前言

細胞膜中的脂質(zhì)磷酸肌醇是無數(shù)膜信號事件的主要調(diào)節(jié)因子。磷酸肌醇在膜運輸、代謝、生長、信號傳導和自噬中起著核心作用，磷酸肌醇代謝的改變是許多人類疾病的原因。磷酸肌醇有七種不同的種類：三種單磷酸磷脂酰肌醇磷酸鹽（PIPs）、三種雙磷酸PIP2和一種三磷酸PIP3。

這些磷酸肌醇在獨特的細胞類型中分布不同，它們的水平在激活細胞表面受體或病原體感染細胞時會發(fā)生顯著變化。磷酸肌醇通過磷酸肌醇激酶的作用以時空精度生成磷脂酰肌醇，并通過磷脂酰肌醇磷酸酶的作用降解。

多種磷酸肌醇激酶是各種人類疾病的治療靶點，包括癌癥、病毒感染、神經(jīng)退行性疾病、發(fā)育障礙、糖尿病和炎癥性疾病。已經(jīng)在幾種磷酸肌醇激酶中發(fā)現(xiàn)突變，這些激酶要么過度激活，要么失去激酶活性，導致疾病進展。目前，有許多PI3Ks抑制劑已被臨床批準用于治療多種癌癥。而除了PI3Ks抑制劑，其它磷酸肌醇激酶家族的成員也正在開發(fā)中：針對癌癥和病毒感染中的脂質(zhì)激酶PIKfyve的小分子抑制劑正在進行臨床試驗，PI4K的瘧原蟲同源物抑制劑正在進行治療瘧疾的臨床試驗。

PIKfyve

PIKfyve是真核生物中唯一催化磷脂酰肌醇3-磷酸（PI3P）生成磷脂酰肌醇3,5-二磷酸（PI（3,5）P2）的蛋白質(zhì)。PIKfyve復合物主要位于內(nèi)體膜，內(nèi)體/溶酶體中的PI（3、5）P2調(diào)節(jié)離子通道的活性，在離子穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮重要作用。PIKfyve是內(nèi)吞途徑的關鍵調(diào)節(jié)器，在內(nèi)體運輸、細胞遷移和溶酶體功能中發(fā)揮作用。

PIKfyve信號復合物的所有成分從酵母到人都是保守的，由蛋白質(zhì)PIKfyve、骨架蛋白VAC14和雙脂蛋白磷酸酶FIG4組成。Vac14和Fig4敲除小鼠會發(fā)生廣泛的神經(jīng)變性，伴有PI（3，5）P2水平降低和增大的囊泡。在患有神經(jīng)退行性疾�。杭∥�縮側索硬化癥（ALS）、原發(fā)性側索硬化（PLS）和Charcot–Marie–Tooth 4J型疾病（CMT4J）的患者中發(fā)現(xiàn)了FIG4的突變。此外，在兒童早期發(fā)病的進行性神經(jīng)疾病患者中發(fā)現(xiàn)VAC14中的雙等位基因功能缺失突變。總之，證據(jù)表明，通過PIKfyve–FIG4–VAC14復合物的作用，PI（3,5）P2的產(chǎn)生對于神經(jīng)系統(tǒng)組織的正常發(fā)育和維持至關重要。

此外，PIKfyve也是抑制病毒感染和癌癥治療的靶點，其通過阻斷溶酶體內(nèi)運輸阻斷病毒進入宿主細胞細胞質(zhì)，而一些篩選發(fā)現(xiàn)了PIKfyve抑制劑的抗癌活性。apilimod是一種高效和選擇性的PIKfyve抑制劑，已顯示出作為癌癥和病毒感染治療的前景，目前正在進行癌癥和SARS-CoV2感染的臨床試驗。

在抗癌和抗炎化合物的高通量篩選中發(fā)現(xiàn)了其他PIKfyve抑制劑。APY0201靶向PIKfyve復合物，作為一種有效的ATP競爭抑制劑，對其他激酶、GPCR或離子通道的作用有限。APY0201在體外和體外模型中有效地抑制了多發(fā)性骨髓瘤（MM）細胞的生長。

ESK981是一種有效的PIKfyve抑制劑，對PI5P4Ks的抑制作用較弱。ESK981在抗去勢前列腺癌的臨床前模型中不僅阻斷了腫瘤生長，還將T細胞募集到腫瘤中。目前正在進行抗去勢前列腺癌的臨床試驗。

PI4P5Ks和PI5P4Ks

PI（4,5）P2是哺乳動物細胞中最豐富的雙磷酸磷酸肌醇。其在許多細胞過程中扮演著重要角色，包括囊泡運輸、膜動力學、離子通道功能的調(diào)節(jié)、基因調(diào)控和第二信使的產(chǎn)生。負責產(chǎn)生PI（4,5）P2的激酶分為兩個亞家族，即I型和II型激酶。I型PI4P5Ks通過磷酸化PI4P肌醇環(huán)上D5羥基生成PI（4,5）P2，II型PI5P4Ks磷酸化PI5P肌醇環(huán)上的D4羥基生成PI（4,5）P2。盡管PI4P5K和PI5P4K都生成PI（4，5）P2，但I型途徑主要在質(zhì)膜上起作用，II型在細胞內(nèi)細胞器膜上起作用。

PI4P5Ks是癌癥和炎癥治療的潛在靶點，因為它們在質(zhì)膜上產(chǎn)生PI（4,5）P2，這是激活PI3K–AKT信號所必需的，PI3K是人類癌癥和炎癥中最頻繁激活的途徑之一。此外，PI4P5Kα是CD28自主信號的關鍵調(diào)節(jié)器，以PI3K依賴的方式刺激核因子-κB（NF-κB）轉錄活性和促炎基因的轉錄。目前，PI4P5K抑制劑仍處于臨床前開發(fā)的早期階段。阿斯利康篩選鑒定了一系列高質(zhì)量的PI4P5K 4-氨基吡啶泛亞型抑制劑，其顯示出對所有PI4P5K亞型的效力，這些化合物有望在不久的將來進入臨床測試。

PI5P4K是p53缺失腫瘤中有吸引力的藥物靶點，并被認為是代謝的關鍵調(diào)節(jié)劑。臨床前研究中正在探索早期小分子抑制劑，包括泛PI5P4K抑制劑和同種型特異性PI5P4K抑制劑。然而，PI5P4K抑制劑尚未進入臨床。

PI4KA和PI4KB

有四種哺乳動物磷脂酰肌醇4激酶（PI4Ks），由II型（PI4KIIα和PI4KIIβ）和III型（PI4KIIIα和PI4KIIIβ）組成，它們都可以把磷脂酰肌醇轉換成PI4P。它們分布在高爾基體、內(nèi)體膜和質(zhì)膜上，介導蛋白質(zhì)的膜募集、整體膜蛋白活性的調(diào)節(jié)和細胞器之間的脂質(zhì)轉運。

PI4KA在酵母和哺乳動物中是必不可少的，其在所有組織中普遍表達。PI4KA中的雙等位基因功能缺失突變導致一系列神經(jīng)疾病，包括神經(jīng)發(fā)育遲緩、發(fā)育性腦異常和截癱。PI4KA也是丙型肝炎病毒（HCV）和腦心肌炎病毒感染的關鍵宿主因子，通過病毒劫持PI4KA，導致產(chǎn)生富含PI4P的病毒復制細胞器。在小鼠雪旺細胞中PI4KB的缺失會導致外周神經(jīng)髓鞘形成異常，此外包括嵴病毒、腸道病毒和柯薩奇病毒在內(nèi)的病毒會劫持PI4KB以生成病毒復制細胞器。

Boehringer Ingelheim從PI4KA抑制劑的小分子化合物中篩選鑒定了多種具有抗HCV活性的PI4KA抑制物，PI4KA的選擇性約為PI4KB的10-20倍。目前可用的最有效和最具選擇性的PI4KA抑制劑是GSK和阿斯利康開發(fā)的分子。然而，與PI4KA抑制相關的毒性限制了PI4KA抑制劑的進一步臨床或臨床前開發(fā)。PI4KA敲除的小鼠表現(xiàn)出致死表型，胃腸道廣泛變性。GSK的PI4KA抑制劑在最高劑量導致小鼠的突然致死，以最低劑量給藥的動物雖然存活，但表現(xiàn)出中度至嚴重的胃腸道異常。這些研究表明，任何可能使用靶向PI4KA的小分子的治療窗口都很小。

目前，發(fā)現(xiàn)有效和選擇性的PI4KB抑制劑可防止病毒感染。Enviroxime被發(fā)現(xiàn)是一種可以阻止脊髓灰質(zhì)炎病毒復制的分子，其針對腸道病毒感染開始了臨床試驗，但由于治療效果不足，在II期停止。此外，也有一些臨床前數(shù)據(jù)表明了在癌癥中靶向PI4KA和PI4KB的潛力。

II類PI3Ks

II類PI3K，也稱為PI3K-C2s，其包含C-末端C2結構域，有三種亞型，α、β和γ，分別由PIK3C2A、PIK3C2B和PIK3C2G編碼，PI3KC2s催化PI和PI4P的3-OH磷酸化。研究最多的II類亞型是PI3KC2α，它在發(fā)育中起著關鍵作用，PI3KC2β產(chǎn)生的PI（3,4）P2是內(nèi)吞作用的關鍵驅動因素。其他PI3KC2亞型的臨床前數(shù)據(jù)較少。

靶向PI3KC2已有相當多的遺傳證據(jù)表明其具有治療潛力。PI3KC2α作為抗血栓靶點的潛力非常誘人，對止血作用相對溫和。PI3KC2α在癌癥中的作用也已被證實。據(jù)報道，螺旋束結構域將PI3KC2α靶向有絲分裂紡錘體，在那里它與網(wǎng)格蛋白和TACC3組裝以橋接動粒纖維。因此，癌細胞中PIK3C2A表達的缺失增加了非整倍體，并使癌細胞對基于微管的紫杉烷療法敏感。此外，有跡象表明PI3KC2α在腫瘤血管生成中的作用。成年小鼠的內(nèi)皮選擇性PIK3C2A敲除抑制了肺癌和黑色素瘤模型的血管生成和腫瘤生長，揭示了PI3KC2α抑制劑的潛在治療用途。

III類PI3Ks：VPS34

III類PI3K，VPS34是真核生物中的原始PI3K酶。它僅在體外和體內(nèi)催化PI產(chǎn)生PI3P。其形成兩種不同的四聚體復合物，復合物I和復合物II。這兩種復合物都由VPS34、假激酶VPS15和含有BECLIN-1的BARA結構域組成。這兩種復合物在功能上是不同的，復合物I啟動巨自噬，復合物II控制通過內(nèi)吞途徑的流量。

VPS34 I型復合物在自噬中的中心作用使其成為治療的靶點。巨自噬維持細胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)，通常被認為在健康組織中具有腫瘤抑制作用。然而，一旦腫瘤形成，在壓力和營養(yǎng)不良的腫瘤床中支持細胞存活的巨自噬能力導致該過程越來越促進腫瘤。

最近，已經(jīng)開發(fā)了幾種有效且高選擇性的VPS34抑制劑。其中包括雙嘧啶胺衍生物VPS34-IN1、諾華的PIK-III和賽諾菲的SAR405。最近，還報道了基因泰克公司的SB02024（Sprint），所有這些化合物都具有納摩爾的效力，并且對VPS34具有高選擇性。PIK-III、SAR405、SB02024和VPS34-IN1均抑制自噬流，最近的臨床前研究也表明這些化合物在癌癥治療中有效。

小結

除了PI3K，許多磷酸肌醇激酶與各種血液學、神經(jīng)系統(tǒng)、感染性疾病以及各種癌癥有關。事實證明，它們適合小分子抑制劑的開發(fā)，作為真正的治療靶點具有巨大的潛力。目前，人們已經(jīng)為大多數(shù)PI3K超家族以及PIKfyve開發(fā)了高效選擇性抑制劑，這些藥物處于臨床前研究階段，甚至已進入臨床試驗。

然而，一些關鍵挑戰(zhàn)仍然存在。抑制磷酸肌醇激酶可能需要利用一個治療有益的窗口，在該窗口中，病理功能可以被破壞，但仍有足夠的活性來維持整個身體的細胞功能。因此，似乎最有前途的靶點是急性酶抑制（可能持續(xù)幾天）可能具有治療效果和最佳耐受性的疾病，例如PIKfyve抑制劑在病毒感染中的潛力。

總之，很明顯，靶向磷酸肌醇激酶治療是可行的，并且可能是非常有用的治療靶點。在未來幾年的臨床前和臨床開發(fā)中，盡管不可避免會有失敗，但也可能會看到許多成功，造福于更多患者。

參考文獻：

1.BeyondPI3Ks: targeting phosphoinositide kinases in disease. Nat Rev Drug Discov.2022Nov 14;1-30.

       原文標題 : 靶向疾病中的磷酸肌醇激酶