程序性细胞死亡是维持机体稳态的核心过程,主要包括凋亡、焦亡、坏死性凋亡、铁死亡、自噬。
目前已知多种肿瘤和神经退行性疾病与程序性细胞死亡的调控异常有关。半胱氨酸蛋白酶是凋亡、坏死性凋亡和焦亡调控网络中的“核心执行者”,是细胞死亡研究中常用的分子标志物,也是多种疾病治疗的重要靶点。它通过逐步拆解细胞内的关键结构与功能蛋白,最终引导细胞有序死亡。
肽基氟甲基酮类化合物(PFMK)是一类经典的半胱氨酸蛋白酶抑制剂,在细胞死亡相关研究中有广泛应用。
半胱氨酸蛋白酶是一类以半胱氨酸(Cys)为活性中心的蛋白水解酶,主要包括胱天蛋白酶家族、钙蛋白酶家族和半胱氨酸组织蛋白酶家族。它们的共同特点是活性中心的Cys-His催化二联体。

半胱氨酸蛋白酶的作用机制
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胱天蛋白酶(Caspase,Cysteine Aspartate-Specific Protease)切割底物蛋白中天冬氨酸(Asp)羧基端的肽键。启动型(Caspase-8/9/10)和效应型(Caspase-3/6/7)Caspase以“级联激活”机制启动凋亡。炎症型Caspase(Caspase-1/4/5/11)与焦亡有关。此外,Caspase-8还参与坏死性凋亡。
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半胱氨酸组织蛋白酶(Cysteine Cathepsin)是组织蛋白酶(Cathepsin)的一种,切割底物蛋白中精氨酸(Arg)羧基端的肽键,可以引发非Caspase依赖的凋亡。主要的半胱氨酸组织蛋白酶有Cathepsin B/L/S/K。
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钙蛋白酶(Calpain)依赖钙离子激活,其底物主要是含有疏水氨基酸残基的肽段。Calpain间接参与焦亡或坏死性凋亡。 |

Caspase和Cathepsin相关细胞凋亡
PFMK是一类针对半胱氨酸蛋白酶的不可逆抑制剂,由保护基,肽基部分和氟甲基酮基团(FMK)组成。因此,PFMK命名基本遵循“保护基缩写+氨基酸序列缩写+FMK”。比如Z-VAD-FMK,Z表示苄氧羰基保护基,VAD表示Val-Ala-Asp寡肽序列,FMK表示氟甲基酮基团。
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PFMK的典型结构(以Z-VAD-FMK为例)
(DOI:10.3390/molecules25174031)
保护基可以防止PFMK的N端氨基降解或与其他物质发生反应,还可以增强分子的疏水性,辅助PFMK穿透细胞膜。肽基部分通常是一个寡肽,作用是模拟目标半胱氨酸蛋白酶的底物序列,确保抑制剂只作用于目标酶,不影响其他酶。氟甲基酮基团的作用是直接使靶点失活。氟甲基会和酶活性中心的半胱氨酸残基中的巯基(-SH)发生亲核取代反应,最终形成稳定共价键,实现不可逆抑制。

PFMK的作用机制
PFMK凭借高特异性和不可逆抑制特性,被广泛用于细胞死亡机制验证。在抗凋亡相关的药物研发中,PFMK类化合物可以在前期用于靶点验证,也可以在筛选过程中作为阳性化合物。文末附有APExBIO常见PFMK类半胱氨酸蛋白酶抑制剂的简介。
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客户发表文献一
客户发表文献二
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