凋亡抑制蛋白及其拮抗剂研发进展_范应仙

细胞凋亡，即程序性细胞死亡，在维持多细胞组织生长和保持体内细胞动态平衡方面发挥着重要作用。

如果细胞凋亡发生紊乱，平衡将被打乱进而导致各种疾病。

细胞凋亡存在两条途径：内源性途径和外源性途径。

内源性途径需要线粒体参与细胞凋亡信号的放大来调节细胞凋亡，而外源性途径不需要线粒体的参与，而是直接激活细胞膜上死亡受体诱导细胞凋亡[1]。

在肿瘤细胞中，细胞很少或几乎不凋亡，出现此种凋亡异常现象多是由于促凋亡因子的下调和（或）细胞内［文章编号］1007-7669（2013）04-0257-08凋亡抑制蛋白及其拮抗剂研发进展范应仙a，张继虹a，b，张宽仁a（昆明理工大学a.生命科学与技术学院，b.医学院，云南昆明650500）［关键词］细胞凋亡；凋亡抑制蛋白质类；smac蛋白；拟态物；肿瘤治疗方案［摘要］凋亡抑制蛋白（IAPs）是一类重要的细胞内凋亡调节蛋白，与肿瘤细胞的抗凋亡能力及耐药性密切相关。

线粒体释放的蛋白smac是一种抗凋亡拮抗蛋白，通过其N端四肽序列（Ala-Val-Pro-Ile，AVPI）与IAPs的杆状病毒IAP重复序列（BIRs）结合，从而释放半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶（caspases），促进细胞的凋亡。

近年来以IAPs为靶点，研制有抗癌特异性的小分子IAP拮抗剂，寻找高效低毒的smac 拟态物（smac-mimics）的治疗策略倍受关注。

Smac-mimics的研发是近几年研究用于肿瘤治疗的一种新思路。

本文主要介绍IAPs作用机制及抗凋亡拮抗剂smac-mimics研发进展。

［中图分类号］R966［文献标志码］ADevelopment of inhibitors of apoptosis proteins and its antagonistFAN Ying-xian a，ZHANG Ji-hong a，b，CHANG Kwen-jen a（a.Faculty of Life Science and Technology，b.Faculty of Medicine，Kunming University Science and Technology，Kunming YUNNAN650500，China）［KEY WORDS］apoptosis；inhibitor of apoptosis proteins；smac protein；mimic；antineoplastic protocols［ABSTRACT］Inhibitors of apoptosis proteins（IAPs）are potent inhibitors of apoptosis by binding caspases and inhibiting their enzymatic activities，which are associated with the tumour anti-apoptosis and resistance.The protein second-mitochondria derived activator of caspases（smac），an antagonist of IAPs，released from mitochondria can also bind to IAPs through its N-terminal AVPI（Ala-Val-Pro-Ile）tetrapeptide and releases active caspases from IAPs，and thus reactivates apoptosis.Several smac mimetic based on AVPI structure were discovered recently as potent antagonists of IAPs，and became a new strategy for cancer therapy.This paper mainly introduced the action mechanism of IAPs and research progress of smac mimetic.[收稿日期]2011-11-23[接受日期]2012-10-30[基金项目]云南省自然科学基金（KKSA201126061）[作者简介]范应仙，女，硕士研究生，主要从事分子药理学研究，E-mail：19861111fyx@[责任作者]张继虹，E-mail：zhjihong2000@抗凋亡蛋白上调等逃逸凋亡机制的管制所致。

抗凋亡蛋白包括Bcl-2（B-cell lymphoma-2）家族中的抗凋亡成员Bcl-2、Bcl-XL、Bcl-w，凋亡抑制蛋白（inhibitors of apoptosis proteins，IAPs）家族及cFLIP蛋白（cellular FLICE/caspase8-like inhib-itory protein）等，其高表达都与抗肿瘤药物的耐受性有关。

IAPs抗凋亡作用的关键在于其能与半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶（caspases）结合抑制其酶活性，进而抑制细胞凋亡。

Smac（second-mitochondria derived activator of caspases）是一种线粒体释放的蛋白，其成熟形式存在于线粒体中，当受凋亡信号刺激或线粒体功能异常时，从线粒体中释放出来，与IAPs结合，从而促进caspases 的活化，有效抑制IAPs的抗凋亡作用[2]。

Smac拟态物（Smac-mimics）是一类具有与smac有效作用部位功能相似的小分子化合物，此类化合物的促凋亡活性具有很多明显的优势，如易透过细胞膜抑制抗凋亡蛋白，药效活性强以及对正常细胞无毒性等。

Smac-mimics作为一类有前景的抗癌小分子药正在进行临床前研究和临床研究。

IAPs IAPs首先是由CROOK等[3]在杆状病毒CpGV中发现的，是一类新的独立于Bcl-2家族的抗凋亡蛋白。

目前在人类中已发现8种IAPs：c-IAP1（cellular IAP-1），c-IAP2（cellular IAP-2），XIAP（X-chromosome linked IAP），NAIP（neuronal apoptosis inhibitory protein），ILP-2（IAP like protein2），survivin，bruce及其新成员livin （melanoma IAP，MLIAP）。

IAPs在肿瘤细胞中高度表达，许多肿瘤细胞的持续增殖和细胞对传统抗癌药的耐受性都与IAPs有关[4]。

1IAPs结构及分布IAPs家族的结构具有很大相似性，有三个结构域：（1）N末端IAPs重复序列域BIR，IAPs一般含有1~3个BIR结构域。

每个BIR由70~80个左右氨基酸组成，含有2~3个Cys/His的IAP重复序列，核心含有大量的疏水结构；（2）大多数IAPs在羧基末端存在锌指（Zine-finger Ring）结构，该区域含有泛素化连接酶E3，具有泛素化作用（ubiquination），能够促进与IAPs相接触的蛋白，如CIAPS、CASPASES、SMAC等[3，5，6]的降解；（3）cIAP1和cIAP2有caspases募集结构域CARD（caspase recruitment domain），CARD功能目前还不清楚，可能与IAP 的功能特异性及多样性有关。

c-IAP1和c-IAP2广泛存在于哺乳动物，在肾脏、肝脏、小肠及肺中高表达，中枢神经系统中表达较低。

相比而言，c-IAP1较c-IAP2具有更广泛的表达[7]。

XIAP是一种广泛分布蛋白，广泛分布于成人及胚胎组织，大多数研究资料显示XIAP 在多种正常组织中低表达，在恶性肿瘤中表达明显升高，如乳腺癌、多发性骨髓癌、成胶质细胞瘤、卵巢癌，在外周血白细胞中不表达[8]。

2IAPs作用机制2.1抗凋亡机制直接抑制caspases或procas-pases，IAPs对caspases的抑制主要是通过抑制caspases的关键成员起作用，如c-IAP1、c-IAP2、XIAP、livin、survivin可直接抑制caspase3/7/9。

IAPs通过其高度保守的BIR域和RING结构与蛋白酶caspases结合发挥抗凋亡作用，并抑制其活性[9]。

晶体结构显示，caspases与IAPs作用是通过静电力和范德华力[10]。

XIAP和c-IAP1/2都有三个BIR域，但其抗凋亡机制各异。

XIAP发挥抗凋亡作用是通过BIR3域与caspase9结合，BIR2与caspase3/7结合进行的。

XIAP的BIR3域对caspase9的抑制具有两种作用方式：一种是通过BIR3肽基结合环与caspase9 N端的小亚基结合进行抑制；另一种是通过BIR3与caspase9同源二聚体结合以阻止caspase9的活化[11，12]。

而c-IAP1/c-IAP2主要是通过抑制casepase3/7/8的活性发挥抗凋亡作用。

c-IAP1/c-IAP2的BIR2与caspases3/7结合并通过泛素化途径促进其自身和与其相互作用的蛋白降解，从而降低caspases的水平，抑制凋亡的进行[13]；c-IAP1是caspase8作用底物，具有多重切割位点，现已证明c-IAP1中有31个caspase切割位点[14]。

c-IAP1/2的BIR3域虽然也能与caspase9结合，但生物学研究显示其不能抑制caspase9的活性[15]。

近年来有研究报道[16]survivin并不能直接抑制caspases而是通过与smac相互作用发挥抗凋亡作用。

尽管所有的IAPs都能与caspase结合，但只有XIAP能直接抑制caspases3/7/9酶活性[17]；并且XIAP是IAPs中抗凋亡作用最强的成员，XIAP对caspases的抑制作用是c-IAP1/2的100~1000倍[18]。

但最近研究发现，在肿瘤坏死因子相关凋亡诱导配体（TNF-related apoptosis-inducing ligand，TRAIL，简称凋亡因子）介导的肝癌细胞凋亡中，c-IAP1和XIAP含量明显降低，而c-IAP2在凋亡前后没有明显的变化；但在只有c-IAP1缺失，XIAP不变情况下，肝癌细胞对TRAIL介导的凋亡仍然敏感；同时，caspase8基因的敲除能使XIAP和c-IAP1水平稳定，而caspase9基因的敲除能阻止XIAP的降解，但对c-IAP1无影响，说明caspase9的活化对XIAP的降解是必要的[19]。

TRAIL介导的c-IAP1的降解需要活化的caspase8，并且能直接切割c-IAP1，这一发现证明c-IAP1能调节肝癌细胞对TRAIL的敏感度，但只有在TRAIL的浓度足够使c-IAP1降解时，c-IAP1的抑制作用才能被解除，因此，肝癌细胞TRAIL介导的凋亡能力有赖于c-IAP1的水平[4]。