【First-in-class药设系列】假激酶类新靶标的药物发现前景

假激酶(Pseudokinase)是在经典蛋白分类上属于蛋白激酶超家族，主要通过非催化机制的信号传递发挥功能。假激酶在结构骨架上与同超家族的传统激酶成员高度相似，不同的在于，其催化结构域上本来执行催化的位点在进化过程中失去了催化功能，转而通过组装大型复合体或变构传递信号从而行使功能。假激酶在进化上非常保守，在多个物种均有发现，据估计约占人类激酶组的10.8%。虽然对绝大多数假激酶的功能仍知之甚少，但迄今为止的研究表明假激酶在发育、免疫应答和代谢中发挥关键作用。假激酶的突变和表达失调与多种发育和形态障碍以及很多疾病相关联，如癌症、神经系统疾病、代谢性疾病和自身免疫性疾病等，为上述疾病的创新药物发现提供了一类全新的潜在靶标。

迄今为止，已经解析的假激酶结构域的晶体结构显示假激酶具有与催化活性激酶相同的总体激酶结构域折叠。这种高度保守的折叠由N-端裂片（N-lobe）、C-端裂片（C-lobe）以及连接它们的柔性铰链区组成。在催化位点上，假激酶缺少一个或多个关键保守催化残基，如VAIK模体中的赖氨酸（K），HRD模体中的天冬氨酸（D），DFG模体中的天冬氨酸（D），这些残基往往是催化过程中转移电子的关键残基，使得假激酶在不同程度上失去了催化磷酸根转移的典型活性中心。另一方面，大多数假激酶保留了与核苷酸和二价阳离子相互作用的能力。根据结合核苷酸或二价阳离子的能力的不同，将假激酶分成四类：第一类假激酶不结合核苷酸或二价阳离子；第二类假激酶在没有二价阳离子情况下结合核苷酸；第三类假激酶可结合二价阳离子，而不结合核苷酸；第四类假激酶可结合核苷酸和二价阳离子。

结构和生物化学研究表明，非催化激酶信号的调节与活性激酶的调节基本相似。但目前尚未有任何靶向假激酶的药物获得临床批准。与活性激酶相比，假激酶对药物设计提出了更大的挑战。一方面，对于那些具有可进入的ATP结合口袋的假激酶靶标，可参考开发激酶抑制剂的研究策略，筛选开发ATP竞争性小分子，诱导构象变化，并将假激酶的构象稳定于打破现有相互作用的状态，或促进新的相互作用形成，从而产生干预的信号输出，操控假激酶的非催化功能。另一方面，有些假激酶在结合核苷酸后构象状态和功能不受影响，或者有些激酶假定的不同核苷酸结合口袋妨碍了配体的结合，则不适合以ATP结合口袋进行药物开发，需要考虑其他方法，如识别经典的核苷酸结合口袋之外的变构位点，并在变构位点上开发调控假激酶的调节剂，或招募蛋白质降解机器靶向假激酶的分子以及治疗性抗体等。

目前已初步进入药物开发的假激酶新靶标包括HER3（Neurological diseases），ROR1（Chronic lymphocytic leukaemia）, ROR2（Robinow syndrome）, PTK7（Metastatic melanoma），RYK（Epithelial ovarian cancer），JAK3（Autoimmune disease）, MLKL（Neurodegeneration），KSR（allosteric activator，Obesity），FAM20A（Raine syndrome）和TRRAP（Oncogenic disease）等。

假激酶并不是单独独立于激酶之外的新型蛋白，其在进化上对应的是存在失活突变的激酶成员。随着对假激酶功能认识的生理逐渐加深，其对于正常生理过程和疾病中的作用机制也越来越明显。由于假激酶的结构和机制研究显示假激酶的调控与其活性对应物之间具有惊人的相似性，因此，我们从激酶药物开发中所得到的经验也适用于假激酶药物开发，反之亦然。由于假激酶上伪活性位点（pseudoactive sites）结构的多样性，因此靶向假激酶的小分子药物具有更高的特异性和更大的药物化学设计空间。

参考文献：

1.    Kung, J.E. andN. Jura, Prospects for pharmacological targeting of pseudokinases. NatRev Drug Discov, 2019. 18(7): 501-526.