PERK 蛋白激酶R样内质网激酶

PERK（蛋白激酶R样内质网激酶）靶点在多种神经退行性疾病中展现出显著的治疗潜力。研究表明，PERK依赖的UPR信号通路在阿尔茨海默病（AD）、帕金森病（PD）、亨廷顿病（HD）等多种神经退行性疾病中被激活。针对PERK靶点的药物开发为神经退行性疾病的治疗提供了新的思路和方向。

青云瑞晶已完成PERK蛋白靶点的蛋白表达和结构解析，并成功解析了PERK和小分子的共晶结构。基于这些实验条件和库存蛋白，可以将项目的交付时间缩短至1-2个月，并确保成功交付。

蛋白表达和结构解析结果详见文末！

关于 PERK

01. 靶点介绍

未折叠蛋白反应（Uunfolded protein response，UPR）是一种在哺乳动物中进化上保守的机制，细胞通过该机制对内质网（ER）应激做出反应。细胞内质网应激的特征是内质网腔中未折叠蛋白的积累，这是由于细胞无法充分处理内质网中的蛋白质生产，例如在营养匮乏条件下（缺氧、葡萄糖饥饿）或存在高分泌负荷时。蛋白激酶R样内质网激酶（Protein kinase R-like endoplasmic reticulum kinase，PERK）是内质网应激（ERS）的核心传感器之一。

PERK是一种I型内质网膜蛋白，属于真核翻译起始因子2α激酶家族。PERK在内质网应激（ERS）时被激活，当PERK检测到内质网中的未折叠蛋白时，PERK通过同源二聚化和自磷酸化激活自身，磷酸化真核翻译起始因子2的α亚基（eIF2α），导致翻译起始减少，从而抑制全局蛋白质合成（图1）。

此外，PERK 还参与调控细胞对内质网应激的适应性反应，如通过激活转录因子ATF4来重新编程氨基酸生物合成基因的表达。ATF4激活编码翻译因子、抗氧化因子以及转录因子CHOP（C/EBP同源蛋白）的靶基因的转录。

其他激酶，如PKR、GCN2和HRI，也会磷酸化eIF2α，而磷酸化的eIF2α则通过CReP、PP1C-GADD34和p58IPK被去磷酸化。PERK 信号通路可以促进自噬相关基因的表达，激活细胞自噬，帮助细胞清除受损的细胞器和蛋白质。在氧化应激条件下，PERK 通过与Nrf2的相互作用，发挥抗氧化功能。

图1 PERK基本生物学功能[1]

PERK广泛表达于多种细胞和组织中，尤其在卵巢癌细胞、小鼠胚胎成纤维细胞以及神经系统中表达较高，其在不同细胞类型中的表达水平差异显著，且与细胞的应激反应和病理状态密切相关。PERK的异常激活与多种疾病相关，包括卵巢癌和神经退行性疾病，使其成为研究疾病机制和潜在治疗靶点的重要分子。

02. PERK 的三维结构

PERK是一种I型跨膜蛋白，包含两个主要结构域，N端腔内结构域：位于内质网腔内，负责感应未折叠蛋白的积累。该结构域与IRE1的腔内结构域相似，呈现二聚体或四聚体形式。

C端激酶结构域：位于细胞质中，具有Ser/Thr激酶活性，是PERK自磷酸化和激活的区域。C端激酶结构域是一个典型的蛋白激酶结构（图2），包含两个主要的亚结构域：N端小叶（N-lobe）和C端大叶（C-lobe），两者通过一个短的铰链环连接。内质网应激时，PERK的N端结构域感应到未折叠蛋白的积累，导致PERK发生构象变化，进而促进其C端激酶结构域的二聚化和自磷酸化。磷酸化后的PERK能够磷酸化eIF2α的Ser51位点。

图2 PERK 激酶结构示意图[2]

03. PERK与疾病的关系

PERK（蛋白激酶R样内质网激酶）靶点在多种神经退行性疾病中展现出显著的治疗潜力。研究表明，PERK依赖的UPR信号通路在阿尔茨海默病（AD）、帕金森病（PD）、亨廷顿病（HD）等多种神经退行性疾病中被激活。

在这些疾病中，神经元中的内质网应激（ERS）被激活，导致未折叠或错误折叠的蛋白质在内质网中积累。这种长期的内质网应激会激活UPR介导的PERK/eIF2α/ATF4/CHOP通路。PERK的过度激活会导致eIF2α的磷酸化增加，进而抑制全局蛋白质合成。这种长期的蛋白质合成抑制会导致突触功能障碍和神经元死亡。因此，通过小分子抑制剂（如GSK2606414）抑制PERK信号通路可能具有神经保护作用（图3）。

例如，在AD模型中，PERK抑制剂可以减少磷酸化PERK和eIF2α的水平，降低CHOP的表达，从而减轻神经元损伤。此外，在朊病毒病模型中，PERK抑制剂也显示出类似的神经保护效果。尽管如此，由于PERK通路的复杂性及其在细胞生存与死亡中的双重作用，目前对于是激活还是抑制该通路仍存在争议。

总体而言，针对PERK靶点的药物开发为神经退行性疾病的治疗提供了新的思路和方向。

图3 PERK 抑制剂的作用机制[3]

04. PERK药物研发现状

目前PERK靶向药物最高开发阶段为临床1期，主要有Hibercell的HC-5404-FU（处于临床I期（表1），适应症包括转移性乳腺癌、肾细胞癌等）和Nerviano Medical Sciences的NMS-812（临床1期），此外有5个临床前品种、1个药物发现阶段品种。

PERK靶向药物主要用于肿瘤（如小细胞肺癌、胃癌、肾细胞癌、肝细胞癌、骨髓瘤等），通过抑制PERK通路（如GSK2606414、GSK2656157、HC-5404等）可抑制肿瘤生长、诱导癌细胞凋亡、抑制血管生成及增强抗肿瘤免疫反应。

尽管一些PERK抑制剂（如HC-5404-FU，目前处于临床I期）显示出潜力，但存在选择性不足（如可能激活其他激酶GCN2/EIF2AK4）及潜在非靶效应等问题，因此需进一步研究和长期安全性评估。开发更具选择性和效力的PERK抑制剂/激动剂（如心肌缺血-再灌注损伤中的激动剂ZY341），以及明确PERK在不同病理环境中（如神经退行性疾病、癌症、免疫调节）的作用，将有助于推动其临床应用。PERK靶向药物在肿瘤（尤其耐药或转移性癌症）和神经退行性疾病中潜力最大，但需解决毒性问题；代谢和心血管疾病中的应用尚处早期，需进一步机制研究。未来通过精准患者分层和联合治疗，可能突破现有疗法瓶颈。

表1 PERK 代表性靶向抑制剂

实验结果展示

备注：部分实验结果涉及客户项目信息，不予展示。

▶ 表达纯化结果（周期：现货或者2周）

▶ 蛋白结构解析结果（周期：2-4周）

Resolution: 1.8Å

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★ 参考文献

[1] Wakabayashi S, Yoshida H. The essential biology of the endoplasmic reticulum stress response for structural and computational biologists. Comput Struct Biotechnol J. 2013 Sep 3;6:e201303010. doi: 10.5936/csbj.201303010. PMID: 24688718; PMCID: PMC3962220.

[2] Cui W, Li J, Ron D, Sha B. The structure of the PERK kinase domain suggests the mechanism for its activation. Acta Crystallogr D Biol Crystallogr. 2011 May;67(Pt 5):423-8. doi: 10.1107/S0907444911006445. Epub 2011 Apr 13. PMID: 21543844; PMCID: PMC3087621.

[3] Dhir N, Jain A, Sharma AR, Prakash A, Radotra BD, Medhi B. PERK inhibitor, GSK2606414, ameliorates neuropathological damage, memory and motor functional impairments in cerebral ischemia via PERK/p-eIF2ɑ/ATF4/CHOP signaling. Metab Brain Dis. 2023 Apr;38(4):1177-1192. doi: 10.1007/s11011-023-01183-w. Epub 2023 Feb 27. PMID: 36847967.