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【AmBeed简读】揭秘BTK:作用机制与抑制剂的探索

BTK(布鲁顿酪氨酸激酶)的异常活动可能与癌症或自体免疫疾病的形成有关,这使得BTK蛋白成为了治疗涉及B细胞和/或巨噬细胞异常活化相关疾病的潜在重要靶点。伊布替尼等BTK抑制剂类药物在临床试验中的显著疗效,已经激发了全球众多制药企业对于这一领域的浓厚兴趣,纷纷投入到BTK抑制剂这一备受瞩目的研发赛道中。


1952年一个8岁的小孩体内反复被肺炎球菌感染,出现了严重的败血症。当时,负责诊治的OgdenBruton医生认为这个孩子的血清里先天缺乏一类丙种免疫球蛋白,并对此病例进行了记录,即后来的X连锁的血中丙球蛋白贫乏症(X-linkedagammaglobulinemia, XLA)。随着分子生物学的发展,科学家在1993年确定了XLA发病的原因是一种激酶基因有缺陷。为了纪念OgdenBruton医生,人们将其命名为布鲁顿酪氨酸激酶(Bruton’s tyrosinekinase, BTK)。之后,科学家发现BTK在通过B细胞和髓系细胞中的B细胞受体(BCR)的信号传导中起着至关重要的作用。因此,BTK被认为是治疗涉及B细胞各种疾病的潜在靶点。

BTK蛋白结构

布鲁顿酪氨酸激酶(BTK)是一种非受体激酶,对B细胞发育和成熟B细胞的功能都至关重要,BTK由659个氨基酸组成,是高度保守的TEC家族成员之一。图1展示了BTK的5个蛋白质结构域,包括N末端的PH域、TEC 同源(TH)域、SRC 同源(SH)域的 SH2 和SH3结构域,以及C末端具有酶活性的激酶域(图1)[1,2]。

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图1:BTK蛋白结构域[1]


BTK平时位于细胞质中,其N端的PH域可与磷脂二醇-3,4,5-三磷酸盐(PIP3)互作从而实现BTK向细胞膜的移动,故而PH域对BTK的功能至关重要。TH域中有一块独特的富含脯氨酸的区域,其中含有锌指结构,对BTK的活性和稳定性也非常重要。BTK的大多数功能都需要其激酶活性,C端激酶域的重要性也不言而喻,激酶域的Y551位点和BTK激活有关[1,2]。

IgM-BCR通路中的BTK

IgM- BCR信号对于外周B细胞的生存至关重要,而BTK是其中关键的一环,在没有BTK的情况下,B细胞凋亡率很高。活化的BTK可以参与到MAPK、NF-кB等多条下游信号通路中。BTK的活化会激活下游底物PLCγ2,被激活的PLCγ2水解PIP2生成IP3和DAG两个第二信使。生成的IP3可以调节细胞内钙离子水平,从而通过Ca2+和CaM激活NFAT(T细胞活化核因子),以维持B细胞的免疫应答。而DAG可以激活PKCβ(蛋白激酶Cβ),从而诱导MAPK家族多个成员的激活,其中包括ERK1/ERK2、JNK、p38和NF-κB通路(图2),维持细胞生存和调节细胞周期[1,2]。

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图2:BTK相关信号通路[2]



BTK是B细胞表面抗原(BCR)信号通路的关键激酶,对于B细胞的生长、发育、分化等起到重要作用。BTK功能异常可能会使BCR信号通路过度活跃,使B细胞异常增殖,导致非霍奇金B细胞淋巴瘤等疾病的产生。

BTK小分子抑制剂

近年来,已经针对BTK开发了多种小分子抑制剂,伊布替尼(Ibrutinib)是全球首个BTK抑制剂,口服不可逆转。Ibrutinib与BTK激酶域481位半胱氨酸残基结合,抑制BTK的激酶活性。但是因为Ibrutinib需要长时间甚至终身用药,持续治疗可能导致BTK的C481位点(Ibrutinib结合的活性部位)和T474突变,进而出现耐药的问题。

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图3: Ibrutinib和Zanubrutinib结构[3]



Ibrutinib的成功点燃了大家对BTK靶点的研发热情。其中,泽布替尼(Zanubrutinib),是我国第一款本土研发的BTK抗癌药物。从结构上来看,Zanubrutinib保留了Ibrutinib的亲电基团丙烯酰胺及二苯醚基团,但不含有嘧啶环,这一结构上的区别,使得Zanubrutinib比伊布替尼有更好的治疗效果。除此之外,还有多款在研BTK抑制剂,如下表所示:

表1: BTK部分抑制剂(数据来源:药渡)

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BTK在B细胞的正常生长与功能维护中占据着举足轻重的地位。在临床实践中,作为治疗各种B细胞恶性肿瘤的靶点,BTK的治疗效果更是令人瞩目。特别地,BTK小分子抑制剂作为一种创新的疗法,能够影响肿瘤微环境中的关键免疫细胞,展现出极为广阔的应用前景。我们热切期待科研人员在这一领域进行更深入的研究,为患者带来更多的希望与福音!

参考文献:

1.Pal Singh, S., F. Dammeijer, and R.W.Hendriks, Role of Bruton's tyrosine kinase in B cells and malignancies.Molecular cancer, 2018. 17(1): p. 57-57.

2.Corneth, O.B.J.,R.G.J. Klein Wolterink, and R.W. Hendriks, BTK Signaling in B CellDifferentiation and Autoimmunity, in B Cell Receptor Signaling, T. Kurosaki andJ. Wienands, Editors. 2016, Springer International Publishing: Cham. p. 67-105.

3.王姝,黄文海,沈正荣.布鲁顿酪氨酸激酶靶向药物的研究进展[J].中国现代应用药学,2020,37(24):3063-3072.

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