多肽类DNA甲基化转移酶抑制剂

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【摘要】近年来，DNA 甲基化作为研究较为广泛的表观遗传修饰方式之一受到越来越多学者的关注。异常的DNA甲基化可以诱发肿瘤的发生，DNA甲基化转移酶抑制剂可改变异常的DNA甲基化从而达到治疗恶性肿瘤的效果。目前已报道了各种作用于DNA甲基化转移酶的抑制剂，其中包括多肽类化合物。本文就现有研究开发的用于肿瘤治疗的多肽类dna甲基化转移抑制剂进行了综述分析。

【关键词】异常DNA甲基化；DNA甲基化转移酶抑制剂；多肽类抑制剂

【中图分类号】R394．3 【文献标识码】A【文章编号】1044-5511（2011）11-0175-02

【Abstract 】 Recently, the epigenetics has come to the fore in cancer research. DNA methylation, one of the best studied of epigenetic modifications, has accepted more and more attention. Aberrant DNA methylation can induce cancer. DNMT inhibitors can invert the aberrant methylation and thereby cure the cancer. Diverse classes of chemical compounds including peptide are being discovered and evaluated as DNMT inhibitors targeting DNA hypermethylation. This review will mainly discuss the developing peptide inhibitors of DNMT for cancer.

【Key words】Aberrant DNA methylation； DNMT inhibitors； Peptide inhibitors.

DNA甲基化与组蛋白去乙酰化作为研究最广泛的两种表观遗传修饰方式备受关注［1］。DNA甲基化主要发生在CpG岛的胞嘧啶, 使用S-腺苷蛋氨酸(SAM 或 AdoMet)作为甲基供体，甲基基团与二核苷酸的胞嘧啶环第5号碳原子以共价键的形式结合，形成5-甲基胞嘧啶。整个过程由DNA甲基化转移酶（DNMTs）催化。到目前为止，已经发现的DNA甲基化转移酶包括：Dnmt1, Dnmt1b, Dnmt1o, Dnmt1p, DDnmt3a,Dnmt3a2, Dnmt3b和Dnmt3L ［2］。

全基因组低甲基化和局部特定基因的高甲基化都可以诱导肿瘤的发生。药物干预可以改变DNA的甲基化状态。目前作用于全基因组甲基化的药物鲜有报道［3］。大多数已报道的化合物均指向降低DNA甲基化水平，并激活抑癌基因的表达［4-5］。

1 DNA甲基化转移酶抑制剂

DNA甲基化转移酶抑制剂根据其结构可以划分为［6］：核苷类和非核苷类抑制剂（见表1）。核苷类DNA甲基化转移酶抑制剂主要包括5-氮胞苷（5-azacytidine），地西他滨（zebularine）等［7］。由于5-azacytidine，zebularine这类药物需要以共价键的形式并入到DNA链中，而且缺少特异性，会与其他DNA结合蛋白作用。因此该类药物显示了较高的毒性。而直接作用于DNMT催化区域的药物可以避免这种毒副作用［8］。

近年来，各种非核苷类DNA甲基化转移酶抑制剂被检测到具有去甲基活性。包括被FDA批准上市的药物普鲁卡因和普鲁卡因胺；第一个通过合理药物设计得到的合成类药物RG108；各种天然产物类分子如EGCG，姜黄素，小白菊内酯，psammaplin A，mahaniene等［9］；第二代寡义核苷酸药物MG98［10］。

表1 DNA甲基化转移酶抑制剂

2 多肽类抑制剂

多肽药物是当前医药市场的亮点。目前，FDA已批准上市了各种作用于不同靶点的多肽药物［11］。目前已报道的作用于DNMT的多肽药物并没有被广泛研究。

2.1 Pep515p：1997年，Glickman等研究了Dnmt1的翻译后修饰［12］。2007年，Goyal等进一步研究并鉴定了Dnmt的磷酸化位置［13］。Serine515是N端调控区域的主要磷酸化位点。EKIYISKIVVE是来源于Dnmt1的Ser515附近的多肽序列。该序列在多种已知的Dnmt1蛋白中具有较高的同源性。

EKIYISPKIVVE的设计依赖于蛋白的磷酸化对酶活性的影响可以通过区域-区域间的相互作用调节。而Ser 515位于DNA甲基化转移酶的N端调控区域, 正好可以与C端催化区域发生相互作用。在所测条件下，未磷酸化的多肽Pep515（EKIYISKIVVE）对Dnmt1的IC50为1500uM而磷酸化的多肽Pep515p（EKIYISPKIVVE）IC50值为150uM。而且，Pep515p可以特异性的抑制Dnmt1的催化区域，对Dnmt3a的活性无影响。在实验中用于对照的化合物WDGMAAGNAIER和KIVSEIYKIVE只有在高浓度时才会影响到Dnmt1的活性。这项数据显示了丝氨酸的磷酸化会影响甲基化转移酶的N端调节区与C端催化区域间的相互作用，进一步影响该多肽对DNMT1的抑制活性。

2.2 Bovine lactoferricin

牛乳铁素LactoferricinB（FKCRRWQWRMKKLGAPSITCVRRAF），一个富含阳离子的多肽，具有抗菌、抗病毒、抗炎症、抗肿瘤等多种生物学功能。25个氨基酸中，六个氨基酸残基即LfcinB 4-9（RRWQWR-NH2）组成了牛乳铁素的活性中心，尤其是位于6位及8位的Trp对LFB的抗菌活性有着重要的影响［14-15］。

牛乳铁素因为其卓有成效的抗菌作用受到广泛的关注。近来研究表明牛乳铁素对多种肿瘤细胞具有毒性作用。Roy等证实牛乳铁素还可抑制白血病细胞HL-60的转移。Vogel等推测该多肽可能通过影响DNMT的表达而起到抗肿瘤的作用。随后，Zhang等［16］通过qRT-PCR，Western Blot等实验证实，牛乳铁素可以降低DNMT蛋白及mRNA在Jurkat T-leukemia细胞中的表达。

2.3 Depsipeptide：HDAC环肽抑制剂包含已经上市的FK228(也被称为FR-901228，NSC-630176) 及FR901375等。FK228于2009年12月5日被FDA批准上市，用于甲状腺肿瘤白血病胰腺癌等多种疾病的治疗。研究表明FK228以前药的形式存在，当进入细胞中，它的二硫键即被还原为二个硫醇，从而与HDAC的锌离子结合。很多研究者报道了有效合成FK228的方法。Maro等合成了一系列相对于FK228活性更高的衍生物并研究了它们的构效关系［17-18］。

资料显示去甲基化药物5-aza-CdR和去乙酰化抑制剂在调节基因表达时起着相互重叠的作用，DNA甲基化，组蛋白去乙酰化及组蛋白甲基化可能共同组成了影响基因表达的调控体系。组蛋白去乙酰化酶抑制剂TSA等可以抑制Dnmt3b的表达。所以我们有理由推断组蛋白去乙酰化酶抑制剂可以直接影响DNA甲基化转移酶的活性。Wu等研究发现HDAC环肽类抑制剂具有去甲基能力［19］。当给予0.5 nM到5 nM的Depsipeptide 96小时时，RT-PCR显示Dnmt3a的表达以剂量依赖性方式在降低。然而，HDAC环肽抑制剂不能影响Dnmt1的表达，但它却可以阻止Dnmt1与p16, SALL3等抑制癌基因的结合。

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3 结语

DNA甲基化作为表观遗传最主要的修饰方式之一受到众多关注。异常的DNA甲基化使得DNA甲基化转移酶抑制剂成为了极具潜能的抗肿瘤药物。由于核苷类DNA甲基化转移酶抑制剂毒副作用，非核苷类DNA甲基化转移酶抑制剂成为了当前该领域药物开发的热点。近几年，作用于Dnmts的抑制剂取得了较快的进展。Kuck及Franco等利用Dnmt1的同源模型分别对小分子化合物及天然产物进行了虚拟筛选，得到了若干相对于RG108活性较好的化合物［20-21］。当前，对已作用于DNA甲基化转移酶的多肽药物研究甚少，我们是否可以以现有的多肽药物为基础得到更加有效的去甲基化药物。

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