构象锁定策略在Keap1–Nrf2蛋白-蛋白相互作用多肽抑制剂中的应用文献综述

开题报告内容：（包括拟研究或解决的问题、采用的研究手段及文献综述，不少于2000字）

研究背景：

通过直接抑制Keap1-Nrf2蛋白-蛋白相互作用(Protein - Protein Interaction, PPI)激活Nrf2，为开发治疗炎症相关疾病的新药物方面提供了新的思路。本研究使用计算机方法提高肽Keap1 - Nrf2抑制剂活性并且探索Keap1的结合腔。把末端疏水残基和Tyr残基置换物引入到新肽中，这些多肽的实验值进一步证实了通过MD模拟探索出的潜在结合位点。此外，在Keap1- Nrf2 PPI荧光偏振实验中，最具促进作用的环内构象肽5与Keap1结合时Kd值为2.8 nM, IC50值为9.4 nM。结果表明了主动构象锁定策略在Keap1-Nrf2 PPI抑制剂的设计中是十分有效的，这为研究Keap1-Nrf2 PPI系统提供了一个有用的探针。

Nrf2在药物发现领域收获了众多研究兴趣因为它在细胞防御机制中扮演了重要作用。Nrf2是调节氧化应激的关键转录因子。启动子区域的抗氧化应答元件(anti - response element, ARE)可诱导多种抗氧化和保护基因的转录，抑制活性氧(reactive oxygen species, ROS)和亲电化学物质等氧化损伤。发现靶向Keap1-Nrf2-ARE信号通路的药物被认为是治疗氧化应激和炎症相关疾病(包括癌症、神经系统疾病和糖尿病)的一种非常有前景的方法。最近，越来越多的研究强调Nrf2不仅对帕金森和阿尔茨海默病具有神经保护作用，并且对多发性硬化症、肌萎缩侧索硬化症和癫痫也有保护作用。

Keap1-Nrf2-ARE途径是抗氧化应激和异常生物损伤最重要的细胞防御机制之一，该途径针对氧化应激和其他类型应激的细胞适应性反应。目前，Keap1-Nrf2-ARE通路的信号传导机制研究取得了较大进展。Keap1是Nrf2的负调控因子，Nrf2是ARE系统的主效应因子，通过负调控Keap1蛋白激活ARE系统导致Nrf2信号的激活，这可以诱导一系列抗氧化应答基因，从而诱导各种解毒和抗氧化防御酶和蛋白质的ARE依赖性表达的转录调节。对Keap1-Nrf2-ARE信号进行控制，已被应用于预防和治疗与氧化应激相关的疾病和病症。

目前普遍接受的是，kelch样ech相关蛋白(Keap1)是Nrf2的主要调控因子。在基础条件下，Keap1与Nrf2在细胞溶胶中共定位，介导其泛素化，从而导致Nrf2的蛋白酶体降解。在氧化应激下，Keap1可以利用其活性半胱氨酸检测细胞氧化还原状态。ROS和亲电化学物质可以共价修饰Keap1半胱氨酸残基，而导致Keap1构象改变。构象的改变可能改变Nrf2中关键赖氨酸残基的位置，Nrf2是泛素的结合位点。因此Nrf2不能再被Keap1参与的E3连接酶复合物泛素化，游离的Keap1也不能再生。随后，新合成的Nrf2不会被Keap1锁定，游离Nrf2可以通过与其他转录调控蛋白形成异二聚体，容易位进入细胞核，与ARE结合并诱导转录。通常来说，Keap1-Nrf2蛋白-蛋白相互作用(PPI)在调节Nrf2活性方面发挥关键作用，Keap1-Nrf2相互作用的竞争性抑制为Nrf2的激活提供了另外一种途径。

迄今为止，大多数Nrf2激活因子通过Keap1蛋白半胱氨酸残基的共价结合来靶向该通路。直接将Keap1-Nrf2 PPI干扰为活性Nrf2比共价机制可能具有毒性低、选择性高的潜在优势。目前，这一领域取得了激动人心的进展。一些有效的小分子PPI抑制剂已经被我们和其他小组报道。然而，Keap1 - nrf2 PPI抑制剂不具有完善的结构多样性，对Keap1结合界面的认识还很有限。这些局限性限制了可以使用的小分子的进一步目标验证。相反，发现有效的肽PPI调节剂更容易，进行系统研究不同长度和序列的Nrf2区域的多肽。肽Nrf2-Keap1 PPI抑制剂的抗炎作用已得到验证。另外两个Keap1底物sequestosome-1 (p62)和prothymosin-a的序列也被研究。这些报道的多肽为进一步研究多肽调节剂提供了基础。新型肽PPI调节剂的开发可以进一步探索Keap1的结合腔，为Keap1的结合提供特权片段，大大促进设计小分子调控PPIs的工作。

在这个工作中，借助于计算方法，我们探索了Keap1结合界面的子袋，发现了潜在的极性结合位点并评估了肽的结合构象限制。通过比较这些残基序列，将末端Leu残基加入到模板(肽2)中，并且得到的肽3的活性显著提高。肽的phenylala-nine 3位于潜在的极地结合位点和酪氨酸替换相应的phenylala-nine(肽4),占领这个口袋,大大加强了绑定。此外，为了限制结合构象，还使用了末端二硫化物键环来环化肽。得到的肽5显示竞争性荧光偏振(FP)测定和Kd值均有显著改善，是迄今为止最有效的Keap1-Nrf2抑制剂。