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点击上方“蓝字”关注我们吧！ 呼吸道合胞病毒（RSV）是儿童急性呼吸道感染的主要病因之一，暴露于包括香烟烟雾、颗粒物、苯、臭氧（O3）、一氧化碳（CO）或二氧化氮（NO2）在内的空气污染则可能增加RSV发病率和严重程度。世界卫生组织（WHO）已公布六种最重要的空气污染物清单，包括颗粒物≤直径10μm的颗粒物（PM10）、直径在0.1至2.5μm之间的颗粒物（PM2.5）、NO2、O3、二氧化硫（SO2）和CO。 目前关于RSV和空气污染的确切病理机制数据较少，主要结论集中在宿主抗病毒能力下降、促进病毒进入和病毒载量增加、病毒从主要感染细胞释放增加、炎症反应延长和/或加重（可能导致组织病理改变，粘液分泌增强和气道高反应（AHR）），其中最重要的共同机制之一似乎由氧化应激所介导。 N-乙酰半胱氨酸（NAC）作为一种具有抗氧化和抗炎特性的粘液溶解药物，已广泛应用于慢性阻塞性肺疾病（COPD）、支气管扩张症、特发性肺纤维化等临床研究中。一篇发布在《International Journal of Molecular Sciences》（IF=4.9）的系统综述回顾现有文献以确定NAC在治疗RSV感染和空气污染中的分子作用机制[1]。 研究设计 研究者对Scopus、PubMed（Medline）和Cochrane数据库进行了系统的文献检索，检索数据库中1998年至2023年9月7日期间所有分析NAC在RSV感染或空气污染中的分子作用机制的原始研究。共检索出167项研究，去重后，根据摘要和标题排除了122项研究，阅读全文最后筛选出28项原始研究纳入系统综述。 研究结果 NAC可减少病毒进入 空气污染主要通过两种机制促进病毒进入： (1)损伤保护屏障（由于现有屏障受损或存在额外的运输通道）； (2)病毒吸附增加（由于细胞表面的变化促进病毒粘附，或RSV获得特殊毒力，从而促进其粘附到细胞表面或进入），但暂未发现关于RSV毒力增加的信息（图1）。 ①NAC可改善上皮屏障通透性 Smallcombe等人在人支气管上皮细胞和小鼠模型中证明，TiO2-NP通过破坏顶端连接复合物（AJC）和重塑细胞内细胞骨架肌动蛋白对AJC的锚定以增强RSV诱导的上皮屏障瓦解，使上皮变得“渗漏”，从而增强病毒感染。通过评估病毒降低滴度，NAC治疗减少了AJC分解，改善了上皮通透性，降低了RSV感染程度。 氧化应激在其中扮演着不容忽视的作用，研究发现共暴露于RSV和TiO2-NP后细胞内活性氧（ROS）水平迅速增加，并保持高水平长达36小时；Wen等人的研究证实暴露于TiO2-NP后过氧化氢酶（CAT）活性增加，ROS上调，许多细胞间隙和内皮层通透性增加，内皮钙黏蛋白（VE-cadherin）表达降低，而NAC的使用逆转了氧化应激和间隙的形成，表明其在氧化应激中发挥关键作用。 ②NAC可抑制血清细胞间粘附分子1（ICAM-1）表达 ICAM-1是一种存在于多种细胞表面的糖蛋白，包括上皮细胞和内皮细胞、淋巴细胞和单核细胞，RSV感染诱导人内皮细胞上ICAM-1表达呈时间和剂量依赖性过度增加。 Mata等研究表明，在RSV培养的原代正常人支气管上皮细胞（NHBEC）中，使用NAC预处理可消除ICAM-1表达增加现象；Modestou等人发现香烟烟雾提取物抑制干扰素-γ（IFN-γ）诱导的人器官支气管上皮细胞（hTBE）中ICAM-1的表达，但NAC和谷胱甘肽单乙基酯（GSH-MEE）能够减轻这种抑制作用。 除ICAM-1外，空气污染还可能诱导其他表面分子表达：TiO2-NP诱导内皮细胞中ICAM-1、血管细胞间黏附分子1（VCAM-1）、血小板内皮细胞黏附分子（PECAM-1）和选择素（E和P）的表达，以及它们在单核细胞上的配体包括早期[E-选择素配体（sLex）和P-选择素配体（PSGL-1）]和晚期粘附分子[ICAM-1配体（LFA-1）、VCAM-1配体（VLA-4）和PECAM-1配体（αVβ3）]的受体表达，而NAC可抑制表面受体的表达。 ③NAC可阻断表皮生长因子受体（EGFR）磷酸化 RSV进入细胞的另一种机制涉及EGFR的磷酸化和激活以及与EGFR相关信号因子的级联反应（PI3K、PKC、Cdc42、PAK1和N-Wasp）。RSV与细胞表面结合即激活EGFR的磷酸化及其下游信号级联，通过微胞饮作用引起肌动蛋白重排和内吞。NAC可阻断人支气管上皮细胞（HBECS）中EGFR的磷酸化，从而阻止病毒的内吞作用并减少感染。 NAC可抑制病毒载量增加 病毒载量增加可能源于宿主抗病毒反应降低、感染开始后RSV释放加速（通过促进从主要感染细胞释放）或由于RSV获得异常毒力（图2）。 ①NAC可恢复抗病毒反应 人T细胞和自然杀伤（NK）细胞具有产生IFN-γ的能力，IFN-γ与其受体结合，并通过磷酸化Stat1导致Janus激酶/信号转导和转录激活因子（JAK/STAT）通路激活，二聚磷酸化的Stat1随后易位到细胞核并激活抗病毒基因。香烟烟雾提取物（CSE）抑制Stat1的磷酸化，并抑制IFN-γ介导的RSV mRNA和RSV蛋白表达降低，而使用NAC或GSH-MEE可恢复IFN-γ的抗病毒作用。 ②NAC可抑制病毒释放 在暴露于CSE和RSV的hTBE细胞中观察到较高的病毒载量似乎与香烟烟雾可能阻止RSV诱导的caspase激活有关。在受CSE和RSV侵袭的细胞中，坏死比凋亡更明显，这导致病毒从感染细胞中释放出来，而不是凋亡。 一系列实验表明，使用NAC和醛脱氢酶能够部分逆转上皮细胞从凋亡到坏死的转变，这表明ROS和丙烯醛在这一复杂系统中发挥了重要作用。细胞模型显示，无香烟烟雾暴露的RSV也会产生ROS，并激活蛋白激酶/哺乳动物雷帕霉素靶点（AMPK-MTOR）信号通路，从而诱导自噬，促进病毒感染。敲除自噬基因（如beclin1）或用AMPK抑制剂（化合物C）或NAC治疗能够抑制RSV复制，但化合物C仅能阻断自噬依赖性RSV复制，NAC则具有抑制自噬依赖性和自噬非依赖性途径的能力。 Zhou等人的研究将细胞凋亡标志物的评估与临床角度相结合，在126例老年慢性阻塞性肺疾病（COPD）患者中采用口服NAC、吸入硫酸特布他林和两者联合三种治疗方法。所有治疗方案均可降低Fas受体/凋亡抗原1（Fas/APO-1）和可溶性Fas（sFas）水平，改善氧化还原状态，即ROS降低、氧化应激指标丙二醛（MDA）降低，并伴有超氧化物歧化酶（SOD）和谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-PX）升高，且两药合用效果最佳。 NAC可减轻过度的宿主反应 ①NAC可减轻过度的促炎反应 A． NAC可减少促炎趋化因子和细胞因子的产生 许多促炎趋化因子和细胞因子被认为与RSV感染和空气污染共同暴露后的强烈的免疫反应有关，具有广泛数据支持的包括白细胞介素-6（IL-6）、白细胞介素-8（IL-8）、白细胞介素-17（IL-17）、肿瘤坏死因子（TNF-α）、单核细胞趋化蛋白-1（MCP-1）的作用，以及在激活后调节的正常T细胞表达和分泌（RANTES）（图3）。 Lei Chi等人的研究证实了NAC的抗炎作用：NAC处理后细胞上清液中mRNA表达和细胞因子浓度（TNF-α、IL-6、IL-1β和IL-18）均显著降低；Mata等人的研究也表明NAC抑制IL-6、IL-8和TNF-α的表达；在苯并[a]芘引起的急性肺损伤小鼠模型中，NAC预处理能够减轻炎症反应，降低TNF-α、IL-6、MCP-1、MIP-2（巨噬细胞炎症蛋白2，Cxcl2）基因的表达。 B．NAC可降低NF-κB刺激作用 Carpenter证明了NAC抑制RSV诱导的趋化因子表达的方式与TNF-α不同，提示氧化还原敏感的NF-κB通路参与了IL-8、MCP-1和RANTES的诱导。 当HBEC（BEAS-2B）、正常人支气管上皮（NHBE）和COPD人支气管上皮（DHBE）细胞暴露于PM2.5后，NF-κB靶细胞因子的结合活性和分泌均表现出剂量依赖性增加。长时间暴露于PM2.5会导致核因子-红细胞2p45相关因子2（NRF2）信号通路部分失活，破坏线粒体氧化还原稳态。NRF2/Kelch样环氧氯丙烷相关蛋白1（KEAP-1）是抗氧化反应的关键调节因子，KEAP1释放NRF2导致其蛋白体降解，从而刺激包括血红素加氧酶1（HO1）基因在内的NRF2靶基因产生抗氧化作用。 Mata等人的研究描述了NAC作用诱导的抗氧化机制：感染RSV后第15天HO1表达下降，NAC预处理后HO1表达不仅恢复且升高。由于NRF2本身表现出复杂的时变反应，RSV感染后，总抗氧化状态（TAS）即细胞对氧化事件的反应能力下降，使用1mM NAC预处理恢复，使用10mM NAC预处理后增加。此外，NAC能够抑制NF-κB向细胞核的易位以及p38/丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）的磷酸化以调节NRF2的表达。 IL-8和RANTES的产生均受柴油尾气颗粒诱导，p38/MAPK磷酸化在HBECs中起关键作用，NAC预处理不仅降低了p38 MAPK磷酸化酪氨酸和苏氨酸的数量，也因此降低了IL-8和RANTES的浓度。MAPK信号通路包括三个信号通路：细胞外信号相关激酶（ERK）、Jun氨基末端激酶（JNK）和p38，它们将信号从细胞膜传递到细胞核，Wang等人使用细胞（HBECs）和动物（小鼠）模型进行的一项研究表明，在暴露于颗粒物之前使用NAC预处理可阻断ERK、JNK和p38的磷酸化。 C．NAC可阻止或减少氧化应激 氧化应激在RSV和空气污染的相互作用中起着至关重要的作用，NAC可有效阻止或减少氧化应激的危害。RSV感染HBECs模型（BEAS-2B）显示，RSV诱导ROS和MDA的产生，SOD活性和细胞内还原型谷胱甘肽/氧化型谷胱甘肽（GSH/GSSG）比值。NAC处理可抑制ROS和MDA的产生，提高SOD活性和GSH/GSSG比值，从而减弱RSV感染的病理效应。柴油尾气暴露的体外模型表明，NAC具有恢复细胞内GSH/GSSG比值、抵消脂质和蛋白质氧化、抑制氧化应激诱导的HO-1表达的能力。 在人体和动物模型中，颗粒物均可诱导ROS以剂量和时间依赖的方式产生，而NAC预处理能够阻断ROS的产生；缺氧-再氧化应激通过增加ROS的产生对人上皮细胞造成损伤，NAC可有效缓解该现象；此外，RSV感染会增加热休克70kDa蛋白6（HSPA6），而NAC可有效阻断HSPA6 mRNA和蛋白表达。 D．NAC可减轻病原相关分子模式（PAMP）激活带来的影响 toll样受体（TLRs）是膜结合的模式识别受体（PRRs），TLR3、TLR7、TLR8和TLR9识别特定的病毒基因组成分，并在病毒诱导的信号转导中发挥关键作用。Wang等人的研究证实了人肺上皮A549细胞中TLR3的激活与氧化应激之间存在相关性。 RSV感染细胞羟基自由基（·OH）和一氧化氮（NO）浓度升高，SOD总活性降低，NAC预处理可降低这些影响，并且·OH和NO水平均与RSV感染持续时间呈时间依赖性；在mRNA表达方面，RSV感染后TLR3和NF-κB上调，干扰素调节因子-3（IRF3）和超氧化物歧化酶1（SOD1）基因下调，NAC预处理可逆转mRNA和蛋白的表达模式，提示氧化应激可能在TLR3激活和炎症反应增强中起调节作用。 ②NAC可抑制过度的粘液分泌 RSV感染和空气污染（如香烟烟雾）可能增加粘液分泌，MUC5AC作为一种形成凝胶的粘蛋白，是人类粘液的主要成分之一，Mata等人的研究表明，NAC能够抑制粘蛋白基因MUC5AC的释放。 ③NAC可改善肺部结构异常 在慢性鼻窦炎或COPD等病理条件下，杯状细胞化生和MUC5AC表达增加，而香烟烟雾增强了病理反应，这主要是由EGFR通路介导的。Mata等人研究发现，感染RSV的NHBECs的纤毛阳性和β管蛋白阳性细胞数量下降，并伴有轴突基底体超微结构异常，而NAC能够以剂量依赖的方式抑制上调，恢复上皮功能；Lei Chi等人的研究也表明，在人HBECs（BEAS-2B细胞）中，NAC处理抑制了EGFR的磷酸化和MUC5AC的激活。 大鼠肺支气管肺泡灌洗（BAL）表现为高浓度环境颗粒引起的多形核白细胞内流，并伴有细支气管血管增厚、细支气管炎症和肺水肿等组织病理改变，NAC预处理逆转了多形核白细胞内流，动物无组织学变化。此外，NAC预处理可逆转小鼠肺部颗粒物诱导的PM沉积周围炎症细胞浸润，减少支气管肺泡灌洗液（BALF）中中性粒细胞和巨噬细胞数量，提高肺损伤评分。 ④NAC可减轻肺气肿 Cai等研究显示NAC可减轻吸烟致COPD大鼠晚期肺气肿，NAC处理大鼠的平均线性截距（MLI）和破坏指数（DI）均较低。重要的是，NAC降低了肺泡间隔细胞的凋亡指数（AI），逆转了血管内皮生长因子（VEGF）及其受体蛋白（VEGFR2）表达的下降，AI与VEGF水平呈负相关。苯并[a]芘引起的小鼠组织病理学改变包括气道壁增厚，MLI减少，DI增加，经NAC预处理后均有缓解，肺病理总评分均有改善。 另一种小鼠模型研究了臭氧诱导的COPD，并比较了NAC的预防和治疗作用，结果显示，暴露前给予NAC能够减少BAL和气道平滑肌（ASM）肿块中的巨噬细胞数量，而治疗性给药能够减少ASM肿块和凋亡细胞数量，但肺气肿不可逆。肺气肿的机制复杂，与基质金属蛋白酶（MMP）尤其是MMP-9和MMP-12相关，在颗粒物暴露模型中，NAC预处理后HBECs和BALF中MMP-9的表达和水平均降低。 ⑤NAC可减轻DNA损伤和衰老 氧化应激诱导DNA损伤，并可能引发细胞衰老（增殖停止），这已在RSV感染中得到证实。RSV感染后，ROS产生增加，DNA损伤和增殖阻滞标志物表达增加，而NAC可显著减少受损细胞核的数量，但其保护作用仅对新生DNA损伤灶有效，对先前存在的DNA损伤灶几乎无效。 各种空气污染物包括颗粒物（PM2.5、PM10）、NO或香烟烟雾对衰老和细胞衰老也有类似的影响，而氧化应激则是最合理的相互作用机制。Kang等人研究证实NAC预处理可逆转空气污染物对ROS生成和DNA断裂的影响，在防止DNA损伤和细胞衰老方面发挥保护作用。 NAC可降低气道高反应（AHR） 混合暴露于RSV和空气污染可导致RANTES、MCP-1和NGF水平升高，白血病抑制因子（LIF）水平降低，从而导致AHR，而上述研究证明了NAC在RSV暴露和空气污染暴露（分别为柴油排放和苯并芘）模型中降低RANTES和MCP-1水平的有效性，这可能进一步导致AHR降低或消失。 · 总结 · 本综述确定了NAC用于减轻RSV感染和空气污染影响的潜在分子机制，包括阻断病毒进入、降低病毒载量和过度的宿主反应（炎症反应增强、粘液分泌增加、AHR、DNA损伤和/或细胞衰老）等。未来应开展进一步研究以调查RSV感染期间NAC的作用，并重点关注NAC在最重要的六种空气污染物中发挥的分子机制。 参考文献 [1]Wrotek A, Badyda A, Jackowska T. Molecular Mechanisms of N-Acetylcysteine in RSV Infections and Air Pollution-Induced Alterations: A Scoping Review. Int J Mol Sci. 2024，25(11):6051.  提示：本材料仅供医疗卫生专业人士进行医学科学交流，不用于推广目的。

MAPK（丝裂原活化蛋白激酶）通路是细胞内一种重要的信号传导途径，广泛参与调控细胞生长、分化、死亡、应激反应等多种生物学过程。MAPK通路对于细胞应对外界环境变化具有核心作用，涉及到多种疾病的发生发展，包括癌症、炎症性疾病等。 一、MAPK通路的组成 MAPK通路主要由三类蛋白激酶组成，它们按照特定的顺序激活： 1.MAPKKK（MAPK激酶激酶）：最上游的激酶，响应信号分子的刺激。 2.MAPKK（MAPK激酶）：由MAPKKK激活，进一步放大信号。 3.MAPK：最终的执行者，被MAPKK激活后，转移到细胞核内，通过磷酸化特定的基因调控蛋白，影响基因表达。 图：MAPK通路的基本组成（来自Targeting the Raf-MEK-ERK mitogen-activated protein kinase cascade for the treatment of cancer.） 二、MAPK通路的主要分支 MAPK通路可以分为几个主要分支，每个分支由不同的MAPK蛋白构成，主要包括：ERK通路，JNK通路和p38 MAPK通路。 1. ERK通路（Extracellular signal-Regulated Kinases） ERK通路，也称为经典的MAPK通路，主要响应生长因子和一些其他刺激。它通常与细胞增殖和分化过程相关联。 主要组成： ●上游激酶：包括Ras小GTPase，它激活RAF激酶（如BRAF）。 ●中间级激酶：RAF激活MEK1和MEK2（MAPK/ERK激酶）。 ●下游激酶：MEK激酶进一步激活ERK1和ERK2。 生物学功能： ●细胞增殖：ERK通路的激活促进细胞周期蛋白的表达，推动细胞周期进程。 ●细胞分化：在某些细胞类型中，ERK激活是细胞分化必需的。 ●生存信号：ERK可以激活抗凋亡蛋白，如Bcl-2，帮助细胞逃避程序性细胞死亡。 MAPK/Erk 信号级联放大通过生长和分化中涉及的各种不同受体进行激活，包括受体酪氨酸激酶 (RTKs)、整合素以及离子通道。由不同的刺激物激活的级联反应的特定组分差异较大，但通路的结构通常包含一组对接蛋白（Shc、GRB2、Crk 等），它们将受体连接到一个鸟苷酸交换因子上（SOS、C3G 等），信号则转导至小分子 GTP 结合蛋白 (Ras，Rap1)，后者再激活级联中的核心单位，包括一个 MAPKKK (Raf)、一个 MAPKK (MEK1/2) 和 MAPK (Erk)。激活的 Erk 二聚物可在胞质中调控靶蛋白，也可转运入胞核，在核内磷酸化多种调控基因表达的转录因子。 图：生长和分化中的 MAPK/Erk（来自Cell signaling） 2. JNK通路（c-Jun N-terminal Kinases） JNK通路，也称为应激激活蛋白激酶通路，主要响应应激信号，如紫外线照射、热休克和炎症因子。 主要组成： ●上游激酶：包括MKK4和MKK7。 ●下游激酶：它们激活JNK1、JNK2和JNK3。 生物学功能： ●细胞应激反应：JNK通路在细胞对环境应激做出反应中发挥关键作用。 ●调节细胞死亡：JNK的活化通常与细胞凋亡相关，尤其是在病理条件下。 ●炎症反应：JNK能够调节多种炎症细胞因子的表达。 应激活化蛋白激酶 (SAPK)/Jun 氨基末端激酶 (JNK) 是 MAPK 家族的成员，可由各种不同环境应激、炎症细胞因子、生长因子以及 GPCR 激动剂激活。应激反应信号经 Rho 家族（Rac、Rho、cdc42）的小分子 GTP 酶传递到这个级联。和其他 MAPK 一样，膜近端激酶是一个 MAPKKK（通常为 MEKK1–4），或是混合性谱系激酶（MLK）中一员，能磷酸化并激活 MKK4 (SEK) 或 MKK7（即 SAPK/JNK 激酶）。此外， MKK4/7 能由生发中心激酶 (GCK) 家族成员以独立于 GTP 酶的方式激活。SAPK/JNK 转运入胞核后可调节多种转录因子的活性。 图：SAPK/JNK信号级联放大（来自Cell signaling） 3. p38 MAPK通路 p38 MAPK通路同样响应应激信号，包括细胞因子和环境应激，常与细胞生存和炎症反应相关。 主要组成： ●上游激酶：包括MKK3、MKK4和MKK6。 ●下游激酶：p38 MAPK有四个不同的同源体：p38α、p38β、p38γ和p38δ。 生物学功能： ●炎症反应：p38 MAPK是许多炎症介质表达的调节者，对免疫细胞的活化起重要作用。 ●细胞周期调控：p38在某些情况下可以抑制细胞周期的进程，从而影响细胞增殖。 ●细胞分化：特别是在骨骼肌细胞和神经细胞的分化中，p38 MAPK的激活对某些分化途径至关重要。 p38 MAPK（α、β、γ 和 δ）是 MAPK 家族的成员，各种环境应激和炎症细胞因子均可将其激活。对于其他 MAPK 级联，膜近端组分是一个 MAPKKK，其为典型的 MEKK 或混合性谱系激酶 (MLK)。MAPKKK 磷酸化并激活 MKK3/6，后者即是 p38 MAPK 激酶。MKK3/6 也可在凋亡因素的刺激下直接由 ASK1 激活。p38 MAPK 参与调节 HSP27、MAPKAPK-2 (MK2)、MAPKAPK-3 (MK3) 和其他几种转录因子，包括 ATF-2、Stat1、Max/Myc 复合体、MEF-2 和 Elk-1，而 CREB 通过激活 MSK1 间接调控。 图：p38 MAPK信号转导相互作用通路（来自Cell signaling） 三、MAPK通路的激活机制 MAPK通路通常是通过细胞表面的受体如受体酪氨酸激酶（RTKs）或G蛋白偶联受体（GPCRs）接收信号，触发一系列下游事件： 1.受体激活：受到外界信号分子（如生长因子）的结合后，受体自身活化或聚合，激活与其相连的适配蛋白。 2.Ras蛋白的激活：在ERK通路中，适配蛋白进一步激活小G蛋白Ras。 3.MAPKKK的激活：Ras激活RAF家族蛋白（MAPKKK的一种），后者激活MEK（MAPKK）。 4.MAPK的激活：MEK进一步激活ERK，ERK磷酸化核内的靶蛋白，如转录因子，从而改变基因表达。 四、MAPK通路的生理与病理意义 MAPK通路在维持正常细胞功能和发展中起着关键作用，但当这些通路异常激活或抑制时，可能导致多种疾病的发生： ●癌症 MAPK通路的持续激活常见于多种肿瘤，促进肿瘤细胞的增殖和存活。 MAPK信号通路与细胞增殖和分化密切相关。在许多恶性肿瘤中发现MAPK信号的持续激活。细胞增殖在很大程度上有助于肿瘤发生。肿瘤转移和侵袭是致命原因。在哺乳动物MAPK通路中，ERK通路是研究最充分的，在大约三分之一的人类癌症中失调。 ERK1/2通路在肿瘤细胞的增殖、分化、转移和侵袭中起重要作用。 温等人发现乙型肝炎病毒x蛋白通过p38/MAPK通路使p53基因失活，从而诱导原发性肝癌（PLC）。Kim MS等人证明，p38 MAPK是Ras诱导的乳腺癌细胞侵袭和转移的关键信号分子。许多研究表明，p38 MAPK通路在细胞外刺激产生的MMP（基质金属蛋白酶）中发挥重要的调节功能。MMP是一种与肿瘤侵袭和迁移密切相关的蛋白水解酶。此外，p38 MAPK通路促进维持肿瘤细胞生长所必需的肿瘤血管生成。 癌症经常暴露于各种压力条件下，例如缺氧和炎症。许多MAPK通路都参与应激信号传导。因此，一些激酶在癌症中被应激激活，以响应炎症、DNA 损伤和细胞凋亡。缺氧状态在实体瘤中广泛存在。缺氧信号刺激MKP-1的激活。MKP-1 进一步激活 SAPK/JNK，从而激活 c-Jun。活性 c-Jun 促进多个下游基因转录，这对癌细胞的增殖和存活很重要。 MAPK信号转导的畸变会影响大多数致癌过程，对癌症的发展和进展至关重要。大多数癌症相关病变，如受体酪氨酸激酶的过表达、受体酪氨酸激酶的激活突变、激活配体的持续自分泌或旁分泌产生、Ras 突变和 B-Raf 突变导致 ERK 信号转导的组成型激活。据报道，c-Jun 的 JNK 活性和磷酸化在 Ras 诱导的肿瘤发生中起关键作用。 ●炎症性疾病 在炎症性疾病中，MAPK通路通过影响细胞因子、生长因子和应激反应等因素的表达和活性，起到了至关重要的调控作用。 MAPK通路参与调控包括肿瘤坏死因子α（TNF-α）、白细胞介素（如IL-1, IL-6）等多种炎症性细胞因子的产生。这些细胞因子是炎症反应中的关键介质，能够激活更多的免疫细胞和促进炎症反应的发展。MAPK通路通过调节各种趋化因子和黏附分子的表达，影响免疫细胞（如巨噬细胞、T细胞）的活化、迁移和入侵到炎症部位。在炎症和其他应激条件下，JNK和p38 MAPK的激活促进细胞应对损伤和恢复平衡。 由于MAPK通路在炎症反应中的核心角色，研究者开发了多种针对该路径的抑制剂，以治疗如类风湿性关节炎、银屑病等炎症性疾病。例如，p38 MAPK抑制剂已被证明可以减轻炎症反应，通过减少炎症性细胞因子的产生。 ●神经退行性疾病 在神经退行性疾病的研究中，MAPK通路显示出其在神经保护和神经损伤中的双重作用，这些疾病包括阿尔茨海默病（AD）、帕金森病（PD）、亨廷顿病（HD）和肌萎缩侧索硬化症（ALS）等。 AD中，异常的tau蛋白磷酸化与MAPK通路的过度活化有关。特别是JNK和p38 MAPK在tau磷酸化和神经纤维缠结的形成中起着重要作用。PD中，JNK和p38 MAPK的活化与多巴胺神经元的死亡相关。MAPK通路参与了氧化应激和炎症反应的调控，这些都是PD的关键病理过程。在HD中，JNK的激活与疾病相关的神经毒性密切相关。JNK抑制剂显示出在预防神经退行方面的潜力。 五、MAPK通路的治疗应用 由于MAPK通路在多种疾病中的核心作用，该通路的组分成为了药物开发的重要靶点。目前已有多种针对MAPK通路的抑制剂被开发用于治疗特定类型的癌症（如BRAF抑制剂在黑色素瘤中的应用）和其他疾病。此外，针对JNK和p38 MAPK的抑制剂也在被研究中，以期治疗炎症和神经退行性疾病。 六、总结 MAPK通路是一条复杂的信号传导途径，涉及到多种生理和病理过程。对其深入研究不仅有助于我们理解细胞如何响应外界信号并调控各种细胞功能，还可以为疾病的预防和治疗提供新的策略。随着研究的深入，未来可能会发现更多的关于这一信号通路的调控机制和治疗潜力。 声明：发表/转载本文仅仅是出于传播信息的需要，并不意味着代表本公众号观点或证实其内容的真实性。据此内容作出的任何判断，后果自负。若有侵权，告知必删！ 长按关注本公众号  粉丝群/投稿/授权/广告等 请联系公众号助手 觉得本文好看，请点这里↓

除K-Ras 以外的许多小 GTP 酶均存在已成药 Switch II 口袋，但具体的药物开发却研究有限。哈佛医学院研究人员通过 X 射线或 HDX-MS 对配体结合的H-Ras、RalA 和 Rab1A 进行表征。在体外和细胞中证实了Switch II 口袋抑制剂对多种 GTP 酶功能的抑制。Switch II 口袋抑制剂类似物还显示出对 Ras、Rho 和 Rab  GTP 酶的抑制。详细分析了关键残基的组成和保守性的显著差异为这个以前无法成药的家族的许多成员开发优化的抑制剂提供了潜力。 1. 背景介绍 GTP 酶与其调节因子和效应子一起，充当控制许多基本细胞过程的分子开关。这些蛋白质中的大多数属于小 GTP 酶的 Ras 超家族，其中包括 Ras、Rho、Rab、Arf 和 Ran GTP酶。Ras GTP 酶参与增殖和迁移，其异常调节与癌症和发育疾病有关，称为 RASopathies。Rho GTP 酶，包括 RhoA、Rac1 和 Cdc42，控制细胞骨架组织和细胞运动基础肌动蛋白动力学的许多方面。Rab GTP 酶是最大的亚家族，协调囊泡运输。Arf GTP 酶也严重参与运输途径，Ran GTP 酶专门协调核运输。 然而，此类分子成药的例子非常有限，并且与 ATP 结合蛋白不同，GTP 酶仍然被广泛认为是“不可成药”的靶标。这是由于与激酶相比，GTP 酶中核苷酸的超强结合亲和力，并且 apo 蛋白中没有明显的变构位点。直到在 K-Ras 中发现的隐蔽变构口袋(Switch II，[SII]口袋)挑战了这种范式，并使靶向 K-Ras（G12C） 抑制剂得以快速开发,包括FDA 批准的药物 LUMAKRAS (sotorasib)和Krazati(adagrasib)用于治疗非小细胞肺癌还有正在进行临床试验的抑制剂 GDC6036(divarasib)。然而，到目前为止，K-Ras 仍然是一个独特的案例，目前尚不清楚其他 GTP 酶是否可以以类似的方式靶向。 在此，研究人员系统地绘制了各种 GTP 酶家族成员的 SII 口袋，并基于此设计出靶向小 G 蛋白酶的抑制剂。 2.K-Ras抑制剂可靶向H-Ras和 N-Ras 自从在 K-Ras 的 SII 区发现变构隐蔽口袋以来，几种 SII 口袋抑制剂已被优化以靶向 K-Ras（G12C）。SII 口袋不存在于 apo 结构中，并且在合适的配体存在下向外移动生成灵活的 SII 区域。除了 SII 环外，在 α3 螺旋上还发现了几个与 SII 口袋配体结合的关键残基，包括 H95、Y96 和 Q99（图 1A）。这些残基可能对形成 SII 口袋做出了相当大的贡献。然而，它们在小 GTP 酶中的保守性较差，这可能对靶向 K-Ras 以外的其他 GTP 酶构成重大挑战。 图 1K-Ras（G12C）、H-Ras（G12C） 和 N-Ras（G12C） 的 SII 口袋共价抑制作用 为了研究其他小 GTP 酶是否也表现出可靶向的 SII 口袋，首先转向 K-Ras 旁系同源物 H-Ras 和 N-Ras，它们在 SII 口袋中表现出序列同源性，但在位置 95 上不同（H-Ras 中的 Q95 和 N-Ras 中的 L95）。探索了十种不同的 SII 口袋抑制剂，这些抑制剂已优化为靶向 K-Ras（G12C）（图 1B-1E）。结果发现一些抑制剂对 K-Ras（G12C） 的选择性高于 H-Ras（G12C） 和 N-Ras（G12C）（例如，ARS1620 或 adagrasib），而其他抑制剂对每个 Ras 旁系同源物表现出非常有效的抑制，在 5 分钟内完全被共价修饰（例如，sotorasib、JDQ443、ASP2453）。 图 1K-Ras（G12C）、H-Ras（G12C） 和 N-Ras（G12C） 的 SII 口袋共价抑制作用 为了研究残基 L95 的差异如何影响 SII 口袋抑制剂的结合姿势，解析了 sotorasib 结合的 H-Ras（G12C） 的晶体结构（图 1F）。Q95 残基位于 sotorasib 结合口袋附近，这导致结合姿势在更接近 SII 环时发生轻微变化（图 1G）。这表明 SII 环在 SII 配体存在下保持柔韧性，与 α3 环上的残基相比，SII 环对口袋形状和配体调节可能不太重要。 图 1K-Ras（G12C）、H-Ras（G12C） 和 N-Ras（G12C） 的 SII 口袋共价抑制作用 Sotorasib 抑制 SOS 介导的交换，并显著降低 N-Ras(G12C) 和 H-Ras(G12C) 中 EDTA 介导的交换速率。在 EDTA 存在下，未结合配体的 N-Ras(G12C) 表现出 BODIPY-GDP 荧光的快速增加，然后迅速降低。 细胞内活性研究发现，sotorasib (2) 和 JDQ443 (7) 对 Ras 旁系同源物 K-Ras(G12C) 和 N-Ras(G12C) 的细胞抑制作用等效，而 MRTX1257 (4) 和 divarasib (8) 对 K-Ras(G12C) 的抑制作用比 N-Ras（G12C） 的细胞效力更高(图 1I-K)。还表征了 pERK 的抑制作用，发现 sotorasib 对 N-Ras(G12C) 细胞中 pERK 的抑制效力高于 K-Ras(G12C) 细胞。这些数据表明，一些 K-Ras(G12C) 抑制剂可能也是治疗 N-Ras(G12C)驱动的肿瘤的合适候选分子。 图 1K-Ras（G12C）、H-Ras（G12C） 和 N-Ras（G12C） 的 SII 口袋共价抑制作用 3. 抑制剂可靶向 Ras 家族 GTP 酶 Ras 超家族分为五个主要家族(Ras、Rho、Rab、Ran 和 Arf GTP 酶)，包括 150 多个成员（图 2A-B）。Ras 家族进一步分为六个亚家族（Ras、Ral、Rap、Rad、Rheb 和 Rit）。与 Ras 旁系同源基因不同，这些 GTP 酶的残基与 K-Ras(Y96) 相当。当测试 RalA(G23C) 与不同 SII 口袋抑制剂的共价结合时（图 2C），发现 12 小时后大多数抑制剂完全共价修饰。标记后的蛋白质质量对应于 RalA (G23C) 和相应的共价配体之间的加合物（图 2D ）。结合的动力学研究表明，RalA (G23C) 在与 MRTX1257 或 divarasib 完全结合几分钟后表现出特别快速的标记（图 2E）。与 Ras 旁系同源基因类似，发现共价标记的 RalA （G23C） 的热稳定性显着增加（图 2F）。Rap1A （G12C） 表现出相似的整体序列同源性，也表现出与所需共价加合物相对应的一系列配体的完全共价修饰。动力学测试显示（图 2G-H), 与 RalA、Rap1A (G12C) 、Rit1 (G47C) 、M-Ras (G22C)和Rheb (R15C) 均被标记。总之，MRTX1257 和 divarasib 可有效地共价标记 GDP 结合形式的RalA 和 Rap1A 的 。 图 2 共价靶向Ras 家族 GTP 酶 为了验证MRTX1257与 K-Ras(G12C)相似地结合 RalA(G23C)，通过氢-氘交换液相色谱-MS(LC-MS) （HDX-MS） 分析了共价加合物。该方法已广泛用于分析 K-Ras 中 SII 口袋接合的动力学分析。HDX-MS 分析酰胺氢的交换速率，酰胺氢是蛋白质中二级结构元件稳定性的替代物。形成 RalA(G23C)⋅GDP⋅ MRTX1257 加合物的大片区域氘掺入量显著降低（图 3A）。对应于 SII(68-74)、螺旋 α2(80-85)和螺旋 α3(102-112) 显示出显著的保护作用。通过将核苷酸交换测定适应 Rap1A GEF（RAPGEF5 来测试双突变体 Rap1A（G12C、L96F） 的功能抑制（图 3B）。 图 3Ras 家族 GTP 酶的细胞靶向 接下来，使用过表达RalA(WT)和 RalA(G23C) 的 EGFP 标记（图 3C），并使用基于捕获活性 GTP 结合的 RalA G-LISA 测定测试它们的细胞活性（图 3D）。RalA （WT） 的过表达增加了活性 RalA 的量，但发现对 MRTX1257浓度的增加不敏感。RalA (G23C) 的过表达进一步提高了活性 RalA 的量，这表明这种突变亚型是显性激活的。与 MRTX1257 孵育后，RalA （G23C） 的活性以剂量依赖性方式降低，表明该 GTP 酶的细胞抑制。用 divarasib 处理细胞可有效抑制活性 Rap1A （G12C， L96F）（图 3E）。使用 RalA(WT)、Rap1A(WT) 和 RhoA(WT) 进行了表面等离子体共振(SPR)亲和力测定，发现divarasib 与 RalA(WT) 和 Rap1A(WT) 的可逆结合，但不能检测到与 RhoA(WT) 的结合，它与 K-Ras 的序列同源性较低，被用作阴性对照（图 S2F-S2H）。这些数据表明，开发 Ras 旁系同源物以外的 GTP 酶的可逆抑制剂可能是可行的。 图 S2其他 Ras 家族 GTP 酶和 GTP 结合的 Ras 家族 GTP 酶的共价结合和可逆结合 4. Ras 家族 GTP 酶与 RMC-6291结合 除了使用结构相关的 SII 口袋抑制剂（如化合物 1-10）靶向 K-Ras（G12C） 外，最近还报道了一种替代策略，该策略基于化学配体 K-Ras（G12C） 和免疫亲环蛋白 A （CypA） 之间形成的三复合物来标记 K-Ras（G12C）。由于三复合物抑制剂策略依赖于 SIIP 结合剂的不同分子识别决定因素，包括识别与 GTP 状态的增强结合。那该策略是否可以扩展适用于引入半胱氨酸的 GTP 酶化学靶向的化学物质? 最近报道了配体 RMC-4998 的广泛表征，包括 K-Ras(G12C):RMC-4998:CypA(PDB:8G9P) 的晶体结构。发现对该三重复合物的形成最关键的 K-Ras 残基是 C12、G13、E31、D33、P34、I36、E37、A59 和 Y64。其中带负电荷的残基 E31 、 D33 和 E37 与 CypA 上的残基形成氢键，而其他残基被发现对促进配体结合很重要（图 4A）。值得注意的是，这些残基中的大多数与上面探讨的参与 SII 配体结合的残基正交，因此可以提供一种有吸引力的替代方法来靶向 Ras 家族 GTP 酶。作者试图测试在列出的残基中具有高序列同源性的 Ras 家族 GTP 酶的细胞参与机会，并鉴定了 M-Ras、R-Ras1 和 Rheb。M-Ras 和 R-Ras1 的 E31 和 Y64 等效残基不同，并且都在 31 位上是天冬氨酸，在 64 位为苯丙氨酸。Rheb 在 G13 和 E31 等效残基中有所不同，并且在两个位置都是丝氨酸（图 4B）。对于所有四种测试的 GTP 酶，发现在抑制剂存在下 G12C 突变体形式的带偏移，与凝胶迁移率降低的共价复合物的形成一致（图 4C-4F）。这表明三复合物抑制剂 RMC-6291 也能够靶向 K-Ras 以外的 GTP 酶，并且可能是其他 SII 口袋配体的有吸引力的替代品。而测试较低序列同源性的 Rab 和 Rho GTP 酶 （Rac1(G12C) 和 Rab1A(S20C)） 的突变体时，则无法检测到带转移。 图 4Ras 家族 GTP 酶的细胞靶向 RMC6291 5. 靶向 Rho 家族和 Rab 家族 GTP 酶 为了测试通过 SII 口袋参与靶向 Rho（RhoA 和 Rac1） 和 Rab （Rab1A 和 Rab5C）家族 GTP 酶的潜力，作者重组表达了这些家族的几个广泛研究的成员。有趣的是，K-Ras(Y96) 和 K-Ras(Q99) 等效位置在 Rho 和 Rab GTP 酶中都是高度保守的，这表明在上述所选实例上的结果对于这些家族的其他成员可能具有代表性和可推广性。 大多数 Rho 和 Rab GTP 酶在相当于 K-Ras（Y96） 的位置上含有色氨酸，在相当于 K-Ras（Q99） 的位置上含有谷氨酸。基于 MS 的药物筛选显示，Rac1 （G12C） 和 RhoA （G14C） 被 MRTX1257 和 divarasib有效共价标记(图 5A-C)。SII口袋中残基的排列显示，Y96 与 Rac1 SII 口袋的匹配性不如 W96，这表明所有三种芳香族氨基酸(Y、F[如,RalA] 和 W)在这个位置都具有良好的耐受性（图 5D）。将 Q100 引入 Rac1(G12C) 中产生双突变体 Rac1 (G12C，E100Q)，显著加速共价修饰。将 H96 引入 Rac1(G12C， K96H)，有更显著的效果，修饰活性与 Ras 家族 GTP 酶 RalA(G23C)、Rap1A(G12C， L96F) 和 M-Ras（G22C） 相似。这一发现加强了这种残基作为选择性过滤器在 SII 口袋抑制剂设计中的重要性和潜力。最后，测试癌症激活突变之一的 Rac1 （G12C， P29S），发现这种突变对 SII 口袋标记影响很小（图 5D）。 图 5靶向 Rho 家族和 Rab 家族 GTP 酶 通过差示扫描荧光实验，发现了 Rac1(G12C)⋅GDP⋅divarasib与 Rac1(G12C)⋅GDP 相比没有表现出更高的温度稳定性(图 S3 A-E）。进一步发现载有 GTP 类似物 GTPγS 的 GTP 酶可以与 divarasib 进行共价标记，尽管它是不完整的。在无核苷酸状态下，divarasib 不能有效地标记 GTP 酶。 图 S3.Rac1 靶向的进一步表征 与测试的 Rho GTP 酶类似，MRTX1257 和 divarasib 也是 Rab GTP 酶 Rab1A（S20C） 和 Rab5C（S30C） 最有效的共价配体（图 5E -G）。最后,测试了 Rab1A（S20C，E108Q） 以研究在 SII 口袋中引入第二个突变是否可以像 Rho GTP 酶一样增强结合。事实上，Rab1A （S20C，E108Q） 表现出比 Rab1A （S20C） 更快的标记动力学，并且 Rab1A （WT） 没有进行标记（图 5H）。 图 5靶向 Rho 家族和 Rab 家族 GTP 酶 通过 HDX LC-MS （HDX-MS） 分析了 Rab1A（S20C、E108Q）⋅GDP⋅MRTX1257 加合物，发现该化合物在 SII 口袋附近的残基 48 和 112 处诱导的交换增加（图 5I）。此外，可以引入二级突变以divarasib加速结合(图5J-K）。 总之,结果表明，与 Ras 家族成员相比，现有的 K-Ras（G12C） 抑制剂与靶向测试的 Rho 和 Rab GTP 酶的 SII 口袋的匹配性较差，需要进一步通过药物化学进行优化。。 图 5靶向 Rho 家族和 Rab 家族 GTP 酶 6. 优化抑制剂支架的开发 作者试图探索 Rac1 (G12C) 、Rab1A (S20C) 和 Rab5C(S30C 的新化学空间。为了解释 SII 口袋的高度动态性质，使用了分子动力学 （MD） 模拟来预测 MRTX1257 和 divarasib 的新型类似物的最佳结合姿势，并应用量子力学 （QM） 计算化学弹头的反应性（图 S5A-S5D）。作者设计了12个新的配体以最大限度地提高结合口袋内的相互作用，并预测了每个配体的最低能量构象（图 6A-C）。对所有的22个化合物进行共价标记的配体活性筛选（图 6D-F）。化合物 11 对 Rac1 （G12C） 和 Rab1A （S20C） 的标记速度更快，化合物 14 对 Rab5C （S30C） 的标记速度更快。 图 6Rab 和 Rho GTP 酶的配体优化 结合计算建模和新类似物的测试，对 SII 口袋配体的结构-活性关系 （SAR） 有了更好的理解，这可以指导进一步优化:在Rac1(G12C)筛选中，化合物 8 和 11 表现出最快的标记速率（图 6D）。化合物 11 能够标记 Rac1 (G12C) 的速度比 divarasib 快约 2 倍（8)。对于 Rac 5C(S30 C)，甲基萘是最佳的 C7 取代基 （4 和 14），导致最快的标记速率，可能是通过建模建议的更好的可逆结合亲和力（图 6F）。同时，观察到这三种 GTP 酶之间的 C2 位置存在非常不同的 SAR。首先，一个相对灵活的 C2 取代基 （21） 优于两个相对刚性的 C2 取代基（20 和 22）。其次，C2 位（ 6 和 19）位置的氢在 Rac1 （G12C） 中相对耐受性良好，但在 Rac1A （G20C） 和 Rac5C （S30C） 中降低标记率。综上所述，这些结果表明 K-Ras（G12C） 优化配体 divarasib 和 MRTX1257 的初始优化以靶向 Rab 和 Rho GTP 酶，并为选择性靶向这些蛋白的下一代优化配体提供了设计考虑。 7. 结束语 本研究仍然偏向于针对 K-Ras（G12C） 优化的化学空间。新的化学空间和发现其他 GTP 酶的新型可逆高亲和力骨架需要协调一致的药物化学运动。 参考：https://www-cell-com.libproxy1.nus.edu.sg/cell/fulltext/S0092-8674(24)00908-5 声明：发表/转载本文仅仅是出于传播信息的需要，并不意味着代表本公众号观点或证实其内容的真实性。据此内容作出的任何判断，后果自负。若有侵权，告知必删！ 长按关注本公众号  粉丝群/投稿/授权/广告等 请联系公众号助手 觉得本文好看，请点这里↓