环核苷酸磷酸二酯酶PDE作为药物靶点的研究进展
磷酸二酯酶5抑制剂的发现和治疗用途
维普资讯
国外医学药 学分 册 ２Ｏ０２年 ２月 第 ２９卷有较少的一部分。ＰＤＥ酶对于将环状核苷酸 的 ｃ５位增加一个磺酰胺基，ＰＤＥ５抑制剂的药效有
浓度维持在一个相对较窄 的范围内 ，起 着关键的调 了本质的提高。在芳香环侧链 的 ｃ２位增加一个 乙
阻断 内源性 ＲＧＳ抑制剂 （如 ＰＩＰ３）的作用可能 刺激 ＲＧＳ蛋 白的 ＧＡＰ活性 ，进 而 能减 弱 Ｃ，ａｏ，Ｇ 和 ｃ０ｑ的信 号，此 外 ，由于许多刺 激性 配体 如趋化 因 子 、。肾上腺素、血管紧张素和内皮素通过 Ｇｏ．ｑ或 Ｇ 刺激 ＰＬＣ活力产 生作 用 ，因此 能在 特 定 细胞 中抑制 信号传导的药物将会非常有用，例如 ＲＧＳ激动剂能 阻断 Ｇ 所 致 的炎 症 反 应 ，在高 血 压 和 血 管 狭 窄时 ＲＧＳ２激动剂也能阻断 Ｇ 信号 。
磷酸二酯酶4抑制剂作为特发性肺纤维化药物治疗的可能性
◇综述与讲座◇摘要特发性肺纤维化（IPF ）是一种进行性、不可逆和典型的慢性纤维化肺病，近年来，对IPF 的病理生理学认识、临床诊断和治疗有了显著进展。
但至目前为止，仍然没有治愈IPF 的方法。
第二信使环磷酸腺苷（cAMP ）在IPF 的发展过程中抑制成纤维细胞增殖或向肌成纤维细胞分化。
磷酸二酯酶4（phosphodiesterase 4，PDE4）是肺成纤维细胞中主要的cAMP 降解酶，在纤维化的进展中上调，PDE4抑制剂在IPF 模型中具有体内和体外抗纤维化作用。
此外，PDE4广泛参与炎症过程，炎症过程在IPF 的发病机制中也很活跃。
因此，抑制PDE4是一种潜在的治疗IPF 的方法。
本文综述了IPF 的发病机制和PDE4抑制剂在治疗IPF 中的生理功能。
关键词磷酸二酯酶4（PDE4）；特发性肺纤维化（IPF ）；炎症反应；氧化应激中图分类号：R563文献标志码：A文章编号：1009-2501(2023)07-0818-06doi ：10.12092/j.issn.1009-2501.2023.07.013特发性肺纤维化（idiopathic pulmonary fibro-sis ，IPF ）是一种慢性、进行性、纤维化间质性肺炎，主要特征是细胞外基质（extracellular matrix ，ECM ）过度沉积，导致肺的静态肺顺应性降低，气体交换中断，最终导致呼吸衰竭和死亡［1］。
其发病率随着年龄的增长而急剧上升，据报道，欧洲和北美每年有（2.8～18）/10万人，而亚洲和南美洲为（0.5～4.2）/10万人，在初次诊断后中位生存期仅为3～5年［2-3］。
IPF 的发病机制尚未完全清楚，目前有两种抗纤维化药物被批准并推荐用于治疗IPF ［4］，即吡非尼酮和尼达尼布。
目前的治疗方法只能减缓，不能逆转或停止疾病进展，并伴有可能导致治疗延迟或停止的副作用。
目前，唯一可能治愈IPF 和其他ILD 的治疗方法仍然是肺移植。
西洛他唑防治脑卒中的研究进展_徐晓玉
西 洛 他 唑 （ cilostazol ，CZ ） 通 过 抑 制 环 核 苷 酸 磷 酸 二 酯 酶 -3 （ cyclic nucleotide phosphodiesterase -3 ， PDE -3 ） 活 性 和 抑 制 环 磷 酸 腺 苷 （ cyclic adenosine monophosphate ，cAMP ） 降 解 ，使 血 小 板 和 血 管 内 皮 细 胞 等 的 cAMP 水 平 增 高 ，从 而 可 逆 地 抑 制 血 小 板 聚 集 、抗 血 栓 形 成 、抑 制 血 管 平 滑 肌 细 胞 增 殖 和 保 护血管内皮细胞。目前认为脑卒中的发病机制主 要是血管狭窄及在动脉粥样硬化的基础上出现血 栓 形 成 等 ，血 小 板 聚 集 被 认 为 是 该 病 理 过 程 中 的 重 要 步 骤 ，抗 血 小 板 聚 集 及 调 脂 是 脑 卒 中 治 疗 重 要 的 基本法则。西洛他唑作为后起的抗血小板聚集药， 受到越来越多的重视。本文拟就西洛他唑在脑卒 中防治中的临床应用做一综述。 1 西洛他唑的药理特性和作用机制
西 洛 他 唑 的 分 子 式 为 C2 0 H2 7 N5 O2 ，相 对 分 子 质 量 为 3 6 9 ． 4 7 ，其 化 学 名 称 为 6 -［4 -（ 1 -环 己 基 -1 H -戊 四 唑 -5 ） 丁 氧 基］-3 ，4 -二 氢 -2 （ 1 H ） -喹 啉 酮 ，其 体 内 代 谢 过 程 符 合 二 室 模 型 ，血 浆 蛋 白 结 合 率 高 达 9 5 % 以 上［1］ 。 西 洛 他 唑 经 口 服 给 药 后 3 h 达 到 最 高 的 血 药 浓 度 ，2 4 h 内 出 现 最 大 抗 血 小 板 聚 集 作 用 ，该 作 用 存 在 浓 度 依 赖 性［2］ ，通 常 在 4 8 h 内排出体外。
环化核苷酸的功能研究进展
综 述生命科学仪器 2023年第21卷/第5期8作者简介:李钊(1998),男,E -m a i l :3120201405@b i t .e d u .c n㊂通讯作者:高昂(1983),女,博士,北京理工大学,教授,E -m a i l :a n g .g a o @b i t .e d u .c n ㊂基金项目:国家自然科学基金项目(32171219)环化核苷酸的功能研究进展李 钊 高 昂*(北京理工大学生命学院,分子医学与生物诊疗工业和信息化部重点实验室,北京100081)摘要 环化核苷酸是由一个或多个核苷单磷酸通过磷酸二酯键形成的环状二酯小分子,其作为信号转导分子在调节细胞代谢㊁转录调控㊁细胞生长等生理功能中发挥着重要作用㊂最新研究发现多种类型的环化核苷酸分子能够激活后生动物的固有免疫反应和细菌的抗噬菌体防御系统㊂本文总结了目前发现的环化核苷酸种类,对其功能机制的研究进展做了简要综述,并提出了目前所存在的问题以及潜在开发方向㊂关键词 环化核苷酸;信号通路调控;固有免疫;适应性进化R e s e a r c h P r o g r e s s o n t h e F u n c t i o n o f C yc l i c N u c l e o t ide s L I Z h a o ,G A O A n g*(S c h o o l o f L i f e S c i e n c e ,B e i j i n g I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y ,K e y L a b o r a t o r y o f Mo l e c u l a r M e d i c i n e a n d B i o d i a g n o s i s ,M i n i s t r y o f I n d u s t r y a n d I n f o r m a t i o n T e c h n o l o g y ,B e i j i n g ,100081)ʌA b s t r a c t ɔC y c l i c n u c l e o t i d e s a r e c y c l i c d i e s t e r s m a l l m o l e c u l e s f o r m e d b y o n e o r m o r e n u c l e o t i d e m o n o p h o s ph a t e s t h r o u g h p h o s p h o d i e s t e r b o n d s .A s s i g n a l t r a n s d u c t i o n m o l e c u l e ,t h e y p l a y i m p o r t a n t r o l e s i n m a n y p h y s i o l o gi c a l f u n c t i o n s i n c l u d i n g c e l l m e t a b o l i s m ,t r a n s c r i p t i o n r e g u l a t i o n a n d c e l l gr o w t h .T h e l a t e s t r e s e a r c h h a s f o u n d t h a t v a -r i o u s t y p e s o f c y c l i c n u c l e o t i d e m o l e c u l e s c a n a c t i v a t e t h e i n n a t e i mm u n e r e s p o n s e o f m e t a z o a n s a n d t h e a n t i -p h a ge d ef e n s e s y s t e m o f b a c t e r i a .T h i s a r t i c l e s u mm a r i z e s t h e t y p e s o f c y c l i c n u c l e o t i d e s d i s c o v e r e d s o f a r ,b r i e f l yr e v i e w s t h e r e s e a r c h p r o g r e s s o f t h e i r f u n c t i o n a l m e c h a n i s m s ,a n d p u t s f o r w a r d t h e c u r r e n t p r o b l e m s a n d p o t e n t i a l d e v e l o p-m e n t d i r e c t i o n s .ʌK e y wo r d s ɔc y c l i c n u c l e o t i d e s ;r e g u l a t i o n o f s i g n a l p a t h w a y ;i n n a t e i mm u n i t y ;a d a p t i v e e v o l u t i o n 中图分类号:Q 93 文献标识码:A D O I :10.11967/2023211002引言近些年发现,环化核苷酸作为第二信使分子参与调控多项生理活动㊂环化核苷酸主要以环状单磷酸核苷酸和环状寡核苷酸两种形式存在于生物体内㊂目前已知的环状单磷酸核苷酸c AM P ㊁c GM P 在生物体内的代谢㊁转录调控㊁视觉信号等生理过程中起着重要的信号转导作用;3'3'-c -d i -AM P ㊁3'3'-c -d i -GM P ㊁2'3'-c G AM P 等环状寡核苷酸参与调控包括核糖开关㊁基因转录㊁细菌运动性㊁生物膜的形成和固有免疫等生理活动㊂环化核苷酸及其下游信号通路的研究,极大地推动了疫苗等相关临床药物的研发,拓展了免疫疗法的应用㊂例如固有免疫反应中2'3'-c G AM P 的发现,引发了对固有免疫反应激动剂的研究,一系列环化核苷酸类激动剂和纳米药物被研发用于治疗病原体感染和肿瘤等疾病㊂因此,对于环化核苷酸的研究具有重要的理论价值和应用前景㊂本文基于目前对于环化核苷酸的研究,系统总结了其多样性以及在生物体内的调控机制㊂1 环状单磷酸核苷酸环状单磷酸核苷酸通常由核苷酸分子的磷酸部分与核糖部分第三位碳原子的羟基脱水缩合形成一个环状的核苷酸(图1)㊂目前在生物体内发现了四种环状单磷酸核苷酸:c AM P ㊁c GM P ㊁c C -M P ㊁c UM P ㊂其中,c AM P 与c GM P 参与调控体内代谢㊁基因转录等多项生理活动;c C M P 与c UM P 能够激活细菌抗噬菌体系统㊂图1 环状单磷酸核苷酸合成图生命科学仪器 2023年第21卷/第5期综 述9F i g .1S y n t h e s i s o f c y c l i c n u c l e o t i d e m o n o p h o s ph a t e s 1.1 环状单磷酸腺苷 环状单磷酸腺苷(C yc l i c ade n o s i n e m o n o p h o s ph a t e ,c AM P )作为第一个被发现的第二信使,E a r l W.S u t h e r l a n d 在它的基础上提出第二信使学说,更新了对细胞内信号传导系统的理解[12]㊂c AM P 在动植物和微生物中含量很少,主要参与c AM P -P K A 信号转导通路[1]:当细胞中的激素或神经递质作为配体与细胞膜上的G 蛋白偶联受体(G p r o t e i n-c o u p l e d r e c e pt o r s ,G P C R s )结合后,G P C R s 会释放G 蛋白的亚基与腺苷酸环化酶(A d e n y l y l c yc l a s e ,A C )结合㊂A C 被激活后会催化A T P 脱去一个焦磷酸生成c AM P ,c AM P 进一步激活c AM P 依赖蛋白激酶A (P K A )㊂P K A 在未被激活的状态下是由两个催化亚基和两个调节亚基组成的四聚体,c AM P 与调节亚基结合后会改变P K A 的构象,使调节亚基和催化亚基发生解离,催化亚基进而磷酸化不同功能的靶蛋白,进而调控生长发育㊁调节转录调控㊁细胞血糖水平等生理活动(图2),最终c AM P 被磷酸二酯酶(P D E )水解为AM P 而终止c AM P 所传导的生理信号㊂除了c AM P-P K A 途径外,c AM P 直接调控E p a c (E x c h a n g e p r o t e i n d i r e c t l y a c t i v a t e d b y c AM P ),参与调控细胞增殖㊁分化与凋亡[17];c AM P 还可以激活环核苷酸门控离子通道(C yc l i c n u c l e o t ide -g a t e d c h a n n e l ,C N G ),在激活状态时可以允许阳离子非选择性通过,进而调节神经元活动[18]㊂1.2 环状单磷酸鸟苷 环状单磷酸鸟苷(C yc l i c g u a n o s i n e m o n o p h o s ph a t e ,c GM P ),在c AM P 被鉴定的几年后在哺乳动物组织和体液中被证实存在㊂鸟苷酸环化酶分为可溶性鸟苷酸环化酶(S o l -u b l e g u a n y l y l c yc l a s e s ,s G C )和膜结合鸟苷酸环化酶(P a r t i c u l a t e g u a n y l y l c y c l a s e s ,pG C )两种,二者被激活后催化G T P 脱去一个焦磷酸生成c GM P ,不同类型的鸟苷酸环化酶产生的c GM P 决定其调节不同信号通路,c GM P 分子最终被P D E 水解而终止信号㊂细胞内的P D E 有多种亚型,c GM P 可通过激活或抑制P D E 2/3以调节细胞内c AM P 的浓度及c AM P /P K A 信号通路[2],因此c GM P 对c AM P 具有拮抗作用㊂细胞内N O 和利钠肽(N P s )分别激活s G C 和p G C 生成c GM P ,c GM P进一步激活c GM P 依赖蛋白激酶G (P K G ),P K G通过磷酸化下游靶蛋白进而调节血管舒张㊁神经传导等生理功能[20](图2);c GM P 在视觉信号转导中有着重要作用,直接调控C N G ㊂在黑暗中,视网膜的视杆细胞内c GM P 浓度升高,激活C N G ,从而允许大量的胞外N a +与C a 2+通过;当光信号传入时,会激活视杆细胞的视紫红质G P C R ,并通过一系列级联反应激活P D E ㊁水解c GM P ,进而关闭C N G ,导致N a +和C a 2+浓度降低使膜超极化,最终引起大脑对光的视觉反应㊂最新研究发现c GM P 在骨生长㊁心衰竭等方面也发挥着重要作用㊂图2 c AM P 与c GM P 的信号通路F i g .2S i g n a l i n g p a t h w a ys o f c AM P a n d c GM P 注:G P C R s :G 蛋白偶联受体;A C :腺苷酸环化酶;pG C :膜结合型鸟苷酸环化酶;s G C :可溶性鸟苷酸环化酶;P K A :c AM P 依赖蛋白激酶(R :调节亚基;C :催化亚基);P K G :c GM P 依赖蛋白激酶;C N G :环核苷酸门控离子通道;A N P :心房利钠肽;B N P :脑钠肽;U R O :尿钠素㊂1.3 环状单磷酸嘧啶(c C M P ㊁c UM P ) 当c AM P 与c GM P 被鉴定后,环状单磷酸嘧啶的存在及其功能引起了大量关注,但由于技术原因环状单磷酸嘧啶的研究一直停滞不前㊂直至2014年,研究人员在人源H E K 293细胞和鼠源B 103细胞中发现了高浓度的c C M P 和c UM P ,同时发现s A C 与s G C 均可产生c C M P 与c UM P ,且二者的下游靶标为P K A ㊁P K G 等㊂2021年,研究人员在细菌中发现了合成c C M P 和c UM P 的嘧啶环化酶P yc C (图1),并发现在细菌中c C M P 和c UM P 可以作为第二信使激活细菌抗噬菌体系统 P yc s c a r 系统㊂该研究的发现再次引起了人们对这两种环状单磷酸嘧啶的关注[25]㊂2 环状寡核苷酸目前在生物体内发现了多种不同长度㊁不同碱基组成的环状寡核苷酸,并发现其在激活生物体固有免疫方面有着重要作用㊂同时,关于环状寡核苷酸研究还提示细菌和后生动物之间可能存在免疫系统进化关系[26]㊂2.1 环二鸟苷酸 1987年,研究人员在A c e t o -b a c t e r x yl i n u m 中发现了纤维素合成酶的激活剂综 述生命科学仪器 2023年第21卷/第5期10环二鸟苷酸(c -d i -GM P ),并确定了两个GM P 分子之间是以3'-5'磷酯键连接[27]㊂c-d i -GM P 是在所有生物体内发现的第一个环二核苷酸㊂此后在多种细菌中均发现了c -d i -GM P 的存在,证明c -d i -GM P 是一种在细菌中通用的第二信使分子[28]㊂c -d i -GM P 是由二鸟苷酸环化酶(d i g u a n y l a t e c yc l a s e ,D G C )催化两分子G T P 脱去两分子焦磷酸环化生成㊂c -d i -GM P 主要作用于两种效应因子,一种是效应蛋白,例如,含P i l Z 结构域的蛋白:大肠杆菌中的Y c g R 可与c -d i -GM P 结合调控细菌的运动能力;依赖c -d i -GM P 调控的D N A 结合蛋白或转录因子:霍乱弧菌中的c -d i -GM P 可抑制应激反应调节因子R o pS 的表达等[30]㊂另一种是核糖开关,c -d i -GM P 能专一性结合核糖开关G E MM (G e n e s r e -l a t e d t o t h e E n v i r o n m e n t ,M e m b r a n e s a n d M o t i l i -t y),调控蛋白质的翻译㊂目前,c -d i -GM P 被鉴定参与调控细菌运动性㊁生物膜形成㊁多糖形成等多个生理生化过程,同时有研究表明其能够激活后生动物的固有免疫反应[7]㊂c -d i -GM P 的出现,为其他环状寡核苷酸的发现奠定了基础㊂2.2 环二腺苷酸 环二腺苷酸(c -d i -AM P )是生物体内发现的第二个环二核苷酸,它是在解析一种D N A 完整性扫描蛋白(D N A i n t e g r i t y sc a n -n i n g pr o t e i n A ,D i s A )结构时发现存在于D i s A 的晶体结构中,其功能为在细菌D N A 损伤时延迟产孢㊂D i s A 蛋白的N 端结构域能够催化两分子A T P 合成c -d i -AM P ,因此该结构域被命名为D A C 结构域(D i -A d e n y l y l C yc l a s e )㊂c-d i -AM P 在细菌中的受体有两类,一类是蛋白质类受体,例如T e t R 家族的转录因子D a r R 和钾离子转运蛋白家族K t r A 蛋白㊂D a r R 蛋白与c-d i -AM P 结合后会增强自身D N A 结合能力,导致多种基因的表达被抑制,进而影响细菌内脂肪酸的合成等生理活动;K t r A 蛋白由R C K _N 和R C K _C两个结构域组成,其R C K _C 结构域与c -d i -AM P 特异性结合后会引起膜转运蛋白K t r B 的构象或聚集状态改变,进而影响细菌的钾离子转运;另一类是核糖开关类受体,核糖开关y d a O 形成一个 方形 赝对称结构并结合两个c -d i -AM P 分子,yd a O 核糖开关参与调控细菌细胞壁代谢㊁芽孢形成等生理活动[5]㊂目前,c -d i -AM P 已经被鉴定参与细菌多种生理功能,包括监测D N A 损伤㊁控制细胞脂肪酸合成㊁芽孢形成等,同时其在后生动物体内还可诱导宿主细胞产生免疫反应[39]㊂2.3 环状鸟苷酸-腺苷酸2.3.1 3'3'-环状鸟苷酸-腺苷酸 2012年,研究人员在霍乱弧菌V.c h o l e r a e 中发现了一种新型环二核苷酸3'3'-环状鸟苷酸-腺苷酸(3'3'-c G AM P ),它由寡核苷酸环化酶D n c V 催化一分子A T P 和一分子G T P ,通过两个3'-5'磷酯键环化生成(图3)㊂3'3'-c G AM P 起初被发现参与调节霍乱弧菌的毒力㊁趋化性等生理功能,但其结合的效应因子一直未被发现㊂2018年,在霍乱弧菌中发现一种马铃薯糖蛋白样磷脂酶C a p V 可以被3'3'-c G AM P 激活,从而降解细胞膜中的磷脂,并释放游离的脂肪酸㊂后续研究发现D n c V-c G AM P -C a pV 的通路具有抗噬菌体防御功能,并由D n c V ㊁C a pV ㊁泛素化相关结构域E 1㊁E 2以及J A B /J AMM 家族的异肽酶四种基因构成操纵子[43]㊂噬菌体侵染细菌会激活D n c V 生成3'3'-c G AM P 然后激活C a p V 降解细胞膜,导致膜完整性的丧失,因此细菌会在噬菌体完成复制前死亡㊂该通路通过介导顿挫感染从而起到抗噬菌体防御的作用㊂图33'3'-c G AM P 合成图F i g .3S yn t h e s i s o f 3'3'-c G AM P 2.3.2 2'3'-环状鸟苷酸-腺苷酸 2'3'-环状鸟苷酸-腺苷酸(2'3'-c G AM P )是第一个在后生动物中发现的环状寡核苷酸分子,在后生动物中参与了重要的固有免疫反应㊂2013年研究发现后生动物细胞中存在一种寡核苷酸环化酶c G A S (C y c l i c GM P-AM P S yn t h a s e ),当宿主细胞被病原体感染后,c G A S 可以直接识别病原体D N A ,该过程中c G A S 会与d s D N A 结合形成一个2:2的复合物,催化一分子G T P 和一分子A T P 脱去两分子焦磷酸并环化生成第二信使c G AM P ㊂c G AM P 可直接结合并激活接头蛋白S T I N G ,进而招募激酶I K K (I B k i n a s e )和T B K 1(T A N K-b i n d i n g ki n a s e 1),分别激活转录因子N F-κB (N u c l e a r f a c t o r )和I R F 3(I n t e r f e r o n r e g u l a t o r y f a c t o r),最终诱导I 型干扰素和其他促炎细胞因子的表达㊂同年6月,研究人员通过结构和功能实验发现c G A S 产生的c G AM P 与细菌的3'3'-生命科学仪器 2023年第21卷/第5期综 述11c G AM P 并不相同,而是一种包含2'-5'和3'-5'混合磷酯键的新型环二核苷酸:2'3'-c G AM P (图4)㊂c G A S -c G AM P-S T I N G 信号通路的发现加深了人们对后生动物天然免疫信号通路的认识,同时也引发了人们对后生动物中是否存在其他环状寡核苷酸的关注㊂图4 2'3'-c G AM P 合成图F i g .4S yn t h e s i s o f 2'3'-c G AM P 2.3.3 3'2'-环状鸟苷酸-腺苷酸 c G A S在被发现后,研究人员在动物基因组中检测到了多个与c G A S 具有同源性的蛋白质,但这些蛋白质的功能尚不清楚㊂2019年,研究鉴定了一类先天免疫传感器的c G L R s 蛋白(c G A S -l i k e r e c e p-t o r s),能够识别不同的分子模式并催化合成不同的环状寡核苷酸信号分子㊂其中果蝇的c G L R 1能够识别双链R N A 并被激活合成新的环二核苷酸3'2'-c G AM P ,进而与d S T I N G (D r o s o ph i l a S T I N G )结合,发挥其抗病毒免疫作用㊂同年,在不黏柄菌属(A s t i c c a c a u l i s s p.)中发现C d n G 能够在体外合成3'2'-c G AM P ,后者能够结合A s -C a p5使其二聚化并激活其HN H 核酸酶结构域降解D N A ,进而达到抵抗噬菌体的功能[51]㊂这些研究证实了细菌和后生动物在环化核苷酸信号上存在一定的进化关系㊂2.4 其他环状寡核苷酸的发现 继2008年发现第一个环二核苷酸c -d i -GM P ,10年间陆续发现的环状寡核苷酸均由嘌呤核苷酸环化而成㊂2019年,P h i l i p J .K r a n z u s c h 课题组在大肠杆菌(E s c h e r i c h i a c o l i )中发现了一个D n c V 的同源蛋白C d n E ,C d n E 能够催化一分子U T P 和一分子A T P 环化生成嘌呤-嘧啶环二核苷酸3'3'-c UM P -AM P ,其下游效应蛋白为马铃薯糖蛋白样磷脂酶C a p E ,被c -UM P-AM P 激活后可通过顿挫感染的方式抵抗噬菌体的侵染㊂同时,研究人员将c G A S ㊁D n c V ㊁C d n E ㊁O A S 1等能够生成环状寡核苷酸的蛋白质称为c G A S /D n c V 样核苷酸转移酶(c G A S /D n c V -l i k e n u c l e o t i d yl t r a n s -f e r a s e s ,C D-N T a s e s ),并通过对所有C D-N T a -s e s 进行生信分析和大规模的正向生化筛选,鉴定出了七种嘌呤㊁嘧啶㊁嘌呤-嘧啶环二核苷酸:c -d i -GM P ㊁c -d i -AM P ㊁c -d i -UM P ㊁c G AM P ㊁c UM P -AM P ㊁c UM P-GM P ㊁c C M P-UM P ,揭示了C D-N T a s e s 选择核苷酸的分子机制㊂此外,阴沟肠杆菌E n t e r o b a c t e r c l o a c a e 的寡核苷酸环化酶C d n D 能够生成环三核苷酸3'3'3'-c AM P-AM P-GM P (c A A G ),c A A G 激活下游效应蛋白C a p4核酸内切酶活性进而切割D N A ㊂大肠杆菌中的核酸内切酶N u c C 可以被3'3'3'-c AM P -AM P -AM P (c A A A )激活组装为六聚体切割细菌染色质导致细菌死亡,进而抵抗噬菌体的侵染㊂在Ⅲ型C R I S P R-C a s 系统中发现了一种环状寡聚腺苷酸(c O A ),A T P 能够被C a s 10亚基的P a l m结构域催化生成c O A ,c O A 通过二聚化下游C s m 6/C s x 1核糖核酸酶的C A R F 结构域,从而激活其切割R N A 活性,抵抗噬菌体的感染[57]㊂多种不同碱基㊁长度以及磷酯键成键方式的环状寡核苷酸的发现,体现了其在生物体内的多样性,同时环状寡核苷酸参与调节后生动物的固有免疫反应以及细菌中的抗噬菌体感染等重要生理过程,体现了其在生物体免疫系统中的重要性㊂3 环状寡核苷酸在细菌抗噬菌体信号系统中的作用2019年,研究发现3'3'-c G AM P 在细菌体内具有抗噬菌体功能,并发现了一种基于环状寡核苷酸的抗噬菌体信号系统 C B A S S 系统(C y -c l i c o l i g o n u c l e o t i d e -b a s e d a n t i -p h a g e s i g n a l i n gs ys t e m )[43],该系统通过产生环状寡核苷酸信号激活下游效应蛋白以顿挫感染的方式抵抗噬菌体感染㊂C B A S S 系统根据其操纵子的组成分为四类[60],效应蛋白通过多种方式造成细胞死亡来抵御噬菌体的侵染㊂Ⅰ型C B A S S 系统,是最基础的C B A S S 系统,仅由C D-N T a s e 和效应基因两个核心部分组成,例如耶尔森氏鼠疫杆菌Y e r s i n i a a l e k s i c i a e 的2TM (T r a n s m e m b r a n e )蛋白C a p 15可被上游C D-N T a s e 产生的3'3'-c G AM P 激活并在细胞膜上打孔进而杀死细胞㊂Ⅱ型C B A S S系统除核心组分外,还包括编码泛素化相关结构域的辅助基因C a p 2和C a p 3㊂D n c V-C a p V 通路则属于该类系统,3'3'-c G AM P 激活C a pV 降解细胞膜中的磷脂进而造成细胞死亡㊂Ⅲ型C B A S S 系统除核心组分外,包含编码T R I P 13和HO R MA 蛋白的辅助基因C a p 6和C a p 7㊁C a p8㊂大肠杆菌的C d n C 必须结合HO R MA 蛋白才能催化生成环三腺苷酸(c A A A ),N u c C 结合c A A A 后综 述生命科学仪器 2023年第21卷/第5期12发生构象变化由三聚体组装形成六聚体,进而切割细菌染色质导致细菌死亡㊂Ⅳ型C B A S S 系统是一种比较稀有的操纵子组合,主要存在于古细菌中,目前该类型中环化核苷酸的调控通路尚不清楚㊂C B A S S 系统是一个复杂多样的抗噬菌体信号系统,多种环状寡核苷酸在其中起着承上启下的信号传导作用㊂4 以环状寡核苷酸为信号的免疫反应通路之间的进化关系细菌的C B A S S 系统与后生动物的c G A S-S T I N G 通路均通过环状寡核苷酸作为信号分子来激活免疫防御反应,提示了环状寡核苷酸引发的免疫反应可能起源于细菌,并在后生动物中适应性进化㊂最新研究解析了黄杆菌科F l a v o b a c t e -r i a c e a e s p.的S T I N G (F s S T I N G )结合3'3'-c G AM P 的复合物结构,其与人源S I T N G (h S T -I N G )结合2'3'-c G AM P 的复合物结构具有相似的 V 型同型二聚体 和 疏水α螺旋 构型㊂同时,该研究还根据多个种属的S T I N G 蛋白结构分析构建了细菌与后生动物S T I N G 蛋白的系统发育树,确认了固有免疫中环状寡核苷酸分子的进化模型,并表明S T I N G 蛋白在进化过程中存在适应性㊂自此,c G A S-S T I N G 通路中的每个核心部分都在细菌中找到了对应的存在,也基本证实了后生动物的固有免疫反应(c G A S-S T I N G 通路)与细菌的抗噬菌体防御机制之间存在进化关系㊂目前后生动物仅能够自身合成2'3'-c G AM P 和3'2'-c G AM P ,而细菌虽然能够自身合成多种环状寡核苷酸,但并未在细菌中发现2'3'-c G AM P 的存在(表1)㊂同时,在c G A S-S T I N G 通路中2'3'-c G AM P 激活S T I N G 蛋白的能力比细菌的环状寡核苷酸更强,且2'3'-c G AM P 仅能被E N P P 1特异性水解,而细菌中的3'3'-c G AM P 等环化核苷酸却不能被E N P P 1水解,这也体现了2'3'-c G AM P 在免疫反应进化过程中的适应性和独特性㊂目前所有环状寡核苷酸中只有3'2'-c G AM P 同时存在于后生动物和细菌中且均参与自身固有免疫反应,后生动物能否自身合成其他类型环状寡核苷酸成为了目前的一个研究热点㊂表1 目前发现的环状寡核苷酸分子及其种属T a b .1T h e d i s c o v e r e d c y c l i c o l i g o n u c l e o t i d e s a n d t h e i r s pe c i e s 环状寡核苷酸细菌后生动物3'3'-c -d i -GM P A c e t o b a c t e r x yl i n u m -3'3'-c -d i -AM P B a c i l l u s s u b t i l i s-2'3'-c G AM P -H u m a n M o u s e3'3'-c G AM PV.c h o l e r a e-3'2'-c G AM PA s t i c c a c a u l i s s p.D r o s o ph i l a 3'3'3'-c AM P -AM P -AM P E s c h e r i c h i a c o l i -3'3'3'-c AM P -AM P -GM PE n t e r o b a c t e r c l o a c a e-3'3'-c UM P -AM P E s c h e r i c h i a c o l i-3'3'-c -d i -UM P L e g i o n e l l a p n e u m o ph i l a -3'3'-c UM P -GM PB r a d yr h i z o b i u m d i a z o e f f i c i e n s -5 展望自1958年发现了第一个环单磷酸核苷酸c AM P 至今[12],多种环化核苷酸被发现并验证了其在生物体内的功能:从调节生物体内的生理活动到激活后生动物的固有免疫反应以及细菌抗噬菌体防御系统,在生物体内扮演了重要角色㊂针对环化核苷酸的研究,目前仍有一些问题亟待解决㊂例如,后生动物中是否存在其他类型的环化核苷酸及其参与调控的信号通路细菌的寡核苷酸环化酶是否与c G A S 具有完全相同的激活方式,即需要d s D N A 激活才能生成环化核苷酸?环化核苷酸作为S T I N G 蛋白的激活剂,目前在免疫以及炎症领域备受关注,其相关药物的开发具有重要的临床意义㊂此外,细菌中环化核苷酸相关的抗噬菌体免疫的信号通路,参与调控细菌多种重要生命活动,具有被开发为分子生物学工具的生命科学仪器 2023年第21卷/第5期综 述13巨大潜力㊂参考文献[1]S a s s o n e-C o r s i ,P .,T h e c y c l i c AM P p a t h w a y [J ].C o l d S p r i n g H a r b P e r s p e c t B i o l ,2012,4(12).[2]H o f m a n n ,F .,T h e c GM P s y s t e m :c o m po n e n t s a n d f u n c t i o n [J ].B i o l C h e m ,2020,401(4):447-469.[3]O p o k u-T e m e n g ,C .,e t a l .,C yc l i cd i n u c le o t i d e (c -d i -GM P ,c -d i -AM P ,a n d c G AM P )s i g n a l i n gs h a v e c o m e o f a g e t o b e i n h i b i t e d b y sm a l l m o l e c u l e s [J ].C h e m C o mm u n (C a m b ),2016,52(60):9327-42.[4]R y j e n k o v ,D.A.,e t a l .,T h e P i l Z d o m a i n i s a r e c e pt o r f o r t h e s e c o n d m e s s e n ge r c -d i -GM P :t h e P i l Z d o m a i n p r o t e i n Y c g R c o n t r o l s m o t i l i t y in e n t e r o b a c t e r i a [J ].J B i o l C h e m ,2006,281(41):30310-4.[5]G a o ,A.a n d A.S e r g a n o v ,S t r u c t u r a l i n s i g h t s i n t o r e c o gn i -t i o n o f c -d i -AM P b y th e y d a O r i b o s w i t c h [J ].N a t C h e m B i o l ,2014,10(9):787-92.[6]P e n g ,X.,e t a l .,C yc l i cd i -AM P me d i a t e s b i of i l m f o r m a t i o n [J ].M o l M i c r o b i o l ,2016,99(5):945-59.[7]B u r d e t t e ,D.L .,e t a l .,S T I N G i s a d i r e c t i n n a t e i mm u n es e n s o r o f c yc l i cd i -GM P [J ].N a t u re ,2011,478(7370):515-8.[8]W a n g ,J .,e t a l .,P u l m o n a r y s u r f a c t a n t -b i o m i m e t i c n a n o p-a r t i c l e s p o t e n t i a t e h e t e r o s u b t y p i c i n f l u e n z a i mm u n i t y [J ].S c i e n c e ,2020,367(6480).[9]L u o ,Z .,e t a l .,L a n t h a n i d e -N u c l e o t i d e C o o r d i n a t i o n N a n o -p a r t i c l e s f o r S T I N G A c t i v a t i o n [J ].J A m C h e m S o c ,2022,144(36):16366-16377.[10]Z h e n g ,J .,e t a l .,C o m pr e h e n s i v e e l a b o r a t i o n o f t h e c G A S -S T I N G s i g n a l i n g a x i s i n c a n c e r d e v e l o pm e n t a n d i mm u n o -t h e r a p y [J ].M o l C a n c e r ,2020,19(1):133.[11]T a l ,N.,e t a l .,C y c l i c C M P a n d c yc l i c UM P m ed i a te b a c t e -r i a l i mm u n i t y a g a i n s t p h a ge s [J ].C e l l ,2021,184(23):5728-5739e 16.[12]S u t h e r l a n d ,E .W.a n d T.W.R a l l ,F r a c t i o n a t i o n a n d C h a r -a c t e r i z a t i o n o f a C y c l i c A d e n i n e R i b o n u c l e o t i d e F o r m e d b yT i s s u e P a r t i c l e s [J ].J o u r n a l o f B i o l o g i c a l C h e m i s t r y,1958,232(2):1077-1091.[13]T a s k e n ,K.,e t a l .,S t r u c t u r e ,f u n c t i o n ,a n d r e gu l a t i o n o f h u m a n c AM P -d e pe n d e n t p r o t e i n k i n a s e s [J ].A d v S e c o n d M e s s e n g e r P h o s p h o pr o t e i n R e s ,1997,31:191-204.[14]T a s k e n ,K.a n d E .M.A a n d a h l ,L o c a l i z e d e f f e c t s o f c AM Pm e d i a t e d b y d i s t i n c t r o u t e s o f p r o t e i n k i n a s e A [J ].P h ys i o l R e v ,2004,84(1):137-67.[15]S u n ,Z .B .,e t a l .,c AM P S i g n a l l i n g P a t h w a y in B i o c o n t r o l F u n gi [J ].C u r r I s s u e s M o l B i o l ,2022,44(6):2622-2634.[16]T e n g h o l m ,A.a n d E .G y l f e ,c AM P s i g n a l l i n gi n i n s u l i n a n d g l u c a go n s e c r e t i o n [J ].D i a b e t e s O b e s M e t a b ,2017,19S u p pl 1:42-53.[17]L e e ,K.,E p a c :n e w e m e r g i n g c AM P -b i n d i n g pr o t e i n [J ].B M B R e p,2021,54(3):149-156.[18]K a u p p ,U.B .a n d R.S e i f e r t ,C yc l i c n u c l e o t ide -g a t e d i o n c h a n n e l s [J ].P h ys i o l R e v ,2002,82(3):769-824.[19]F r i e b e ,A.,P .S a n d n e r ,a n d A.S c h m i d t k o ,c GM P :a u -n i q u e 2n d m e s s e n g e r m o l e c u l e -r e c e n t d e v e l o pm e n t s i n c GM P r e s e a r c h a n d d e v e l o p m e n t [J ].N a u n yn S c h m i e d e -b e r gs A r c h P h a r m a c o l ,2020,393(2):287-302.[20]K o e s l i n g ,D.,E .M e r g i a ,a n d M.R u s s w u r m ,P h y s i o l o gi c a l F u n c t i o n s o f N O-S e n s i t i v e G u a n y l y l C y c l a s e I s o f o r m s [J ].C u r r M e d C h e m ,2016,23(24):2653-2665.[21]M i c h a l a k i s ,S .,E .B e c i r o v i c ,a n d M.B i e l ,R e t i n a l C yc l i c N u c l e o t ide -G a t e d C h a n n e l s :F r o m P a t h o p h y s i o l o g y to T h e r a p y [J ].I n t J M o l S c i ,2018,19(3).[22]B l a n t o n ,R.M.,c GM P S i g n a l i n g an d M o d u l a t i o n i n H e a r t F a i l u r e [J ].J C a r d i o v a s c P h a r m a c o l ,2020,75(5):385-398.[23]K a l ya n a r a m a n ,H.,N.S c h a l l ,a n d R.B .P i l z ,N i t r i c o x i d e a n d c yc l i c GM P f u n c t i o n s i n b o n e [J ].N i t r i c O x ide ,2018,76:62-70.[24]H a r t w i g,C .,e t a l .,c AM P ,c GM P ,c C M P a n d c UM P c o n -c e n t r a t i o n s a c r o s s t h e t r e e o f l i f e :H i gh c C M P a n d c UM P l e v e l s i n a s t r o c yt e s [J ].N e u r o s c i L e t t ,2014,579:183-7.[25]S e i f e r t ,R.a n d B .S c h i r m e r ,c C M P a n d c UM P c o m e i n t ot h e s p o t l i g h t ,f i n a l l y [J ].T r e n d s B i o c h e m S c i ,2022,47(6):461-463.[26]J e n s o n ,J .a n d Z .J .C h e n ,B a c t e r i a s t i n g v i r a l i n v a d e r s [J ].N a t u r e ,2020,586(7829):363-364.[27]R o s s ,P .,e t a l .,R e g u l a t i o n o f c e l l u l o s e s yn t h e s i s i n A c e t o -b a c t e r x y l i n u m b y c y c l i c d i g u a n yl i c a c i d [J ].N a t u r e ,1987,325(6101):279-81.[28]R o m l i n g ,U.,M.Y.G a l p e r i n ,a n d M.G o m e l s k y ,C yc l i cd i -GM P :t hef i r s t 25y e a r s o f a u n i v e r s a l b a c t e r i a l s e c o n dm e s s e n ge r [J ].M i c r o b i o l M o l B i o l R e v ,2013,77(1):1-52.[29]C h o u ,S .H.a n d M.Y.G a l p e r i n ,D i v e r s i t y o f C yc l i c D i -GM P -B i nd i n g Pr o t e i n s a n d M e c h a n i s m s [J ].J B a c t e r i o l ,2016,198(1):32-46.[30]W a n g ,H.,e t a l .,I n t e r p l a y a m o n g c y c l i c d i g u a n yl a t e ,H a -p R ,a n d t h e g e n e r a l s t r e s s r e s p o n s e r e g u l a t o r (R po S )i n t h e r e g u l a t i o n o f V i b r i o c h o l e r a e h e m a g g l u t i n i n /p r o t e a s e [J ].J B a c t e r i o l ,2011,193(23):6529-38.[31]S u d a r s a n ,N.,e t a l .,R i b o s w i t c h e s i n e u b a c t e r i a s e n s e t h es e c o n d m e s s e n g e r c yc l i cd i -GM P [J ].S c ie n c e ,2008,321(5887):411-3.[32]Z i mm e r ,J .,A M o l e c u l a r D e s c r i p t i o n o f C e l l u l o s e B i o s yn -t h e s i s [J ].B i o p h ys i c a l J o u r n a l ,2015,108(2).[33]L e e ,V.T.,e t a l .,A c y c l i c -d i -GM P r e c e p t o r r e qu i r e d f o r b a c t e r i a l e x o p o l y s a c c h a r i d e p r o d u c t i o n [J ].M o l M i c r o b i -o l ,2007,65(6):1474-84.[34]Y i n ,W.,e t a l .,A d e c a d e o f r e s e a r c h o n t h e s e c o n d m e s -s e n ge r c -d i -AM P [J ].F E M S M i c r o b i o l R e v ,2020,44(6):701-724.[35]W i t t e ,G.,e t a l .,S t r u c t u r a l b i o c h e m i s t r y of a b a c t e r i a l c h e c k p o i n t p r o t e i n r e v e a l s d i a d e n y l a t e c y c l a s e a c t i v i t y r e gu l a -t e d b y DN A r e c o m b i n a t i o n i n t e r m e d i a t e s [J ].M o l C e l l ,2008,30(2):167-78.综 述生命科学仪器 2023年第21卷/第5期14[36]R o m l i n g,U.,G r e a t t i m e s f o r s m a l l m o l e c u l e s :c-d i -AM P ,a s e c o n d m e s s e n ge r c a n d i d a t e i n B a c t e r i a a n d A r c h a e a [J ].S c i S i g n a l ,2008,1(33):pe 39.[37]Z h a n g,L .,W.L i ,a n d Z .G.H e ,D a r R ,a T e t R-l i k e t r a n s c r i p t i o n a l f a c t o r ,i s a c y c l i c d i -AM P-r e s po n s i v e r e -p r e s s o r i n M y c o b a c t e r i u m s m e gm a t i s [J ].J B i o l C h e m ,2013,288(5):3085-96.[38]C o r r i g a n ,R.M.,e t a l .,S ys t e m a t i c i d e n t i f i c a t i o n o f c o n -s e r v e d b a c t e r i a l c-d i -AM P r e c e p t o r p r o t e i n s [J ].P r o c N a t l A c a d S c i U S A ,2013,110(22):9084-9.[39]C o r r i g a n ,R.M.a n d A.G r u n d l i n g ,C yc l i cd i -AM P :a n o t h -e r s e c o n d m e s s e n g e r e n t e r s t h ef r a y [J ].N a t R e v M i c r o b i o l ,2013,11(8):513-24.[40]D a v i e s ,B .W.,e t a l .,C o o r d i n a t e d r e g u l a t i o n o f a c c e s s o r yg e n e t i c e l e m e n t s p r o d u c e s c yc l i cd i -n u c le o t i d e sf o r V.c h o l -e r a e v i r u l e n c e [J ].C e l l ,2012,149(2):358-70.[41]G a o ,J .,e t a l .,I d e n t i f i c a t i o n a n d c h a r a c t e r i z a t i o n o f p h o s -p h o d i e s t e r a s e s t h a t s p e c i f i c a l l y d eg r a d e 3'3'-c yc l i c GM P-AM P [J ].C e l l R e s ,2015,25(5):539-50.[42]S e v e r i n ,G.B .,e t a l .,D i r e c t a c t i v a t i o n o f a p h o s p h o l i pa s eb yc yc l i c GM P-AM P i n E l T o r V i b r i o c h o l e r a e [J ].P r o c N a t l A c ad S c i U S A ,2018,115(26):E 6048-E 6055.[43]C o he n ,D.,e t a l .,C y c l i c GM P-AM P s i g n a l l i n g pr o t e c t s b a c t e r i a a ga i n s t v i r a l i n f e c t i o n [J ].N a t u r e ,2019,574(7780):691-695.[44]S u n ,L .,e t a l .,C y c l i c GM P -AM P s y n t h a s e i s a c yt o s o l i c D N A s e n s o r t h a t a c t i v a t e s t h e t y p e I i n t e r f e r o n p a t h w a y [J ].S c i e n c e ,2013,339(6121):786-91.[45]W u ,J .,e t a l .,C y c l i c GM P -AM P i s a n e n d o ge n o u s s e c o n d m e s s e n g e r i n i n n a t e i mm u n e s i g n a l i n g b y c yt o s o l i c D N A [J ].S c i e n c e ,2013,339(6121):826-30.[46]I s h i k a w a ,H.a n d G.N.B a r b e r ,S T I N G i s a n e n d o pl a s m i c r e t i c u l u m a d a p t o r t h a t f a c i l i t a t e s i n n a t e i mm u n e s i g n a l l i n g[J ].N a t u r e ,2008,455(7213):674-8.[47]H o p f n e r ,K.P .a n d V.H o r n u n g,M o l e c u l a r m e c h a n i s m s a n d c e l l u l a r f u n c t i o n s o f c G A S -S T I N G s i g n a l l i n g [J ].N a t R e v M o l C e l l B i o l ,2020,21(9):501-521.[48]G a o ,P .,e t a l .,C y c l i c [G (2',5')p A (3',5')p]i s t h e m e t a z o a n s e c o n d m e s s e n g e r p r o d u c e d b y D N A-a c t i v a t e d c yc l i c GM P -AM P s yn t h a s e [J ].C e l l ,2013,153(5):1094-107.[49]H o l l e u f e r ,A.,e t a l .,T w o c G A S-l i k e r e c e pt o r s i n d u c e a n t i v i r a l i mm u n i t y i n D r o s o ph i l a [J ].N a t u r e ,2021,597(7874):114-118.[50]S l a v i k ,K.M.,e t a l .,c G A S -l i k e r e c e pt o r s s e n s e R N A a n d c o n t r o l 3'2'-c G AM P s i g n a l l i n g i n D r o s o p h i l a [J ].N a t u r e ,2021,597(7874):109-113.[51]F a t m a ,S .,e t a l .,M o l e c u l a r m e c h a n i s m s o f t h e C d n G-C a p 5a n t i p h a g e d e f e n s e s y s t e m e m p l o y i n g 3',2'-c G AM P a s t h e s e c o n d m e s s e n g e r [J ].N a t C o mm u n ,2021,12(1):6381.[52]W h i t e l e y ,A.T.,e t a l .,B a c t e r i a l c G A S -l i k e e n z y m e s s yn -t h e s i z e d i v e r s e n u c l e o t i d e s i gn a l s [J ].N a t u r e ,2019,567(7747):194-199.[53]G o v a n d e ,A.A.,e t a l .,M o l e c u l a r b a s i s o f C D-N T a s e n u -c l e o t i d e s e l e c t i o n i n C B A S S a n t i -p h a g e d e f e n s e [J ].C e l l R e p,2021,35(9):109206.[54]C h a n g ,J .J .,e t a l .,S p e c i f i c r e c o g n i t i o n o f c y c l i c o l i go n u c l e -o t i d e s b y C a p 4f o r p h a ge i nf e c t i o n [J ].I n t J B i o l M a c r o m o l ,2023,237:123656.[55]L a u ,R.K.,e t a l .,S t r u c t u r e a n d M e c h a n i s m o f a C yc l i c T r i n u c l e o t ide -A c t i v a t e d B a c t e r i a l E n d o n u c l e a s e M e d i a t i n gB a c t e r i o p h a g e I mm u n i t y [J ].M o l C e l l ,2020,77(4):723-733e 6.[56]R o u i l l o n ,C .,e t a l .,A n t i v i r a l s i g n a l l i n g b y a c yc l i c n u c l e o -t ide a c t i v a t e d C R I S P R p r o t e a s e [J ].N a t u r e ,2023,614(7946):168-174.[57]Z h a o ,R.,e t a l .,A M e m b r a n e -A s s o c i a t e d D HH-D H -H A 1N u c l e a s e D e g r a d e s T y p e I I I C R I S P R S e c o n d M e s s e n g e r [J ].C e l l R e po r t s ,2020,32(11).[58]Z h a n g,X.,X.C .B a i ,a n d Z .J .C h e n ,S t r u c t u r e s a n d M e c h a n i s m s i n t h e c G A S-S T I N G I n n a t e I mm u n i t y Pa t h -w a y [J ].I mm u n i t y,2020,53(1):43-53.[59]A t h u k o r a l a g e ,J .S .a n d M.F .W h i t e ,C y c l i c N u c l e o t i d e S i g-n a l i n g i n P h a ge D ef e n s e a n d C o u n t e r -D e f e n s e [J ].A n n u R e v V i r o l ,2022,9(1):451-468.[60]M i l l m a n ,A.,e t a l .,D i v e r s i t y a n d c l a s s i f i c a t i o n o f c yc l i c -o l i g o n u c l e o t ide -b a s e d a n t i -p h a g e s i g n a l l i n g s ys t e m s [J ].N a t M i c r o b i o l ,2020,5(12):1608-1615.[61]D u n c a n -L o w e y,B .,e t a l .,E f f e c t o r -m e d i a t e d m e m b r a n e d i s r u p t i o n c o n t r o l s c e l l d e a t h i n C B A S S a n t i p h a ge d ef e n s e [J ].M o l C e l l ,2021,81(24):5039-5051e 5.[62]Y e ,Q.,e t a l .,HO R MA D o m a i n P r o t e i n s a n d a T r i p13-l i k e A T P a s e R e g u l a t e B a c t e r i a l c G A S -l i k e E n z y m e s t o M e -d i a t e B a c t e r i o p h a g e I mm u n i t y [J ].M o l C e l l ,2020,77(4):709-722e 7.[63]D u n c a n -L o w e y ,B .a n d P .J .K r a n z u s c h ,C B A S S p h a ge d e -f e n s e a n d e v o l u t i o n o f a n t i v i r a l n u c l e o t i d e s ig n a l i n g [J ].C u r r O pi n I mm u n o l ,2022,74:156-163.[64]P a t e l ,D.J .,Y.Y u ,a n d W.X i e ,c G AM P -a c t i v a t e d c G A S-S T I N G s i g n a l i n g :i t s b a c t e r i a l o r i g i n s a n d e v o l u t i o n a r y ad -a p t a t i o n b y me t a z o a n s [J ].N a t S t r u c t M o l B i o l ,2023,30(3):245-260.[65]P a t e l ,D.J .,Y.Y u ,a n d N.J i a ,B a c t e r i a l o r i g i n s o f c yc l i c n u c l e o t ide -a c t i v a t e d a n t i v i r a l i mm u n e s i g n a l i n g [J ].M o l C e l l ,2022,82(24):4591-4610.[66]M o r e h o u s e ,B .R.,e t a l .,S T I N G c y c l i c d i n u c l e o t i d e s e n s i n go r i gi n a t e d i n b a c t e r i a [J ].N a t u r e ,2020,586(7829):429-433.[67]L i ,L .,e t a l .,H y d r o l y s i s o f 2'3'-c G AM P b y EN P P 1a n d d e s i g n o f n o n h y d r o l y z a b l e a n a l o gs [J ].N a t C h e m B i o l ,2014,10(12):1043-8.。
特异性磷酸二酯酶III抑制剂的心血管效应研究进展
特异性磷酸二酯酶III抑制剂的心血管效应研究进展作者：曹军松李占全来源：《中国保健营养·中旬刊》2013年第11期环磷酸腺苷（cAMP）和环磷酸鸟苷（cGMP）是细胞内第二信使，对于细胞活动起着重要的调节作用。
其浓度的调节主要由核苷酸环化酶的合成和磷酸二酯酶（PDEs）的水解作用之间的平衡决定。
PDEs在人体内分布广泛，生理作用涉及多个研究领域。
研究发现，PDEs家族至少包括11种成员，主要分布于心肌、平滑肌、血小板及血细胞、腺体等细胞内。
其分类主要根据对底物作用的特异性、选择性，抑制剂的敏感性和钙/钙调素的依赖性决定[1、2]。
近年来，非选择性PDEs抑制剂的抗炎、对免疫系统的调节作用日益引起人们的关注。
研究发现PDE抑制剂（PDEI）的抗炎作用与其PDE的抑制活性有关。
而选择性PDE抑制剂作为新的治疗靶点，引起众多学者广泛的关注，成为一个新的研究热点。
有人预测，在将来可能分离出20～30种PDEs同功酶，每一种同功酶抑制剂可以通过特异性抑制不同组织和细胞的同工酶，以发挥特异性的调节机制，达到不同的治疗目的。
下面就近年来关于PDE抑制剂Ⅲ（PDEⅢ）在循环系统的相关研究作一综述。
1 PDE同功酶家族及特点目前，了解PDE 最多的同功酶是PDEIα 、PDEⅠβ、PDEⅡ、PDEⅢ、PDEⅣ、和PDEⅤ。
当外来信号经跨膜传递并引起一系列生理反应使核苷酸环化酶激活后，cAMP和cGMP产生，PDEs家族的使命便是使之水解失活为5’单磷酸核苷（5’monophosphate nucleoside，5’AMP）。
核苷酸环化酶的合成和PDEs水解失活之间的平衡决定了第二信使cAMP和cGMP 的浓度。
值得注意的是[3、4]，cGMP不但被PDEs水解，而且能调节一些PDEs活性，如PDEIα对环磷酸鸟昔（cGMP）的亲和力远高于环磷酸腺苷（cAMP），对cGMP水解作用强；PDEⅠβ对cAMP和eGMP亲和力相同；PDElI与cAMP和cGMP亲和力均较低，此酶水解cAMP 的活性被高浓度的cGMP 激活；而PDE Ⅲ可被cGMP抑制，PDEⅣ对cGMP不敏感，因对cAMP亲和力远高于cGMP.而被称为cAMP特异性PDE；PDEⅤ因对cAMP 亲和力远低于cGMP ，而被称为cGMP特异性PDE。
4.磷酸二酯酶4作为抗炎药物靶点的研究现状及未来发展方向_汤慧芳
胞、及嗜酸性 粒细 胞中 的主 要 cAMP- PDE 形式。 在其 他类 型细胞如巨噬细胞、嗜 碱性 粒细 胞, 肥 大细 胞、T 细 胞和 B 细胞, PDE4 也 是 主 要 的 PDE 形 式 之 一。对 于 其 他 水 解 cAMP 的 PDE( PDE7, PDE8, PDE10 和 PDE11) , 目前尚 缺少选 择性的抑制剂, 从 而防碍了对它们的评价。然而, 白细胞中 主要的环核苷酸 水解 活性能 被 PDE4 抑 制剂 和 PDE3 抑制 剂所抑 制。但在 T 细 胞中, 除了 PDE4 及 PDE3 是 主要 的 PDE 形式外, PDE7 和 PDE8 也明 显存在。 迄今 为止的 资料 表明, T 细胞中存在 的几种 PDE 形 式似乎 与具 有不同 作用 的 T 细胞亚群功能无关, 因为在 CD4+ 和 CD8+ 两类 T 细胞 群中 PDE 的类型是相同的。 表 1 白细胞内的 cAMP- PDE 类型和 PDE4 抑制剂的抑制作用[9]
关键词 磷酸二酯酶 4; 药物靶点; 炎症; 哮喘; 慢性阻塞性肺病 中图分类号 R963 文献标识码 A 文章编号 1000- 5048( 2006) 01- 0009- 05
Phosphodiesterase-4( PDE4) as a target for ant-i inflammatory drug discovery: present and prospect
Key words phosphodiesterase- 4; drug targets; inflammat ion; asthma; chronic obstructive pulmonary disease
环核苷酸 cAMP 和 cGMP 是 细胞 内重要 的第 二信使, 在各种细胞 外信号包括激 素、自 体活性 物质和 神经递 质引 起的生物学反应中起重要作用。磷 酸二酯酶( PDE) 是 一个
1.磷酸二酯酶4研究进展_孙超渊
磷酸二酯酶4研究进展孙超渊,张 莉,程克棣,杜冠华,朱 平(中国医学科学院#中国协和医科大学药物研究所,北京 100050)收稿日期:2006-06-25,修回日期:2006-08-13基金项目:国家科技部社会公益研究专项药物靶点数据库研究资助项目(No 2003DIB1J085);国家/十五0重大科技专项/创新药物筛选技术平台的研究和应用0资助项目(No 2004AA2Z3782)作者简介:孙超渊(1977-),女,硕士生,Te:l 010-********,E-m ai:lsun chaoyuan@i m m.ac .cn朱 平(1958-),男,教授,通讯作者,研究方向:药物靶点蛋白基因克隆与表达,T e:l 010-********,E -m ai:l zhup -i ng @i m m.ac .cn中国图书分类号:R-05;R 34014;R 345161;R 97111;R 97413;R 97713文献标识码:A 文章编号:1001-1978(2006)10-1161-07摘要 环腺苷酸(c AM P)和环鸟苷酸(cGM P )对于细胞的许多功能有重要作用。
磷酸二酯酶(PDEs )催化c AM P 和c GM P 水解开环分别生成AM P 和GM P ,这是细胞内降解c AM P 和c GM P 的唯一途径。
PDE s 可分为11个家族,其中有8个家族可以水解c AM P,包括能专一性地水解c AM P 的PDE 家族(如PDE4),和既可水解cAM P 又可水解c GM P 的PDE 家族。
PDE4同工酶主要存于在炎症细胞中。
PDE4可分为A 、B 、C 、D 4个亚家族,根据其N 端的特殊结构,有长、短和超短三种形式。
PDE4催化区三维结构的阐明有助于它们功能的研究和相关药物的设计。
PD E4通过与其它蛋白如抑制蛋白、A-激酶锚定蛋白(AKAP )以及活化的C 激酶1受体(RA CK1)等相互作用使c AM P 浓度区域化,选择性地调节各种细胞功能。
关于磷酸二酯酶的重要成果
有关“磷酸二酯酶”的重要成果有关“磷酸二酯酶”的重要成果如下：磷酸二酯酶（PDEs）是一类能够水解细胞内第二信使环磷酸腺苷（cAMP）和环磷酸鸟苷（cGMP）的酶类，参与了多种信号传递和生理活动。
PDEs由21个基因编码组成，根据其对抑制剂敏感性和氨基酸序列的不同分为11个家族（PDE1～11）。
近年来，PDEs作为新的治疗靶点，引起了众多学者广泛的关注，成为一个新的研究热点。
PDEs参与了炎症、哮喘、抑郁等多种疾病病理过程的发生和发展，可作为治疗各类复杂疾病的重要靶点。
因此，着力于发现包括合成类和天然来源的PDEs抑制剂先导化合物，是促进该类抑制剂新药研发的关键。
目前，合成的PDEs抑制剂药物虽然在治疗炎症、哮喘、神经退行性疾病、银屑病等疾病方面具有良好的效果，但同时也存在一系列不良反应。
如PDE4抑制剂罗氟司特，临床上用于慢性阻塞性肺疾病（COPD）的治疗，伴随的副作用主要表现为恶心、头痛、腹泻甚至失眠和抑郁等。
用于治疗斑块型银屑病的药物阿普斯特（Apremilast），可以选择性抑制PDE4A1A，进而改善银屑病关节炎患者的体征和症状，其半数抑制浓度（IC50）为14μmol/L。
但其也具有一定的不良反应，如恶心、呕吐、腹泻、上呼吸道感染、紧张性头痛，甚至抑郁等。
PDE3选择性抑制剂米力农存在心脏毒性。
天然产物一直是防病、治病药物的主要来源，在神经退行性疾病治疗方面有悠久的历史和坚实的基础。
尽管人工合成的药物在药物研发中占有相当大的比重，但是临床上应用的很多药物都是直接或间接来源于天然产物。
天然产物依然是治疗重大疾病的药物或先导化合物的主要源泉之一。
因此，从天然产物中寻找高效低毒且选择性强的PDEs活性抑制成分越来越受到科学家的重视。
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cAMP
ATP
PKA
2.通过促进鸟苷酸环化酶合成cGMP
2.通过促进鸟苷酸环化酶合成cGMP
三硝酸甘油
平滑肌舒张
二、磷酸二酯酶（PDE）
磷酸二酯酶（PDE）
• PDE通过降解cAMP cGMP调节环核苷酸信号通路
磷酸二酯酶（PDE）
11种哺乳动物PDE家族的结构(PDE1~PDE11)
底物结合于PDE活性位点
感谢下 载
PDE信号转导体(signalosome)
PKA
环腺 EPAC蛋白
信
苷酸 环核苷酸门控离子通道
号 转
效应
物
PKG
导 体
PDE亚群
支架蛋白
包含PDE的信号转导体介导CAMP-PKA信号通路引起的心肌收缩
L型钙离子 肌质网上 通道复合体， PDE4D信号转 包含PDE4B 导体调节Ca
释放
肌质网上PDE3 信号转导体调 节Ca回收入肌 质网
肾上腺素
PDE
咖啡因
咖啡因可抑制PDE,引起cAMP增多，增强肾上腺素的作用
三、PDE信号转导体 （signalosome)
PDE信号转导体(signalosome)
• 最新研究表明，环核苷酸信号转导是区域化的(compartmentalization)，即 形成信号转导体（signalosome)
环核苷酸信号通路(cAMP cGMP)
• 影响cAMP cGMP 合成的药物
1.通过激活G蛋白偶联受体（GPCR) 沙美特罗、exendin-4
2.通过促进鸟苷酸环化酶合成cGMP 三硝酸甘油、奈西立肽
1.通过激活G蛋白偶联受体（GPCR)
信号分子
沙美特罗、exendin-4
GPCPDE 抑制剂
• 1、临床上的PDE抑制剂 • 如PDE3抑制剂米力农、西洛他唑
• 2、最新的关于PDE抑制剂研究
PDE3抑制剂
• 米力农 用于充血性心衰。抑制PDE对cAMP的降解， 使心肌细胞内CAMP浓度增高，细胞内钙增加，心 肌收缩力加强，心排血量增加。可导致远期死亡 率升高，已不再应用。
Advances in targeting cyclic nucleotide phosphodiesterases
环核苷酸磷酸二酯酶作为药物靶点的研究进展
三组
原文题目及作者
主要内容
• 环核苷酸信号通路(cAMP cGMP) • 磷酸二酯酶（PDE） • PDE信号转导体（signalosome) • PDE抑制剂（PDE inhibitor)
• 西洛他唑 抑制PDE对cAMP的降解，增强cAMP介导的 血管扩张，缓解因缺血引起的间歇性陂行
最新的关于PDE抑制剂研究
• 新的研究表明西洛他唑（PDE3抑制剂）具有抗炎、抗血小 板聚集、抑制平滑肌细胞增殖的作用，因此可应用于血管 重塑后的再狭窄。
• PDE4抑制剂对于治疗异常免疫应答的疾病（类风湿关节炎、 系统性红斑狼疮等）或许有用。实验表明PDE4B敲除的小 鼠没有TH2细胞因子的产生及嗜酸粒细胞的浸润。所以 PDE4B选择性抑制剂将有可能成为过敏性炎症及哮喘的治 疗药物。
一、环核苷酸信号通路
环核苷酸信号通路(cAMP cGMP)
• cAMP
cGMP
环核苷酸信号通路(cAMP cGMP)
cAMP cGMP 可作用于：
• 蛋白激酶（PKA PKG) • 环腺苷酸门控离子通道 • cAMP激活的鸟苷酸交换因子（guanine nucleo-
tide exchange factors，GEF） • PDE家族的部分酶