钙蛋白酶(Calpain)抑制剂药理活性的研究进展_陈长兰.pdf

收稿日期：作者简介：陈长兰（），男，辽宁沈阳人，博士，教授，研究方向：硒蛋白 通讯作者：陈长兰，：辽宁大学学报 自然科学版第 卷 第 期 年 钙蛋白酶（）抑制剂药理活性的研究进展陈长兰，王海利（辽宁大学 轻型产业学院，辽宁 沈阳；辽宁大学 药学院，辽宁 沈阳）摘 要：钙离子（）作为细胞的第二信使，是参与人体内各项活动的重要调控因子，钙蛋白酶（），它是一种中性半胱氨酸蛋白酶，主要受 激活，在许多生理过程中发挥了很大的作用，例如细胞周期的调控与凋亡，还有细胞信号转导和葡萄糖转运等 近年来，人们对这类酶的兴趣大大增加，因为它与脑缺血和其他神经损伤、神经退行性疾病如阿尔茨海默病、心肌缺血相关的神经细胞死亡有很大关系，因此本文对钙蛋白酶抑制剂在神经细胞损伤、失血性休克、缺血再灌注以及阿尔茨海默病研究等方面进行了综述关键词：钙蛋白酶抑制剂；细胞损伤；研究中图分类号：文献标志码：文章编号：（），（，；，）：，：；DOI:10.16197/ki.lnunse.2023.01.004 引言 是机体内非常重要的离子，它不仅可以维持正常的神经传导功能，还可以维持细胞膜两侧的电位，肌肉伸缩与舒张功能以及神经 肌肉传导功能，还有一些激素的作用机制也通过 表现出来 钙蛋白酶（）广泛存在于各类细胞中，包括心脏在内的各种组织细胞中都有它的存在 它不仅参与蛋白质水解，还参与肌肉生长与分化、神经发育、细胞转导等正常的生理过程 其活性受细胞内 浓度及内源性 抑制蛋白的影响 研究表明，在生理条件下，的有限激活可以导致蛋白质受体、酶、转录因子和细胞骨架蛋白的修饰或激活 当细胞内 代谢紊乱时，可能导致 系统的异常激活 因此，当 被持续激活且不受调节时，的激活会产生不可逆的结构和功能改变，会导致机体各项系统和指标紊乱，例如神经元损伤、失血性休克、心肌缺血再灌注以及阿尔茨海默病（）等相关神经疾病 是治疗这些疾病的关键靶点，虽然研究者在该领域已经取得一定的研究成果，但 作为靶点的相关药物种类还是较少，药物作用方向依旧需要拓宽，药物作用疗效也需要进一步提高 本文将 抑制剂药理活性相关研究进展进行综述，希望为未来的 相关研究提供一定的思路 抑制剂在神经细胞保护方面的研究在细胞内，当 浓度的升高过度或者钙敏感事件失控后使 激活时，都会导致缺血性神经元损伤，即神经细胞损伤，这种病理形式的主要原因是钙蛋白酶的水解 在缺血条件下，的激活会导致关键的细胞骨架断裂以及调节蛋白的降解，这些蛋白质的完整性是细胞持续生存所必需的，因此抑制 发挥蛋白降解作用是一个重要的出发点 脑外伤是一种脑部出现损伤的情况，它可以通过直接或者间接的方式造成 颅脑损伤后，脑细胞常出现凋亡的情况，凋亡的程度与继发性脑损伤的严重程度有密切关系 作为脑外伤继发性损伤中的重要组成因素之一，它启动了 介导的细胞凋亡，而且 的释放起到诱导死亡受体配体表达的作用 有研究者给脑损伤的大鼠注射适量的 抑制剂，与对照组相比，抑制剂能明显减少神经细胞的凋亡，说明 抑制剂对脑外伤后的大鼠具有良好的神经保护作用有学者研究探讨了 抑制剂、和二肽基醛（，）对短暂局灶性脑缺血后病理结果的影响 该研究通过阻断左中脑致缺血 再灌注来建立短暂局灶性脑缺血模型，结果显示 抑制剂可以明显减少脑梗死的面积，并显著提高神经元的存活率，证实了细胞穿透性 抑制剂在系统应用时的神经保护作用 值得一提的是，这些化合物中最有效的是 表现出低钾，穿透细胞膜能力强，并且其在体外神经元病理模型中限制神经元损伤方面非常有效，这提高了其在缺血神经元损伤的体内模型中具有治疗价值的可能性丙烯酰胺（）广泛应用于生产和实验研究，它具有的神经毒性会导致工人及研究者中毒 有研究表明神经末梢是 神经毒性的主要潜在作用位点，可引起突触部位功能障碍及神经轴突的退行性疾病 紊乱假说提出 可作用于细胞 和 泵，引起细胞内 升高紊乱，导致神经损伤 有研究者成功建立了以神经干细胞（）为受试对象的 中毒及 干预模型，经研究表明 可以影响 引起的 存活率和 浓度，通过抑制 活性对 引起的 的动态平衡过程紊乱产生保护作用 第 期 陈长兰，等：钙蛋白酶（）抑制剂药理活性的研究进展 该研究预示着其他 抑制剂也有可能具有治疗 中毒的效用有研究发现 细胞是典型的巨噬细胞，它经细菌脂多糖（）攻击后可增加细胞内 的浓度，从而促进 的活化和炎性细胞因子的分泌 的活化会促使 抑制蛋白（）降解启动炎性细胞因子基因的转录表达 用 抑制剂预处理 细胞后，细胞中的、炎性细胞因子肿瘤坏死因子 （）、白细胞介素（）的表达量都会降低 抑制剂会通过抑制 诱导 降解而发挥抑制 和 等基因的转录的作用，这表明 抑制剂可以减轻巨噬细胞损伤 抑制剂在失血性休克方面的研究在临床实践中，失血性休克会导致延迟的血管代偿失调（导致严重低血压）和肺、肾、肠、肝、脑等重要器官的功能障碍或衰竭 研究发现 抑制剂对内毒素激活的小鼠巨噬细胞或大鼠主动脉平滑肌细胞进行 预处理，可减弱活化的 （核因子激活的 细胞的 轻链增强）与 的结合以及（核因子 抑制因子）、（核因子 抑制因子）和（核因子 抑制因子）的降解 诱导型 氧化氮合成酶（）抑制剂（）可以选择性抑制 活性，可减轻循环衰竭和肝损伤，选择性抑制环氧合酶（）活性可减轻失血性休克引起的肾功能不全和肝损伤 抑制剂减少失血性休克中循环衰竭以及器官损伤和功能障碍的机制包括：）抑制 活性，）抑制 的激活，从而防止 依赖性基因的表达，）防止 的表达，）防止环氧化酶 的表达 此外，在研究烧冲复合伤大鼠模型时发现，有一种肽基醛类抑制剂 可以有效减轻心肌细胞凋亡，参与改善烧冲复合伤后心功能 烧冲复合伤后心肌细胞凋亡可使细胞内 紊乱，的异常升高可能激活 等一些凋亡相关酶 实验结果表明，抑制剂 经过调控 发挥保护心肌细胞的作用 抑制剂在心肌缺血 再灌注方面的研究心肌缺血 再灌注（）损伤作为临床和基础研究的热点，其机制一直尚未彻底阐明，但是已经证明细胞内钙超载是其中的重要环节 在心脏中，在代谢和调节过程中起着核心作用，通过与钙调素（）、肌钙蛋白 等受体蛋白结合，形成 信号的传递，产生细胞内效应 缺血和再灌注导致 内流的增加，细胞内钙水平的增加激活了休眠的，减弱了 抑制素的活性，造成结构蛋白的破坏，最终导致细胞膜破裂，细胞死亡 细胞凋亡在正常人心脏中很少见，而在缺血性心肌病中，心肌细胞凋亡可增加数百倍 合成钙蛋白酶抑制剂可防止再灌注过程中的蛋白水解和收缩功能障碍 内源性 抑制剂 具有高度特异性，它以 依赖和可逆的方式与蛋白酶结合，可特异性抑制 的两种主要异构体，但不作用于任何其他蛋白酶，的特异性是由 个 亚域与异二聚体 的、和域同时结合决定的由于 难以穿透细胞，人们采取各种方法来解决这一问题 重复区域的合成肽衍生物可以抑制，故通过将该蛋白添加到穿透细胞的肽（如穿透肽或聚精氨酸肽）中来增强 或其衍生物在细胞中的穿透能力 最近一篇关于 抑制剂的综述明确指出，两亲细胞穿透肽如反式激活蛋白（）、细胞穿膜肽（）和促分裂素原活化蛋白（）可能促进 和相关肽进入细胞不丧失 的效力和选择性 辽宁大学学报 自然科学版 年 早些时候报道了一种新型高分子量钙调素结合蛋白（）在人和动物心脏组织中的表达，以及在大脑和肺中极少量的表达 具有 活性，并与 和 高度同源 在缺血 再灌注过程中，由于 易被 水解，因此在缺血期间观察到 的表达降低 在正常心肌中，可保护其底物免受 的侵害 然而，在早期 内流增加的缺血 再灌注阶段，活性往往超过 活性，使 和其他蛋白质底物水解，导致细胞损伤 有研究表明 与 结合并表现出 活性 虽然 和 都能抑制，但它们本身易受 的蛋白水解 主要存在于心脏，并与 结合，表明 在心脏的一个潜在功能是调节 活性，这可能是在细胞内不同条件下蛋白酶和 相互竞争结合 的结果 在心脏中占主导地位的生理意义可能是由于该蛋白是 结合分子，并通过 调节 活性 然而，还需要进一步的工作来验证 和 之间的相互作用，以抑制 活性 抑制剂在中枢神经系统疾病方面的研究 是与年龄相关的最常见的痴呆症 神经病理学上 的特征是有细胞外淀粉样蛋白的沉积和细胞内神经纤维缠结，分别由脑实质中聚集的 淀粉样蛋白（）肽和过度磷酸化和聚集的 蛋白组成 中的 过活化已被广泛研究，在生理条件下，的有限激活导致蛋白质受体、酶、转录因子和细胞骨架蛋白被修饰或激活 值得注意的是，的生理激活与发育和成年突触可塑性的关键功能有关 另一方面，病理损伤中异常高的钙水平引发的 过度激活，可能是细胞内的一种有害力量 有研究发现在中枢神经系统中，活化加剧与缺血性中风中发现的钙介导细胞损伤有关，新型 抑制剂 可以以剂量依赖的方式减轻 小鼠的认知功能障碍和突触功能障碍 抑制剂可降低 和 洗涤可溶和洗涤不可溶的水平 此外，降低了周期蛋白依赖性激酶（）的活化，从而减少了 蛋白的过度磷酸化 最后，抑制 激活降低了老年 小鼠模型中 样病理特征相关的星形细胞和小胶质细胞反应在中枢神经系统变性的病理生理过程中，发挥了重要作用，许多研究试图寻找适宜的抑制剂以抑制 活性 理想的蛋白酶抑制剂不仅能通过细胞膜屏障还要有较高的特异性 典型的环氧乙烷类抑制剂 对 及其他半胱氨酸蛋白酶具有不可逆性的抑制作用 但 含有羧化基团，无法通过细胞质膜 有研究者将 的羧基酯化衍生为 后具有细胞质膜通透性 多数 抑制剂特异性较差 环氧乙烷类抑制剂对 及组织蛋白酶 等其他半胱氨酸蛋白酶均有抑制作用 能够抑制、组织蛋白酶、胰蛋白酶和 糜蛋白酶的活性 抑制剂和 抑制剂为三肽乙醛，具有 末端保护作用，对 活性抑制较强而对其他蛋白质的活性抑制较弱 有研究者发现 抑制剂和 抑制剂对 的特异性较高 为该类抑制剂中抑制特异性最强的一种化合物，能够特异性抑制 活性，而对其他蛋白酶抑制较弱 结论 抑制剂在神经细胞保护方面通过抑制 水解关键细胞骨架和蛋白而发挥保护细 第 期 陈长兰，等：钙蛋白酶（）抑制剂药理活性的研究进展 胞的作用；在失血性休克方面，抑制剂降低 等主要蛋白活性来减少器官衰竭和损伤；在心肌缺血 再灌注研究中，抑制剂可防止再灌注过程中的蛋白水解和收缩功能障碍；抑制剂在中枢神经系统疾病方面通过抑制 活性实现疾病治疗作用 综上，目前对 抑制剂的研究处于起步阶段，主要集中在实验研究某些疾病的发病机制等方面，同临床应用尚且还有一定的距离，此外还需加强抑制剂种类开发，强化其特异性和透膜性的深层次探索参 考 文 献：郭凯文，杨翠翠，张兰 钙蛋白酶参与 蛋白过度磷酸化和截断的机制研究进展 中国康复理论与实践，（）：王金桂，祝宝华，于晓頔，等 钙蛋白酶抑制剂对大鼠离体心脏缺血 再灌注损伤的保护作用 东南大学学报（医学版），（）：柯朝 不同类型钙蛋白酶抑制剂对肿瘤微环境下 小鼠成肌细胞 、表达的影响 福州：福建医科大学，洪端阳，陈林，张彦燕，等 钙蛋白酶抑制剂对纤连蛋白诱导的 乳腺上皮细胞 间质转化的影响 药学学报，（）：，（）：张育才，匡重伸，曾因明 钙蛋白酶抑制剂 对大鼠局灶性脑缺血再灌注损伤的影响 东南国防医药，（）：，（）：，（）：，（）：，（）：，：，（）：，（）：，（）：，（）：刘宁 干预丙烯酰胺致神经干细胞神经丝异常磷酸化的机制 济南：山东大学，刘宁，苏本玉，管强东，等 钙蛋白酶抑制剂 对丙烯酰胺所致神经丝磷酸化及相关激酶异常表达的拮抗作用 中国药理学与毒理学杂志，（）：辽宁大学学报 自然科学版 年 姜文冲 干预丙烯酰胺所致 微管损伤的作用和机制 济南：山东大学，程晓刚，粟永萍，罗成基，等 需钙蛋白酶抑制剂 对 攻击的 细胞中 表达和细胞因子分泌的影响 细胞与分子免疫学杂志，（）：，（）：，（）：谢锋，柴家科，胡泉，等 钙蛋白酶抑制剂对烧冲复合伤大鼠心功能的作用 中华实用诊断与治疗杂志，（）：，（）：，（）：，（）：，：，（）：，（）：，：，（）：，（）：王静 钙蛋白酶在脊髓损伤中的意义及其抑制剂的神经保护作用 齐齐哈尔医学院学报，（）：，（）：（责任编辑 郭兴华）第 期 陈长兰，等：钙蛋白酶（）抑制剂药理活性的研究进展