美国密西根州立大学的胡健课题组和黄雪飞课题组联合报道了设计和合成磷脂激酶人工底物和抑制剂的一个新策略。

磷脂酰肌醇磷酸激酶（Phosphatidylinositol phosphate kinase，PIPK）是一种广泛存在于真核生物中的磷脂激酶，主要负责磷脂酰肌醇二磷酸（Phosphatidylinositol bisphosphate，PIP2）的生物合成。PIPK选择性地磷酸化磷脂酰肌醇磷酸酯（Phosphatidylinositol phosphate，PIP）从而生成PIP2。最早发现的两种PIPK（PIP5K和PIP4K）负责生成PI(4,5)P2，而第三种PIPK（PIKfyve）则生成PI(3,5)P2。尽管PIP2在细胞膜磷脂中占比极低，但却在诸如细胞信号传导，囊泡转运，细胞骨架的动态和膜动力学的调节等方面起重要作用。越来越多的研究表明，PIPK是潜在的，针对治疗肿瘤、肌萎缩侧索硬化、慢性疼痛和病毒感染的药物靶点。因此，开发以PIPK为靶的选择性抑制剂成为近年来的研究热点。常见的激酶抑制剂的开发策略是以药物分子占据其 ATP 结合位点从而抑制底物磷酸化。然而，ATP 结合位点在激酶中高度保守，这使得开发具有高度选择性的 ATP 竞争性抑制剂面临巨大挑战。为了避免交叉抑制所导致的副作用，另一种激酶抑制剂的研发策略是阻断其底物结合位点。面对高度差异化的底物，激酶的底物结合位点往往在几何形状和静电特性方面具有独特性，从而使得阻断底物结合成为开发具有高选择性的激酶抑制剂的一种有效（然而却施用较少）的策略。迄今为止，尚未有针对磷脂激酶的底物结合位点进行抑制剂开发的先例。

在这项工作中，研究人员利用肌醇（myo-inositol）和β-D-半乳糖之间几乎相同的立体化学，设计并合成了一组D-半乳糖基溶血磷脂 （化合物1-6）以模拟PIPK的脂质底物。数据表明，化合物4可以被PIP5K而不能被其他PIPK（PIP4K和PIKfyve）磷酸化。有趣的是，人工底物（化合物1-4）磷酸化的程度与其脂肪链的长度正相关，说明PIPK具有感知膜环境的能力。由化合物4衍生化产生的化合物6显示了广泛的PIPK抑制活性。进一步的研究表明，化合物6是一种非 ATP 竞争性抑制剂，并且对于PIKfyve具有较好的抑制效果（IC₅₀ = 6.2 µM）。由于作用于不同的结合位点，化合物6和ATP 竞争性抑制剂Apilimod 对PIKfyve具有显著的联合抑制效果。而化合物6对转铁蛋白内吞的明显抑制作用则提示其在细胞中也发挥了有效的PIPK抑制活性。最后，为了表征化合物6的选择性，研究还进行了基于活性的激酶筛选（Eurofins Inc. KinaseProfiler^TM），其中包括来自于主要激酶家族的 58 种代表性人类激酶。实验结果表明，20 µM的化合物6仅对AMPKα1产生了一定的抑制效果，而对其他测试的激酶，则未产生或仅产生了非常微小的影响。这项工作证明了以D-半乳糖为头基的磷脂类似物可用于发展针对磷脂激酶的人工底物和高选择性非 ATP 竞争性抑制剂，为下一步的化学生物学研究和药物开发奠定了基础。