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ICE靶标蛋白| PDE家族蛋白产品

来源：2024-12-11 16:29:27 浏览量：12771

磷酸二酯酶（phosphodiesterases，PDEs）是一系列水解cAMP及cGMP的水解酶，cAMP和cGMP是对细胞活动起着重要的调节作用的第二信使。cAMP和cGMP浓度的调节主要由腺苷酸环化酶的合成和PDEs水解作用之间的平衡决定，因此PDEs水解活性的调节对细胞功能的调节非常重要。PDEs被分为11个亚家族，每个亚家族的酶具有不同的分布特性，底物选择性，生理功能和抑制剂的敏感性，PDEs亚家族内还可能有多个亚型。PDEs的异常活性或表达与多种疾病密切相关，尤其是心血管疾病、神经系统疾病和免疫系统疾病，其作为药物靶点研究可能会带来更多突破。

一、爱思益普已表达纯化PDE家族活性蛋白可供选择

图1. ICE已构建的PDE家族蛋白及生化实验

二、蛋白产品案例展示：PDE4B1

A：生产流程：

PDE4B1在HEP sf9 高表达昆虫细胞中进行表达。

图2. PDE4B1生产流程图

B:常规QC结果：

SDS-PAGE检测PDE4B1的纯度在90%以上。

图3. PDE4B1 SDS-PAGE结果图

C：活性验证结果：

FP法对PDE4B1蛋白分别进行酶滴和阳性药的验证，PDE4B1具有良好的活性，满足实验需求。

图4. FP法活性测定

三、爱思益普PDE家族蛋白产品列表

更多产品信息请访问爱思益普蛋白商城查询：https://protein.ice-biosci.com/

除了丰富的现货产品，同时可以提供克隆-表达-纯化-质控-活性测定一体化蛋白定制服务。以满足您对蛋白序列、标签或修饰以及不同应用场景的个性化需求。

四、ICE PDE Panel筛选助力抑制剂评估及选择性分析

图5. ICE PDE Panel数据

五、PDE背景介绍

1、简介

cAMP和cGMP是细胞内第二信使，在信号转导级联反应中发挥核心作用，调节许多关键的生理和病理过程，包括细胞的生长、分化和增殖、Ca2 +端依赖信号、繁殖、心脏功能、视觉、炎症、以及肿瘤的发展。磷酸二酯酶(phosphodiesterase,PDEs) 是一类水解cAMP 及 cGMP的酶，通过选择性地水解调控蛋白和转录因子的第二信使cAMP和cGMP，从而在细胞内信号传导中发挥关键作用。PDE是在发现cAMP后几乎立即被鉴定的，代表了一大类普遍表达的水解酶，它们通过将cAMP和cGMP分别水解为5′AMP 和5′GMP来控制环核苷酸在细胞内的水平。因为它们催化唯一已知的终止环核苷酸信号的酶促反应，所以PDE是健康和疾病中环核苷酸控制下无数生理和病理过程中的关键调节因子。

PDE构成一个庞大而复杂的超家族，其中包含11个PDE基因家族（PDE1至PDE11），包括21个基因，这些基因通过mRNA的选择性剪切或多个启动子和转录起始位点产生大约100个（或更多）的蛋白质。PDE家族在结构上相关且受到高度调控，但在一级结构、催化特性、对特定抑制剂和调节剂的反应以及它们的亚细胞定位和靶向特定的多分子调节复合物或“信号体”方面有所不同。这11个PDE家族可以根据其底物特异性分为三类。PDE4、PDE7和PDE8选择性水解cAMP，而PDE5、PDE6和PDE9选择性水解cGMP。PDE1、PDE2、PDE3、PDE10 和 PDE11具有双重特异性，根据同工型的不同，它们以不同的亲和力作用于cAMP和cGMP。不同PDE家族之间的表达模式通常很广泛，其特征主要是胞质细胞内定位。

此外，PDE酶的多种特征，包括高度的异构体变异，对底物的高度异构体特异性，不同异构体之间不同的组织表达和亚细胞定位模式，以及普遍有利的细胞内环核苷酸浓度，这些都进一步突出了它们作为药物靶点的潜力。

图6. 环核苷酸信号通路

2、蛋白结构

PDE同工酶通常以二聚体形式存在，包括N端调节结构域和C端催化结构域。催化结构域高度保守，包含cAMP和cGMP分子底物结合口袋、同源结构域和氨基酸残基等，是金属依赖性磷酸水解酶的独特结构域，保证PDE各亚型调节特性及细胞功能。不同亚型调节结构域氨基酸序列差别很大，主要有Ca2+/钙调蛋白（CaM）结合位点（PDE1），cGMP磷酸二酯酶-腺苷酸环化酶-细菌转录因子1A（GAF）催化结构域，膜相关结构域，上游保护区（UCR）结构域和周期昼夜蛋白-芳基烃受体核转运蛋白-专一蛋白（PAS）结构域，以及蛋白激酶A（PKA）和cGMP依赖性蛋白激酶（PKG）磷酸化的必要位点如丝氨酸157(Ser157)，丝氨酸239(Ser239)等。

图7. PDEs的结构示意图

3、抑制剂研究进展

PDE抑制剂是用于管理和治疗慢性阻塞性肺病（COPD）、勃起功能障碍（ED）、肺动脉高压（PAH）、良性前列腺增生（BPH）、急性失代偿性心力衰竭、银屑病、银屑病关节炎（PA）、特应性皮炎（AD）和新生儿呼吸暂停的药物。在预防cAMP或cGMP降解的药物类别中，它们表现出平滑肌松弛、血管扩张和支气管扩张作用。

图8：PDEs家族及其抑制剂

PDE1发挥作用主要是通过Ca2+结合到PDE1的CaM结构域，Ca2+和CaM绑定后，缓解催化位点N端自动抑制，从而发挥作用。研究发现，靶向CaM抑制PDE1活性是PDE1抑制剂发挥抗肿瘤作用的重要机制。PDE1抑制剂主要有长春西汀、姜黄素、尼莫地平、胸腺醌、青蒿素和双氢青蒿素等。

PDE2仅有PDE2A一种亚型，目前已知的PDE2抑制剂有外消旋-9-（2-羟基-3-壬基）腺嘌呤盐酸盐〔EHNA〕，Bay60-7750，IC933和双嘧达默（dipyridamole）等。

PDE3主要包括PDE3A和PDE3B。PDE3对cAMP与cGMP均有水解能力，但对于cAMP的水解能力约为cGMP的十倍。PDE3选择性抑制剂主要有西洛他唑、西洛酰胺、米力农、氨力农、依诺昔酮和氰胍佐旦等。西洛酰胺（cilostamide）和西洛他唑（cilostazol）是PDE3特异性抑制剂，西洛他唑目前已获FDA批准，用于治疗间歇性跛行、肺动脉高压和慢性阻塞性肺疾病。

PDE4包括4种亚型（PDE4A，PDE4B，PDE4C 和PDE4D），约有20个同工酶，对cAMP高度特异，广泛分布在大脑、肾、心肌细胞、内皮细胞和免疫细胞中。目前对PDE4的研究主要集中在免疫和炎症相关疾病。第一代PDE4抑制剂主要有茶碱、咯利普兰和吡拉米司特等，咯利普兰对神经系统疾病，如PD、抑郁症和焦虑等都具有一定的治疗价值。但第一代 PDE4抑制剂由于严重的恶心、呕吐等副作用，在临床上的应用受到了限制;第二代PDE4抑制剂有罗氟司特和西洛司特等，其中罗氟司特已经通过了FDA和欧盟药品管理局的批准，用于COPD的治疗。此外，罗氟司特对于其他炎症性疾病也有一定的治疗效果，如溃疡性结肠炎和克罗恩病。第三代PDE4抑制剂阿普斯特已经用于自身免疫性疾病如银屑病的治疗，且副作用更小，病人更易耐受。

PDE5可以特异性水解cGMP，只有1种亚型PDE5A。PDE5可以很好地调节血管平滑肌的收缩力，尤其是阴茎和肺部血管平滑肌的收缩力，PDE5也可通过NO-cGMP 信号传递途径参与血小板的聚集，同时PDE5也可能在大脑内cGMP信号传递上起到重要的作用。PDE5 选择性抑制剂主要有西地那非（sildenafil）、伐地那非（vardenafil）、他达那非（tildenafil）、敏喘宁和乌地那非（udenafil）等。西地那非不仅在治疗男性勃起功能障碍(ED)上取得了巨大的成功，也可用于治疗PAH，改善病人的呼吸困难。

PDE7家族的生物学功能与PDE4相似，对cAMP具有高度的选择性，作为新的慢性炎症的治疗靶点受到了越来越多的关注。PDE7家族共有2种亚型，PDE7A和PDE7B，二者基因序列同源性高达70%。目前发现的PDE7选择性抑制剂有BRL-50481和IC242以及基于计算机模拟发现的喹唑啉类和噻二唑类小分子化合物S14和VP1等。BRL- 50481可以下调慢性淋巴细胞白血病( CLL) 细胞中PDE7B蛋白的表达，升高cAMP含量，从而诱导 CLL细胞凋亡。此外，BRL- 50481联合其它抑制剂使用时，可增强其它PDE抑制剂的效果。

PDE10对cAMP和cGMP均有水解作用，但对cGMP水解作用更强。PDE10主要包括PDE10A1和PDE10A2。PDE10A与肺癌、乳腺癌和结肠癌发生相关。PDE10抑制剂的主要抑制剂有Papaverine、PQ-10、TP-10和MP-10。

PDE是一个庞大的家族，各亚型对环核苷酸的水解各有特点，基因和蛋白质组学研究结果和临床药物应用结果表明PDE可作为疾病治疗靶点的有效性和安全性。截至目前，全球已经有超过40种PDE抑制剂作为治疗药物使用，近几年研究发现PDE在多种肿瘤中异常表达，对不同PDE家族各基因亚型调控肿瘤发生发展的机制进行研究，可为肿瘤治疗提供新靶点，将成为未来PDE研究的一大重要方向。

4、Reference

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2.Bondarev AD, Attwood MM, Jonsson J, Chubarev VN, Tarasov VV, Liu W, Schi?th HB. Recent developments of phosphodiesterase inhibitors: Clinical trials, emerging indications and novel molecules. Front Pharmacol. 2022 Nov 24;13:1057083. doi: 10.3389/fphar.2022.1057083. PMID: 36506513; PMCID: PMC9731127.3.Barone I, Giordano C, Bonofiglio D, Andò S, Catalano S. Phosphodiesterase type 5 and cancers: progress and challenges. Oncotarget. 2017 Oct 12;8(58):99179-99202. doi: 10.18632/oncotarget.21837. PMID: 29228762; PMCID: PMC5716802.4.张作艳,李杨玲,周旋,等.磷酸二酯酶的促肿瘤作用及其抑制剂抗肿瘤作用研究进展[J].中国药理学与毒理学杂志,2022,36(11):862-871.