蛋白质激酶约占人类基因总数的 1.7%，它们通过磷酸化作用来调节其底物蛋白的活性，从而成为多种细胞内信号转导途径的关键调节因子。鉴于其在细胞功能和疾病中的重要作用，蛋白质激酶已成为极具吸引力的治疗靶点。

尽管蛋白质激酶已被广泛用于开发针对癌症和免疫失调的激酶抑制剂，但在心血管、代谢、神经保护和再生医学中开发治疗性激酶激活剂却进展有限。与针对高度保守激酶结构域的激酶抑制剂不同，开发激酶激活剂需要深入了解其各自的调节机制。

二甲双胍作为一种具有代表性的药物，突显了激酶激活剂的有益作用。通过间接激活能量传感器 AMP-激活蛋白激酶（AMPK），二甲双胍对糖尿病、心血管疾病和癌症的治疗具有益处。其他直接激活 AMPK 的物质，如 A-769662 和 O304，也具有治疗代谢性疾病和心脏疾病的巨大潜力，这凸显了理解激酶激活机制的重要性。

最近的一项研究报道了一种用于心脏保护和神经再生的磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）激活剂的开发。尽管近年来取得了一些成果，但成功靶向的蛋白激酶数量仍然有限，这反映了开发激酶激活剂所面临的挑战，包括难以确定特定的靶向位点，同时也强调了需要一种新的战略方法。因此，确定激酶的关键调节位点可以促进激活剂的开发，并为调节激酶活性提供有价值的生物学见解。

为了寻求一种合理的策略，研究人员重点关注了 PAK1，它是 1 组 p21 激活激酶（PAKs）家族的一员，属于丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶家族。PAK1 在维持细胞稳态和代谢方面发挥着关键作用，能够增强心肌细胞对压力的适应能力。在 PAK1 中，存在 N 端调节域，包括一个小型 GTP 酶结合域以及一个自抑制域（氨基酸 [aa] 67–150），该域控制着激酶域（氨基酸 [aa] 249–545）的激酶活性。

在其非活性构象下，PAK1 以一种自抑制的二聚体形式存在，可通过与小 GTP 酶 Cdc42 和 Rac1 结合而被激活，触发二聚体解离，并通过在激活环上的 Thr423 位点的自磷酸化使激酶域暴露出来以实现激活。

文章模式图（图源自Cell）

在过去十年中，包括一系列研究都强调了通过基因方法和通路激动剂（例如 FTY720）激活 PAK1 在治疗病理性肥厚、心力衰竭、缺血性心脏病以及相关的心室心律失常方面的治疗潜力。此外，一种具有生物活性的 PAK1 激活肽（PAP）能够激活 PAK1，并且在细胞模型和小鼠模型中均与病理性肥大的显著减少有关，但该肽作用的精确分子机制仍有待明确。

尽管这些发现突显了药物性 PAK1 激活在心血管疾病管理中的潜在应用价值，但尚未发现直接的 PAK1 激活剂来促进对 PAK1 介导的信号动态及其治疗意义的更深入理解。

该研究采用一种合理且有针对性的策略，确定了一系列与 PAK1 激酶作用相关的变构激活剂。研究人员首先利用源自 PAK1 自主抑制域的 PAP 作为分子导向工具，来识别 PAK1 中的变构调节位点。该位点位于自抑制域和激酶域之间，是自抑制-释放区域，包含αC 螺旋上的 Asp-Phe-Gly 基序、Glu315 以及激酶抑制片段。

然后，通过靶向这个变构位点，研究人员确定了能够直接且有效地激活 PAK1 蛋白的小分子 PAK1 激活剂（称为 JB 化合物）。利用这些化学工具，通过进一步的光亲和标记-耦合质谱（PAL-MS）研究，阐明了 PAK1 激活剂的关键结合位点，从而发现了更有效和更强大的小分子激活剂，如 PAK1-A1，它对其他 I 型 PAK 同源物表现出选择性。

氢-氘交换质谱（HDX-MS）、生化检测、诱变分析以及结构研究均证实了这些激活剂与 PAK1 的直接结合，并通过解除自抑制调节和诱导 PAK1 的构象变化来展示了它们的作用机制。该研究还证明了 PAK1 激活剂在体外和体内环境中都能有效地激活 PAK1 信号通路，这为治疗获得性和遗传性肥厚型心肌病（HCM）展示了治疗潜力。

总体而言，通过利用 PAP 作为初始分子指南，成功发现了能够减轻自抑制并增强激酶活性的小分子激活剂。为了进一步探索这种肽引导的筛选策略的潜力，研究人员将其应用于蛋白激酶 A（PKA），并从调节亚基 RIα 中鉴定出一种 PKA 激活肽。通过这种肽引导的对潜在的构象调节位点的识别，发现了具有构象激活作用的 PKA 激活剂。

基于对激酶激活的这种机制性理解，基于肽的筛选策略针对自抑制调节机制的探索或许能为早期发现其他激酶激活剂提供一种有前景的方法。

参考消息：https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(26)00275-8