背景及概述[1-2]
來(lái)源于S-腺苷蛋氨酸(S-adenosylmethioine，AdoMet)的甲基在特異的轉(zhuǎn)甲基酶作用下可轉(zhuǎn)移到各種受體分子(如：蛋白、核酸和小分子)上，S-腺苷高半胱氨酸(S-adenosylhomocysteine，AdoHcy)是所有AdoMet依賴的轉(zhuǎn)甲基反應(yīng)的產(chǎn)物，而S-腺苷高半胱氨酸水解酶(EC3.3.1.1)對(duì)AdoMet依賴的轉(zhuǎn)甲基反應(yīng)起著重要的調(diào)節(jié)作用。目前所知，在真核生物中S-腺苷高半胱氨酸水解酶催化S-腺苷高半胱氨酸水解生成腺苷(adenosine，Ado)和高半胱氨酸(homocysteine，Hcy)是S-腺苷高半胱氨酸代謝的唯一途徑。S-腺苷高半胱氨酸作為AdoMet依賴的轉(zhuǎn)甲基反應(yīng)的競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑，當(dāng)S-腺苷高半胱氨酸水解酶受到抑制時(shí)，將導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)S-腺苷高半胱氨酸的積累，引起S-腺苷高半胱氨酸與AdoMet濃度比升高，進(jìn)而抑制AdoMet依賴的轉(zhuǎn)甲基反應(yīng)，最終由于細(xì)胞內(nèi)S-腺苷高半胱氨酸水平失控而產(chǎn)生細(xì)胞毒性。
催化機(jī)制[1]
不同來(lái)源的S-腺苷高半胱氨酸水解酶均為低聚蛋白質(zhì)，其每個(gè)亞基的分子質(zhì)量為45000～50000，均含有一分子緊密結(jié)合的輔酶Ⅰ———煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(E-NAD+)。S-腺苷高半胱氨酸水解酶催化S-腺苷高半胱氨酸水解為Ado和Hcy，其反應(yīng)是可逆的，體外趨向合成，體內(nèi)趨向水解。在體內(nèi)，Ado可被Ado脫氨酶和Ado激酶消除，Hcy則用于合成半胱氨酸和生成蛋氨酸。在哺乳動(dòng)物體內(nèi)，Hcy只由S-腺苷高半胱氨酸產(chǎn)生。1979年，Palmer和Abeles提出了S-腺苷高半胱氨酸水解酶催化S-腺苷高半胱氨酸可逆水解的機(jī)制，即認(rèn)為S-腺苷高半胱氨酸和Ado先被E-NAD+氧化，生成3′-酮衍生物，以便于酶的堿基(E-B2)吸引4′位的質(zhì)子，產(chǎn)生負(fù)碳離子，然后消除5′位的取代基(Hcy或水)生成3′-酮-4′，5′-脫氫腺苷中間體，而Hcy或水又可與該中間體發(fā)生Michael加成反應(yīng)，NADH還原3或4，生成終產(chǎn)物S-腺苷高半胱氨酸或Ado。
立體結(jié)構(gòu)解析表明，S-腺苷高半胱氨酸水解酶的每個(gè)亞基含有3個(gè)結(jié)構(gòu)域：催化域、NAD+結(jié)合域和C末端域，催化域和NAD+結(jié)合域折疊成橢圓體，C末端域遠(yuǎn)離亞基主體，延伸到與其相對(duì)的亞基中。酶在與底物結(jié)合或未結(jié)合時(shí)，其亞基的結(jié)構(gòu)相同，但分子構(gòu)象不同：未結(jié)合底物時(shí)為“敞開(kāi)式構(gòu)象”(openconformation)，催化域和NAD+結(jié)合域之間有一個(gè)大裂縫；結(jié)合底物時(shí)形成“閉合式構(gòu)象”(closeconformation)，催化域和NAD+結(jié)合域之間的裂縫閉合。根據(jù)鼠的野生型S-腺苷高半胱氨酸水解酶及其D244E突變酶與3′-酮腺苷復(fù)合物(D244E·Ado＊)的晶體結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步闡明了S-腺苷高半胱氨酸水解酶的催化機(jī)制，確定其氨基酸殘基Asp-130、Lys-185、Asp-189和Asn-190參與了催化反應(yīng)：當(dāng)酶未結(jié)合底物時(shí)主要采取“敞開(kāi)式構(gòu)象”，一旦底物進(jìn)入活性位點(diǎn)，與Lys-185上ε-NH3+以氫鍵結(jié)合的Asp-189離去，并帶走Lys-185的一個(gè)質(zhì)子，催化域繞著分子的鉸合部(hingesection)旋轉(zhuǎn)17°，關(guān)閉它與NAD+結(jié)合域之間的大裂縫，以便使底物更靠近E-NAD+，中性的Lys-185與ENAD+分別從底物上3′-OH和3′-CH奪取質(zhì)子，接著Asp-130再奪取底物上4′-CH質(zhì)子，產(chǎn)生的負(fù)碳離子釋放出H2O或Hcy，生成3′-酮-4′，5′-脫氫腺苷中間體。
S-腺苷高半胱氨酸水解酶抑制劑的開(kāi)發(fā)[1]
1977年Chiang等首次論證了S-腺苷高半胱氨酸水解酶作為藥物作用靶點(diǎn)的重要性，并測(cè)試了50多個(gè)Ado和S-腺苷高半胱氨酸的類(lèi)似物作為S-腺苷高半胱氨酸水解酶抑制劑的功效，發(fā)現(xiàn)3-脫氮腺苷(c3Ado)是較強(qiáng)的S-腺苷高半胱氨酸水解酶抑制劑，隨后，又發(fā)現(xiàn)2-氯腺苷、8-氨基腺苷、9-β-D-阿拉伯呋喃糖腺苷(Ara-A)及(±)aristeromycin等具有S-腺苷高半胱氨酸水解酶抑制活性。其中，(±)aristeromycin為碳環(huán)腺苷(C-Ado)類(lèi)似物，它的發(fā)現(xiàn)推動(dòng)了S-腺苷高半胱氨酸水解酶抑制劑的進(jìn)一步化學(xué)修飾及其構(gòu)效關(guān)系研究的開(kāi)展。對(duì)腺苷的結(jié)構(gòu)改造，包括堿基、糖基以及糖苷鍵構(gòu)型的改造等等，其中以糖基的改造為主。
參考文獻(xiàn)
[1]紀(jì)宇,李振濤,朱奇,李?lèi)?ài)秀.S-腺苷高半胱氨酸水解酶及其抑制劑的研究近況[J].藥學(xué)進(jìn)展,2005(11):5-10.
[2]張丹亭. S-腺苷高半胱氨酸水解酶抑制劑在肝臟葡萄糖糖代謝中的作用[D].東北師范大學(xué),2019.