——记江苏大学药学院郑卫平教授

本刊记者　刘玉杰

　　
　　在人类历史上，恶性肿瘤曾作为不治之症肆意吞噬着人们的生命。经历过的人们都知道，它让你昼夜都无处逃遁。
　　近日，国际癌症研究领域顶级期刊Cancer Cell全文发表了江苏大学药学院郑卫平教授课题组与美国Case Western Reserve大学医学院综合癌症研究中心Zhenghe Wang教授课题组合作的题为“Gain of Interaction with IRS1 by p110α-Helical Domain Mutants Is Crucial for Their Oncogenic Functions” 的研究论文，报道了研究人员在癌症研究方面的最新研究成果。郑卫平教授为该篇论文的共同通讯作者，江苏大学为通讯作者单位之一。
　　郑卫平教授早年曾在美国田纳西大学药学院获得药物化学博士学位，之后在美国约翰霍普金斯大学医学院进行博士后研究，2011年，全职加盟江苏大学，2012年度入选江苏特聘教授及江苏省“双创计划”。
　　在这条通向光明、精彩却又未知的路上，他就像是一个赴约者，体验赤诚、体验发现的惊异，带着对光明与希望的独特的人生体验，他追求理想、倾注一腔真情，摈弃与不容伪善。带着柔和与诚心，守望在黑暗的尽头。
　　
精细严谨　发展机制导向的酶抑制剂
　　
　　Sirtuin——代表一类细胞内能催化乙酰赖氨酸侧链去乙酰化的酶。
　　根据现有的知识，除了组蛋白，sirtuin也接受其他蛋白质作为天然底物。这些叫做sirtuin的酶已经在从细菌到人类的各种活性生物体中发现。酵母中的沉默信息调节因子２（Sir2）蛋白代表所发现的首例sirtuin；它的蛋白乙酰赖氨酸去乙酰化催化活性是在大约10年前发现的。迄今为止，人体中已发现了7个sirtuin，即SIRT1-7。
　　2006年，郑卫平在美国Akron大学化学系担任冠名终身制助理教授期间，他的实验室在全球范围内首次报道了如下重大发现：如果将一个SIRT1的多肽底物中的乙酰赖氨酸换作硫乙酰赖氨酸，所得的多肽是一个非常强的SIRT1去乙酰催化活性的抑制剂。
　　郑卫平实验室在上文中同时报道的机制研究，以及美国威斯康辛大学John Denu教授的实验室之后在2007年报道的机制研究，表明含硫乙酰赖氨酸的多肽是一个机制导向的sirtuin抑制剂（或自杀性底物）。
　　具体地说，含硫乙酰赖氨酸的多肽可被sirtuin当作底物处理，可是随之形成的中间体只能非常缓慢地被继续处理，以至于它能较长时间地占据sirtuin 的催化活性中心，从而阻止sirtuin继续处理正常的底物。
　　在美国Akron大学的实验室，郑卫平与美国约翰霍普金斯大学医学院生物物理和生物物理化学系Cynthia Wolberger教授的实验室合作利用X-射线晶体衍射成功地捕捉到了以上提及的中间体,即α-1’-S-alkylamidate，从而证实该中间体确实能较长时间地占据一个sirtuin的催化活性中心。机制导向的sirtuin抑制模式进一步得到了支持。
　　郑卫平实验室首次发展的sirtuin去乙酰催化活性的抑制方法越来越被他自己的实验室及世界各国的实验室证明是一个能够快速地发展非常强的sirtuin抑制剂的方法。此方法也已被表明是一个能适用于来自不同生物体的sirtuin的通用方法。
　　第一代的含硫乙酰赖氨酸的sirtuin抑制剂皆是基于多肽的。因为多肽通常不能透过细胞膜，且易被蛋白酶或肽酶所降解，郑卫平的实验室已开始发展稳定且能透过细胞膜的第二代含硫乙酰赖氨酸的sirtuin抑制剂。通过对一个含有硫乙酰赖氨酸的长肽抑制剂进行结构精简，郑卫平的实验室最近成功地发展出2个仍含硫乙酰赖氨酸但分子量低于600Da的强且稳定并能透过细胞膜的sirtuin抑制剂。虽然能够非常强地抑制sirtuin的去乙酰催化活性，这两个肽类化合物被发现几乎不能选择性地抑制某个特定的sirtuin,因此郑卫平在江苏大学药学院将利用这2个肽类抑制剂作为新的先导化合物去发展第三代含硫乙酰赖氨酸的sirtuin抑制剂。
　　课题目标是发展出强且具有选择性，稳定且能透过细胞膜，分子量仍低于600Da，仍含硫乙酰赖氨酸的小分子sirtuin抑制剂。只有这样的抑制剂才能作为有效的化学生物学研究工具以探索细胞内单个sirtuin的功能，以及副作用小的抗肿瘤药物。
　　除了乙酰化，某些蛋白赖氨酸侧链氨基也可以被甲基化。赖氨酸侧链甲基化曾一度被认为是一个不可逆的翻译后修饰过程，然而，于2004底发现的LSD1催化的去甲基化反应改变了该观点。LSD1能接受含双甲基化或单甲基化赖氨酸的蛋白或多肽作为底物并能催化去除1个或2个甲基到含单甲基化或零甲基化赖氨酸的产物。
　　大约1年半之后，JMJD2A催化的去甲基化反应也被发现。JMJD2A是第一个被发现的JMJD2组蛋白甲基赖氨酸去甲基酶家族成员。到目前为止，4个JMJD2家族成员已经在人体中发现，即JMJD2A-D。这些去甲基酶能接受含三甲基化或双甲基化赖氨酸的组蛋白或多肽作为底物并能催化去除1个或2个甲基到含双甲基化或单甲基化赖氨酸的产物。因此LSD1和JMJD2催化的去甲基化反应合起来能将三甲基化的赖氨酸侧链去甲基到零甲基化的赖氨酸侧链。
　　虽然很有效的LSD1抑制剂已经被发展，有效的JMJD2抑制剂还有待发展。郑卫平在江苏大学药学院的实验室将致力于发展一类JMJD2催化机制导向的抑制剂。因为这些抑制剂是根据JMJD2催化机制设计的，所以该催化机制导向的抑制剂设计方案将适用于所有的JMJD2家族成员。
　　
远见卓识　发展和运用酶催化活性导向的化学探针
　　
　　酶催化活性导向的蛋白质分析（Activity-based Protein Profiling, ABPP）已被证明是一个在考察生理及病理情况下蛋白质功能方面极有效的技术。此技术的漂亮之处是它能定量地考察生理及病理情况下酶的催化活性。成功运用ABPP技术的关键一步是发展出能定量地报告酶催化活性的化学探针，因此这些探针往往是酶催化机制导向的。
　　郑卫平在江苏大学药学院的课题组将致力于发展和运用针对人类MJD2家族甲基赖氨酸去甲基酶及人类乙酰赖氨酸去乙酰酶HDAC8的催化活性且能透过细胞膜的化学探针。
　　除了有效的JMJD2抑制剂还有待发展，有关JMJD2家族成员的天然底物选择及其细胞内活性调控机制，到目前为止也知道得很少。同样，有关HDAC8 的功能也知道得很少，主要原因在于人们还不知道HDAC8的天然底物是什么以及细胞内HDAC8的活性是如何调控的。虽然有效的JMJD2或HDAC8抑制剂可以用来帮助探索这些酶在细胞内的功能，以下提出的化学生物学研究手段将能更直接地帮助鉴定JMJD2和HDAC8的天然底物以及细胞内这些酶的调控机制。
　　郑卫平决定开展该项研究的另一个原因是现已发现JMJD2和HDAC8在肿瘤细胞中的表达量比在正常细胞中高。为了确定是否肿瘤细胞中JMJD2和HDAC8 的催化活性也比在正常细胞中高，郑卫平的课题组将运用所发展的针对人类 JMJD2和HDAC8催化活性的且能透过细胞膜的化学探针来定量地检测肿瘤细胞中和正常细胞中JMJD2和HDAC8的催化活性水平。该研究也能显示在哪些肿瘤细胞中JMJD2和/或HDAC8的催化活性比在正常细胞中高。该研究结果将有助于有效地使用JMJD2或HDAC8抑制剂发展出肿瘤类型特异的治疗方案。
　　一个酶在细胞内的催化活性水平可以非常不同于它被纯化之后的催化活性水平。这主要是由于细胞内存在着好几种不同的酶催化活性的调控机制。比如，别构效应，对于酶催化活性关键的氨基酸侧链的翻译后修饰，酶底物的时空调控，与其他生物大分子的复合物形成。因此，使用酶催化活性导向的探针（Activity-based Probe,ABP）的抑制剂测试方法能够更真实地报告一个酶抑制剂在细胞和生物体整体水平的表现。该类测试结果也能帮助确定使用纯化酶的测试方法是否可靠。
　　如上所述，现已发现JMJD2和HDAC8在若干肿瘤细胞中的基因表达量比在正常细胞中高。比如前列腺癌细胞中的JMJD2A表达水平；食管上皮癌细胞中的JMJD2C表达水平；神经母细胞瘤中的HDAC8表达水平。然而，信使RNA和蛋白质水平增高并不一定意味着酶催化活性也增高。再者，细胞内酶催化活性水平才是关键的考虑指标用以确定一个酶催化的反应是否可以作为一个发展药物的生物靶。因此，为了确定是否肿瘤细胞中JMJD2和HDAC8的催化活性也比在正常细胞中高，郑卫平的课题组所发展的针对人类JMJD2和HDAC8催化活性的且能透过细胞膜的化学探针将被证明很有用，因为它们能定量地报告肿瘤细胞中和正常细胞中JMJD2和HDAC8的催化活性水平。
　　迄今为止的研究表明，除了组蛋白，LSD1也能接受其他细胞内蛋白质作为天然底物，然而，H3组蛋白是迄今为止所发现的唯一的JMJD2家族成员的天然底物。不过，最近的两项运用不同的多肽的研究预测JMJD2有可能也接受H3组蛋白之外的细胞内蛋白质作为天然底物。
　　为了确证此预测并扩大寻找 JMJD2 的非组蛋白天然底物的范畴，郑卫平在江苏大学药学院的课题组将运用所发展的针对人类JMJD2催化活性的且能透过细胞膜的化学探针富集，并结合质谱分析手段，鉴定细胞内与JMJD2相互作用的蛋白质。
　　为了提高此研究策略成功的可能性，所发展的探针将是能与JMJD2催化活性中心形成共价键结合的机制导向的JMJD2抑制剂。所鉴定出的细胞内与JMJD2相互作用的蛋白质很有可能是JMJD2的天然底物，或者是参与细胞内调控JMJD2催化活性的蛋白质。该研究不仅能进一步显示JMJD2的功能，而且能帮助设计发展新型的JMJD2家族成员的抑制剂，因为该研究能进一步显明JMJD2家族成员是怎样选择天然底物的，以及它们的催化活性在细胞内是如何被调控的。
　　郑卫平在江苏大学药学院的课题组也将运用所发展的针对人类HDAC8催化活性的且能透过细胞膜的化学探针进行同样类型的研究，即富集，并结合质谱分析手段，鉴定细胞内与HDAC8相互作用的蛋白质。同样地，所发展的探针将是能与HDAC8催化活性中心形成共价键结合的机制导向的HDAC8抑制剂。所鉴定出的细胞内与HDAC8相互作用的蛋白质也很有可能是HDAC8的天然底物，或者是参与细胞内调控HDAC8催化活性的蛋白质。
　　该研究不仅能进一步显示HDAC8 的功能，而且能帮助设计发展新型的 HDAC8抑制剂，因为该研究能进一步显明HDAC8是怎样选择天然底物的，以及它们的催化活性在细胞内是如何被调控的。
　　在江苏大学药学院发展一个强有力的以发展新型抗肿瘤药物为总目标的化学生物学科研团队，是郑卫平近期的目标，“团队科研和教学活动将针对蛋白去乙酰化及去甲基化酶和它们催化的反应。虽然这些酶催化的反应只是在90年代中期及之后陆续被发现的，但是过去几年的研究进展已经表明它们作为发展新型药物的生物靶具有巨大的潜力。进一步了解这些酶及其催化的反应也代表了一个非常重要且当今非常热门的研究领域。”郑卫平信心满满。
　　我们有理由相信，郑卫平的加盟将大大地促进江苏大学药学院药物化学学科与世界先进水平接轨的进程，并将大大地带动镇江市乃至江苏省的医药科技发展与产业化的进程。