态释放，并稳定与RAS的相互作用。在这个过程中，RAS从pS259置换14-3-3，使其可接近蛋白磷酸酶1（PP1）和/或蛋白磷酸酶2A（PP2A），介导其去磷酸化。RAS结合还诱导CRAF的构象变化，释放N-端和C-端结构域之间的内部自抑制相互作用，促进CRAF的“开放”构象，并通过多种激酶促进C-端催化结构域中激活位点的磷酸化，包括S338、Y341、T491和S494。此外，CRAF活化还涉及二聚化。目前的证据表明，野生型RAF蛋白需要RAS和募集到质膜进行二聚化，一些致癌BRAF突变体在细胞质中以RAS独立和组成的方式与CRAF异二聚化。-03- CRAF的致癌作用RAF1已被表征为人类致癌基因，CRAF蛋白的过度激活是上游信号蛋白（如RAS和生长因子受体）致癌激活肿瘤的常见特征。CRAF的典型致癌作用是由MAPK通路信号传导介导的，这通常与其激酶活性和激活周期有关。许多研究已经证明CRAF在多种癌症背景下调节ERK磷酸化的能力。在这些情况下，CRAF最终通过下游激活pERK的许多促肿瘤靶点来促进癌症的发生和发展。除了这种典型途径外，CRAF还可以以不涉及其激酶活性的MAPK独立方式促进癌细胞的存活、增殖和迁移。CRAF的激酶非依赖性作用首次在对Raf1敲除小鼠的研究中得到证实。CRAF在胚胎发生、血管形成和细胞存活过程中具有重要的激酶非依赖性作用。试验表明，CRAF在调节细胞凋亡中具有与MAPK通路无关的功能。CRAF可以转移到线粒体，在那里它磷酸化并失活促凋亡蛋白BAD。此外，CRAF可以直接结合并抑制促凋亡蛋白ASK-1和MST-2。CRAF还可以通过不同的机制调节细胞周期的进展。CRAF与肿瘤抑制因子RB相互作用并促进E2F的释放。CRAF还通过在G2/M转变期间在中心体和有丝分裂纺锤极与极光激酶a和极样激酶1（PLK1）的相互作用促进小鼠胚胎成纤维细胞和人类结直肠癌细胞系HCT116中的有丝分裂进展。RAS原癌基因家族（主要是KRAS、NRAS和HRAS）内的激活突变发生在约30%的所有癌症患者中，并导致MAPK和PI3K信号通路的组成性激活。尽管BRAF是野生型RAS下游的主要RAF亚型，但多项研究表明，RAS突变癌症将这种依赖性转变为CRAF。此外，体外研究表明，不同的RAS亚型具有不同的激活CRAF的能力。KRAS G12V比HRAS G12V106更有效地诱导CRAF向质膜的募集和下游MAPK途径的激活。CRAF结合亲和力和下游ERK磷酸化在不同的RAS突变体中具有广泛的可变性，这表明RAS突变可以通过MAPK依赖性和MAPK非依赖性的方式诱导肿瘤的发生和转移。即使在具有野生型RAS的肿瘤中，CRAF也是肿瘤进展所必需的。在缺乏RAS突变的人类肾细胞癌（RCCs）中，在55%的病例中观察到CRAF的过度磷酸化，表明CRAF在这种癌症类型中的主要致癌作用。类似地，RAF1过表达还发生在50%的人肝细胞癌（HCC）中，并与CRAF活性增加有关。-04-CRAF的致癌改变目前，已在癌症患者中鉴定出肿瘤原性RAF1改变（扩增、融合和突变）。这些改变发生的频率低于致癌的BRAF改变，但在患者的肿瘤中越来越多地被发现。因此，有必要表征RAF1的各种变化，以进一步了解致癌CRAF的生物学效应和潜在的治疗意义。RAF1的扩增在膀胱癌中最常见，在黑色素瘤、乳腺癌、胃食管癌、肉瘤、胶质母细胞瘤、卵巢癌、肝细胞癌和嗜铬细胞瘤中也观察到一定频率。RAF1融合最常见于毛细胞星形细胞瘤亚群和0.5-1%的前列腺癌、黑色素瘤和胰腺癌。在毛细胞星形细胞瘤中，SRGAP3–RAF1融合最常见；在前列腺癌中，常见ESRP1–RAF1融合。所有的RAF1融合都失去了CRAF的N末端自身抑制结构域，并将致癌C末端结构域与由高表达启动子调控的基因偶联，导致融合蛋白的过表达。RAF1的激活突变发生频率（~0.7%）远低于激活BRAF突变（~8%）。这种差异可能归因于CRAF的基础激酶活性低于BRAF。最常见的致癌RAF1突变是S257L，其次是密码子S259和P261的突变。这三个突变体聚集在CR2中，导致关键的自身抑制位点S259的磷酸化显著降低。此外，CRAF的蛋白激酶结构域内还有多个额外的复发致癌突变，包括R391、G361和E478。除了CR2和蛋白激酶结构域的突变外，在人类肿瘤中还发现了其他RAF1突变，如K106R和L613V。-05-CRAF在治疗反应中的作用新出现的证据表明，CRAF代表了对许多MAPK靶向疗法的治疗耐药性的关键节点。事实上，BRAF依赖性肿瘤可以转变为CRAF依赖性，作为对BRAF靶向治疗的抵抗机制。多个致癌RAF1突变（G361A、S257P、P261T和R391W）已被证明对BRAF V600E抑制剂vemurafenib具有耐药性。截短的RAF1通过与RAF1融合相同的机制，在体外显示出在癌症细胞中赋予对MET靶向治疗和EGFR靶向治疗的耐药性。这可能是由于截短的RAF1介导的MAPK通路的过度激活。RAF1融合和突变也与对新型KRAS G12C抑制剂的耐药性有关。通过多种机制维持CRAF激活是所有KRAS G12C抑制剂抗性细胞系的共同特征。KRAS G12C抑制剂已被批准用于治疗KRAS G12C-突变型肺癌，随着KRAS抑制剂在临床开发中的进展以及BRAF和MEK抑制剂越来越多地用于更广泛的癌症类型，CRAF介导的对MAPK抑制剂的耐药性将在临床实践中变得越来越普遍。需要进一步的研究来测试和开发治疗策略，最大限度地减少CRAF介导的MAPK抑制剂耐药性，并为新发或获得性CRAF依赖性肿瘤开发最佳疗法。-06-CRAF突变肿瘤的潜在治疗策略直接抑制致癌驱动因素的改变通常是癌基因驱动肿瘤最有效的靶向治疗策略。泛RAF抑制剂是一类新的MAPK抑制剂，可以抑制野生型和突变型BRAF以及野生型CRAF。因此，这些泛RAF抑制剂代表了靶向RAF1改变肿瘤的有前景的新疗法。与BRAF抑制剂（如vemurafenib）不同，泛RAF抑制剂不会在BRAF野生型或RAS突变细胞中引起MAPK途径的异常激活。此外，与前几代激酶抑制剂如索拉非尼和瑞戈非尼相比，泛RAF抑制剂是CRAF和BRAF的更特异性抑制剂。目前，许多新型泛RAF抑制剂正处于早期临床开发阶段，用于治疗RAS或BRAF突变肿瘤。这些泛RAF抑制剂中的大多数目前也在评估是否与其他靶向疗法，如MEK、ERK、EGFR和CDK4/6抑制剂或免疫疗法（抗PD1单克隆抗体）联合使用。最近报道了泛RAF抑制剂纳波拉非尼和MEK抑制剂曲美替尼联合应用的I期试验结果，该试验在NRAS突变黑色素瘤患者中具有良好的抗肿瘤活性。-07-结语CRAF是一种蛋白激酶，它的突变和过度激活驱动癌症的进展和治疗耐药性。临床实践中越来越多地发现癌症患者中的RAF1改变，但目前，对于RAF1改变的肿瘤，还没有标准的治疗方法。然而，幸运的是，有大量新的临床前和临床证据表明，多种新的靶向治疗方法与MAPK通路抑制剂的新组合对RAF1改变的肿瘤具有疗效。这些新抑制剂的可用性和有效性突出了CRAF作为癌症治疗靶点的潜力。参考资料：1.  The role of CRAF in cancer progression: from molecular mechanisms to precision therapies. Nat Rev Cancer. 2024 Jan 9.公众号内回复“ADC”或扫描下方图片中的二维码免费下载《抗体偶联药物：从基础到临床》的PDF格式电子书！公众号已建立“小药说药专业交流群”微信行业交流群以及读者交流群，扫描下方小编二维码加入，入行业群请主动告知姓名、工作单位和职务。

邢峻豪 药物化学博士，副研究员。2016年毕业于中国药科大学药物科学研究院，2015年10 月至2016年11月赴美国密西根大学安娜堡分校进行访学。主要研究方向为全新小分子药物的发现及药物合成工艺研究。先后主持国家自然科学基金和江苏省自然科学基金等纵向课题多项，并作为主要成员参与重大新药创制项目1项、国家级及省级科研课题多项。近年来以第一作者或通信作者在Angew Chem Int Ed, ACS Catal, Eur J Med Chem 等学科权威期刊发表论文多篇。此外，完成盐酸替罗非班、阿格列汀、利格列汀及阿哌沙班的工艺研究，授权专利8项，成果转化1项。 凋亡信号调节激酶1抑制剂的研究进展 PPS  柏琛，王小宇，邢峻豪* （中国药科大学理学院，江苏 南京 211198） [摘要] 凋亡信号调节激酶1（ASK1）是细胞丝裂原活化蛋白激酶激酶激酶（MAP3K）家族成员之一，其调控的ASK1-c-Jun氨基末端激酶（JNK）-p38丝裂原活化蛋白激酶（p38）信号通路与多种疾病密切相关。在细胞应激的刺激下ASK1被激活，诱导其下游JNK和p38磷酸化，进而激活下游细胞因子，促进细胞增殖、分化、凋亡及炎症因子的产生，导致机体出现破坏性的炎症反应、细胞 死亡与纤维化。目前，ASK1抑制剂已在如肾脏、肝脏、中枢神经系统和关节等疾病中表现出治疗潜力。综述ASK1抑制剂的研究进展 及其在疾病治疗中的潜在应用，旨在为该类抑制剂的设计与开发提供参考。 细胞凋亡信号调节激酶1（apoptosis signal regulating kinase 1，ASK1）已成为预防p38丝裂原活化蛋白激酶（p38 mitogen activated protein kinases，p38）和c-Jun氨基末端激酶（c-Jun N-terminal kinase，JNK）介导的细胞死亡和疾病的重要靶点[1-4]。大量研究表明，p38和JNK是细胞应激反应的关键介质，与多种人类疾病密切相关[5-9]。然而p38及JNK等普遍表达的蛋白对细胞存活、维持稳态和调节代谢功能至关重要，因此，完全抑制p38或JNK的活性会导致严重问题[10-12]。此外，p38及JNK抑制剂均表现出严重的肝毒性等副作用，故直接靶向p38或JNK的治疗策略欠佳[13-15]。ASK1与p38和JNK类似，均在多种细胞中普遍表达，但ASK1主要在细胞应激下被激活，受氧化还原信号的严格控制[16]。因此，作为p38和JNK的上游调节因子，ASK1是较理想的可成药靶点，能够在p38和JNK介导的疾病中发挥显著的治疗作用。 1 细胞凋亡信号调节激酶1 ASK1 是人丝裂原活化蛋白激酶激酶激酶（mitogen-activated protein kinase kinase kinases， MAP3K）家族成员之一，可激活人丝裂原活化蛋白激酶激酶4/7（mitogen-activated protein kinase kinase 4/7，MKK4/7）-JNK 通路和人丝裂原活化蛋白激酶激酶3/6（mitogen-activated protein kinase kinase 3/6，MKK3/6）-p38通路，然后磷酸化多种底物以促进炎症和细胞死亡（见图1）[17]。ASK1可响应各种应激源，包括活性氧（reactive oxygen species，ROS）、内质网（endoplasmic reticulum，ER）应激、热、渗透休克、受体介导的炎症信号[如肿瘤坏死因子α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）或脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）]、钙离子超载和病原体感染等[18-19]。在正常条件下，ASK1通常被含硫醇的抗氧化蛋白结合和抑制，包括硫氧还蛋白（thioredoxin，Trx）、谷氧还蛋白（glutaredoxin，Grx）和过氧化物还原蛋白（peroxiredoxin，Prx）[20]。在细胞应激下，这些抗氧化蛋白发生氧化并与ASK1解离，导致激活环内ASK1同型二聚体，在Thr838位点发生反式自磷酸化。磷酸化的ASK1具有更高的催化活性并磷酸化MKK3、MKK4、MKK6和MKK7，进而磷酸化并激活p38和JNK，这些磷酸化的激酶通过核内转录因子诱导细胞凋亡、炎症和纤维化，从而导致组织损伤[21]。鉴于前述的广泛影响，多项研究表明，异常的ASK1信号与人类疾病密切相关[22-23]。此外，ASK1敲除小鼠在基础条件下未显示任何明显的表型[24]。该证据表明，ASK1抑制剂可能是一种可用于治疗多种疾病的安全且有效的药物，具有较大的临床应用价值。 2 细胞凋亡信号调节激酶1抑制剂与疾病 2.1 非酒精性脂肪肝病 目前已报道的ASK1抑制剂主要应用于非酒精性脂肪性肝炎（non-alcoholic steatohepatitis，NASH）治疗。NASH是非酒精性脂肪性肝病（nonalcoholic fatty liver disease，NAFLD）最严重的类型，也是慢性肝衰竭的主要诱因[25]。2016年，吉利德科学公司公布了高选择性ASK1抑制剂化合物1的Ⅱ期临床试验结果，确定其对患有Ⅱ期或Ⅲ期肝纤维化NASH患者安全有效[26]。在该项试验中，接受化合物1治疗的受试者肝病进展显著减缓；治疗24周后，在给药剂量18 mg组中，30例NASH患者中有13例纤维化得到逆转，给药剂量6 mg组中，27例中有8例纤维化症状明显缓解。上述研究结果表明，化合物1治疗对NASH患者安全有效。随后，大规模Ⅲ期临床试验评估化合物1用于NASH诱导的代偿性肝硬化治疗，该试验原计划持续240周，但在48周后停止，中止的原因为未达到预期临床终点[27]。然而，评估化合物1、firsocostat（GS-0976，一种ACC抑制剂）、cilofexor（GS-9674，一种非甾体类FXR激动剂）单一及联合用药治疗NASH（NCT02781584）以及NASH引起的桥接性 纤维化或代偿性肝硬化（NCT03449446）等2项Ⅱ期临床试验显示，使用组合疗法进行为期12周的治疗是安全的，并能改善肝脏脂肪变性、肝脏生化指标和纤维化指标，疗效与单一疗法相似。上述研究结果表明，ASK1抑制剂仍具有治疗NASH的潜力[28-29]。 在化合物1的基础上，江苏豪森药业集团有限公司发现了一系列新型ASK1抑制剂，可用于治疗NASH[30]。其中，通过环化法获得的化合物2和消旋化合物3对ASK1表现出相同的体外生化抑制活性，其IC50均为3.9 nmol · L-1；然而它们的药代动力学参数在小鼠中显示出显著差异。化合物3是在化合物2的结构基础上将甲基引入异吲哚啉酮环中获得，但表现出更好的药代动力学性质。该结果表明，当脂溶性基团（如甲基）被引入ASK1抑制剂 的结构中时，化合物在体内的代谢一般会减慢，其生物半衰期也会相应延长。在高脂饲料和CCl4诱导的NASH小鼠的体内实验表明，化合物2具有比化合物1更好的疗效，提示通过环化策略开发新型ASK1抑制剂是可行的。 此外，江苏豪森和广东东阳光分别用适当的连 接子环化化合物1的环丙基和三氮唑基团，获得另一类新型ASK1抑制剂[31-32]。该研究首先制备了化合物4 ~ 6以分析其环大小对活性的影响，体外活性实验结果显示，这些化合物均在低纳摩尔水平下对ASK1表现出抑制活性，表明该位置环的大小对ASK1蛋白的抑制活性具有良好的耐受性。随后，该研究引入含有杂原子的官能团进入新环，结果表明，除三氮唑吡嗪骨架化合物8的抑制活性（IC50 = 47.8 nmol · L-1）大幅下降以外，氧杂环产物7和砜杂环产物9对ASK1的抑制活性基本保持不变，IC50 均低于10 nmol · L-1。然后，该研究向化合物 4 的吡咯环引入了不同性质的取代基以进行详细的构效关系研究，得到了化合物10 ~ 13，并发现除 化合物13以外，该类化合物均显示出较高的抑制活性，但这些脂溶性基团反而促进了其在体内的代谢，半衰期均比化合物4短。为了探究该类抑制剂与ASK1蛋白的作用机制，将化合物4和ASK1蛋白进行分子对接，结果显示，化合物4的羰基与 ASK1 的铰链区氨基酸残基Val757产生关键性的氢键作用，而三氮唑伸入疏水口袋和Lys709形成氢键，吡咯环在疏水口袋边缘（见图2）。该研究结果表明，虽然环的大小不会影响对ASK1的抑制活性，但当环上含有NH等极性较大的基团时，可能会影响三氮唑伸入疏水口袋而使抑制活性降低。在对高脂饲料和CCl4诱导的NASH小鼠的体内实验表明，该类化合物均可显著降低小鼠的谷丙转氨酶和谷草转氨酶水平，且效果优于化合物1。综上可见，通过环化策略开发新型ASK1抑制剂具有可行性，且引入不同大小及性质的环能够在保留较高ASK1抑制活性的同时，改善药物分子的药代动力学性质。 2.2 慢性肾脏疾病 在慢性肾脏疾病（chronic kidney disease，CKD）患者中，ASK1-JNK-p38信号通路被激活，驱动肾小管上皮细胞、足细胞和系膜细胞的凋亡，引起肾脏炎症和纤维化[33]。目前已有大量研究表明，抑制ASK1活性能够通过减少细胞死亡、炎症和纤维化来维持肾功能[34]。为了开发出新型ASK1抑制剂，吉利德科学公司使用竞争性时间分辨荧光共振能量转移免疫测定法针对ASK1激酶结构域筛选了含约100 000种化合物的化合物库，筛选出的先导化合物吡啶酰胺衍生物14具有中等抑制活性（IC50 = 2.2 μmol · L-1）[35]。对化合物14与ASK1的结合模式分析表明，三氮唑N-甲基取代基周围有一个疏水口袋，可以填充更大的基团，而在吡啶环上引入亲水性芳香基团可以改善其理化性质。通过组合这些优选元素发现，化合物15具有较高的活性。随后，研究人员进一步优化了氢键受体的性质以提高选择性，在对该位置的芳基、杂芳基和杂环取代基进行广泛筛选后发现，将吡啶环替换为咪唑不仅保持了抑制活性，而且还提高了溶解度。随后，引入4-环丙基咪唑合成了化合物16，其生物活性比化合物14提高了750倍以上。分子对接结果显示，化合物16与Val757和Lys709形成关键性的氢键，三氮唑的N-环丙基填充了Ser821、Asp822、Leu810和Asn808等氨基酸残基形成的口袋，咪唑环延伸到铰链区，并与Tyr814形成氢键。体内外实验研究表明，化合物16是一种有效的选择性ASK1小分子抑制剂，在啮齿动物中口服有效且耐受性良好。另外，多个急性和慢性肾脏疾病的体内模型研究表明，ASK1是肾纤维化、细胞凋亡和炎症的关键介质；接受化合物16预防性或治疗性给药的啮齿动物，其肾小管间质纤维化和凋亡、肾小球硬化和蛋白尿等症状明显减缓，且肾功能得到改善。 基于吉利德科学公司的研究，广东东阳光公司开发了一系列酰胺类新型ASK1抑制剂（化合物17 ~ 23），用于慢性肾脏疾病的治疗[36]。值得注意的是，该研究所涉及化合物的酰胺结构位置与化合物16等其他抑制剂的结构位置不同，其中氨基和羰基的位置发生了交换，但仍保留了较高的抑制活性，化合物17的IC50为2.43 nmol · L-1，与化合物16的活性基本相同。提示，这可能是因为化合物16吡啶环上氮原子能够与酰胺键形成分子内氢键使整体构象趋近于平面，将化合物16的氨基和羰基互换位置并将苯环替换为吡啶环后，分子内的氢键得以保留因而不影响其抑制活性。化合物16和化合物17与ASK1的分子对接结果（见图3）也证明了这一点，并且其作用模式均与化合物1相似。将环丙基替换为异丙基得到的化合物18活性有显著提高，但将溶剂区吡啶氮原子更换位置后，活性会下降。另外，当溶剂区吡啶环上引入N-吗啉基、甲氧基、甲硫基等亲水性取代基时活性显著高于引入亲脂性的氟原子。体内实验结果表明，该系列化合物在口服给药后大鼠体内血药浓度及暴露量水平较高，清除率较低，口服生物利用度较好，在肝和肾中的浓度较高，具有良好的药代动力学性质；将其应用于单侧输尿管梗阻的肾纤维化大鼠模型中，可以显著降低肾纤维化水平。 2.3 神经退行性疾病 阿尔茨海默病（Alzheimer , s disease，AD）和帕金森综合征（Parkinson , s disease，PD）等神经退行性疾病发病率逐年提升，严重威胁人类健康。目前的研究表明，在氧化应激的条件下，神经毒性氧化物能够显著且持续地使ASK1磷酸化，激活ASK1-JNK-p38信号通路，造成神经元细胞死亡，引起相应疾病的发生[37]。因此，通过调节ASK1的 活性治疗人类神经系统疾病具有巨大的潜在价值。为了开发强效、高选择性和高脑渗透性的ASK1抑制剂，Felix研究小组采用基于结构的药物设计策略（structure-based drug design，SBDD），通过检测被人ASK1-V5全长质粒转染的高表达ASK1 的HEK-293T细胞系中的磷酸化水平，发现化合物24具有中等ASK1磷酸化抑制活性（细胞IC50 = 138 nmol · L-1），并且药物在大鼠脑间质液与血液中的游离药物浓度比Kp, uu达0.38，具有较好的中枢渗透性[38]。为了提高活性及选择性，研究人员首先将化合物24中的异丙基位置引入三氟甲基，旨在靶向极性氨基酸残基Asp807、Asn808和Ser821，得到化合物25。研究结果显示，化合物25具有更好的药效及药代动力学性质，但选择性并没有较大改善；通过分子对接分析（见图4）表明，手性三氟甲基更偏向溶剂区而远离疏水口袋，无法与极性氨基酸形成额外的作用。随后，研究人员将化合物25的溶剂区替换为极性表面积（polar surface area， PSA）更小的甲氧基吡啶基，并且让杂原子处于合适的位置与酰胺的NH形成分子内氢键，因为更小的PSA有利于提高化合物的脑渗透性，分子内的氢键有利于降低分子的极性并使分子构象趋近于平面而保持较高活性。该研究结果显示，化合物26活性（细胞IC50 = 25 nmol · L-1）、脑渗透性（Kp, uu = 0.46）等理化性质均较佳。此外，虽然化合物26激酶选择性仍低于化合物1，但在0.1 μmol · L-1下，其仅对468种激酶中的9种结合率超过90%。体内实验结果表明，化合物26通过抑制ASK1活性，可减少Tg4510转基因AD小鼠模型中异常升高的IL-1β、趋化因子KC/GRO及单核细胞趋化蛋白-1（monocyte chemoattractant protein-1，MCP-1）等脑细胞因子以达到治疗疾病的效果。上述实验结果显示，用中枢神经系统渗透性ASK1抑制剂是治疗神经退行性疾病的潜在方案，可通过对溶剂结合区的结构修饰提升ASK1抑制剂的选择性及脑渗透性。 2.4 自身免疫引起的炎症性疾病 当机体受到热、渗透压、病原体感染等外界刺激时，ASK1-JNK-p38信号通路被激活，释放出白介素-6（interleukin-6，IL-6）、TNF-α 和 IL-1β 等促炎细胞因子，诱导细胞程序性死亡以清除体内多余或受损的细胞[39]。然而当免疫功能紊乱时，ASK1被持续激活，释放出的炎症因子对机体造成持久性损伤。因此，选择性抑制ASK1的活性有望治疗自身免疫引起的炎症性疾病[40-41]。Swinnen等[42]采用基于靶点的高通量筛选（high throughput screening，HTS）开发了三唑并吡啶类小分子ASK1抑制剂（化合物27 ~ 30），其先导化合物27显示出对ASK1 中等抑制活性，其IC50为3 000 nmol · L-1。分子对接结果（见图5）显示，化合物27的羰基与Val757形成氢键。为了提高其药效和药代动力学性质，研究人员合成了182种三唑并吡啶类衍生物。分子对接和活性测试结果表明，三唑并吡啶环伸入疏水口袋，因此，在7位碳原子上引入亲脂性的三氟甲基有助于活性的提高；在5位碳原子上引入单取代的含氮基团可以与疏水口袋边缘的Leu686形成额外的氢键作用从而大幅度提高活性及选择性，且氮原子上取代基为柔性基团时活性要优于刚性基团，刚性环越大活性越低；将苯环替换为吡啶环后，不仅可以使吡啶环氮原子与Tyr814形成额外的氢键作用，同时分子构象产生了较大的变化，三唑并吡啶环的1位氮原子及酰胺键的NH与Val757形成氢键网络从而大幅度提升活性。药代动力学和药效学研究表明，化合物28不仅具有较高的ASK1抑制活性（IC50 = 93 nmol · L-1）和优异的选择性，其代谢稳定性强、 细胞膜渗透性高且血浆蛋白结合率适宜。同时，体内实验表明，化合物28可以改善由自身免疫紊乱引起的变态反应性脑脊髓炎（experimental allergic encephalomyelitis，EAE）和自身免疫性视神经炎（autoimmune optic neuropathy，AON），并可能有助于治疗包括多发性硬化症（multiple sclerosis， MS）在内的自身免疫引起的神经性炎症。 陈亚东课题组采用SBDD策略，开发了1H-吲唑衍生物作为有效的ASK1抑制剂[43]。为了使1H吲唑骨架靶向ASK1，研究人员向先导化合物31（IC50 = 532 nmol · L-1）引入化合物1的异丙基和4环丙基咪唑片段，合成了化合物32，其IC50达到 62.2 nmol · L-1。随后，研究人员进行了构效关系研究，合成了20多种衍生物，筛选出了候选化合物33，其在体外显示出优异的ASK1激酶抑制活性（IC50 = 29.9 nmol · L-1）。分子对接结果（见图6）表明，该类化合物与化合物1的作用模式类似，但化合物33 是通过1H-吲唑环的2位氮原子与Val757形成氢键，并且1位NH与Glu755形成额外的氢键作用，这为ASK1抑制剂的开发提供了新的思路。研究人员采用AP1-HEK293细胞系进行了机制及细胞活性验证，该细胞系含有一个萤火虫荧光素酶基因，当细胞受到佛波酯（phorbol-12-myristate-13-acetate，PMA）刺激时，ASK1-JNK信号通路被激活而使荧光素酶基因表达增加，使用ASK1抑制剂可抑制 ASK1 活性进而使其表达降低，化合物33对该细胞系中的ASK1具有良好的抑制作用。在TNF-α诱导的HT-29 肠上皮细胞模型中，化合物33对细胞的保护作用与化合物1相当，且在高达25 μmol · L-1的浓度下对正常的HT-29细胞无明显的细胞毒性。通过蛋白质印迹分析表明，化合物33能够通过抑制TNF-α诱导的HT-29细胞中ASK1-JNK-p38信号通路的磷酸化调控细胞凋亡相关蛋白的表达水平，可能是一种治疗免疫性肠炎（inflammatory bowel disease，IBD）的潜在化合物。 3 结语与展望 ASK1是一种广泛表达且进化上保守的诱导细胞死亡、纤维化和炎症的关键介质，抑制ASK1的活性有望为肾脏、肝脏、中枢神经系统、炎症等多系统疾病提供新的治疗策略。目前已开发出多种具有良好药效和高选择性的ASK1抑制剂。这些 ASK1 抑制剂大多数为小分子，且具有出色的药代动力学性质。然而，目前大多数ASK1抑制剂是基于化合物1作为先导化合物通过环化策略或生物电子等排原理开发的类似物，母核结构类型较为单一且作用机制类似。此外，目前报道的抑制剂构效关系研究尚不够深入，多数化合物的激酶选择性仍不够理想，ASK1在靶标特异性、配体结合力方面的结构基础仍需进一步探索。 除了采用SBDD及HTS开发新型ASK1抑制剂以外，已有分子胶、蛋白水解靶向嵌合体等多种异双功能分子被报道能够用于调控蛋白激酶活性，并且在细胞层面表现出显著的活性和较高的选择性，这些策略的应用将进一步拓展基于ASK1开发新药分子的研究思路。 参考文献： [1] Matsuzawa A. 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