环核苷酸磷酸二酯酶PDEs是什么?

cAMP是细胞内最重要的第二信使之一，调控代谢、基因表达、细胞增殖分化等多种生理过程。环核苷酸磷酸二酯酶（PDEs）在对第二信使cAMP（环腺苷单磷酸）和cGMP（环鸟苷单磷酸）信号的动态调控中起着重要作用，通过水解 cAMP/cGMP 的 3′- 磷酸二酯键，生成无活性的 5′-AMP/5′-GMP，终止第二信使信号通路，是药物开发与信号研究的核心靶点工具。

PDE超家族由11个家族组成（PDE1-11），PDE1、7和3对cAMP和cGMP具有双特异型水解作用，PDE4、7和8是cAMP特异性的水解酶，PDE5、6和9是cGMP特异性的水解酶。

PDEs家族作用分布

核心PDE——PDE3和PDE4

一、代谢与心血管型PDE——PDE3

cGMP抑制的cAMP磷酸二酯酶PDE3对cAMP和cGMP均有水解活性，但水解cAMP的效率高于cGMP，是心肌、血管平滑肌和卵细胞中主要的cAMP水解PDE，哺乳动物中的PDE3家族由两个成员组成，分别是PDE3A和PDE3B，二者cAMP和cGMP都有高度亲和力，但在组织表达模式上有所不同。

PDE3A (Mouse) SDS-PAGE染色（BPS bioscience Catalog #60036）

cAMP磷酸二酯酶PDE3生理功能：

· 心血管系统：PDE3A，由蛋白激酶A（PKA）和蛋白激酶B激活，且可被cGMP抑制。PDE3A在心肌和血管平滑肌中高表达，它通过调节心肌和血管平滑肌的收缩力以及血小板聚集，参与心血管功能。抑制PDE3可增加心肌收缩力（正性肌力作用）并扩张血管，降低心脏前后负荷。 

· 代谢调节：PDE3B在脂肪细胞和肝细胞中参与胰岛素信号通路，调节脂解和糖代谢。例如，在脂肪细胞中，胰岛素会增加膜结合磷酸化的PDE3B，该蛋白与IRS-1（胰岛素受体底物1）及其他蛋白质相互作用。

· 血小板功能：PDE3A和PDE3B抑制剂在心血管疾病治疗中表现出一定希望，抑制PDE3可减少血小板聚集。

二、代谢与心血管型PDE——PDE4

PDE4是cAMP特异性磷酸二酯酶，专一水解cAMP，对cGMP无活性。它是PDE家族中亚型最丰富的成员，包含4个基因（PDE4A-D），产生超过20种剪接变体，广泛分布于全身。

PDE4A4B SDS-PAGE染色（BPS bioscience Catalog #60039）

cAMP磷酸二酯酶PDE4生理功能：

· 抗炎作用：PDE4是大多数炎症细胞（T细胞、巨噬细胞、嗜酸性粒细胞、中性粒细胞）中主要的cAMP降解酶。抑制PDE4可升高细胞内cAMP水平，激活蛋白激酶A（PKA），进而抑制促炎因子（如TNF-α、IL-6）释放，发挥广谱抗炎效应 。

· 神经功能：在中枢神经系统中，PDE4参与调节cAMP/PKA/CREB信号通路，影响神经元可塑性、突触传递和记忆形成。PDE4抑制剂可增强长期 potentiation（LTP），改善认知功能。

· 气道作用：PDE4在气道平滑肌和纤毛上皮中表达，但与PDE3不同，PDE4抑制不直接产生急性支气管扩张效应，主要通过抗炎作用改善慢性气道疾病。

三、PDE3和PDE4活性检测意义

Ø PDE3 聚焦心血管方向，用于心衰模型、心肌保护、微循环障碍、抗凝药物、代谢药理评价，是强心类新药必备检测指标。

Ø PDE4 聚焦炎症与呼吸皮肤方向，可用于炎症调控、神经功能/抗炎等药物开发。

因此，PDE3和PDE4表达水平的检测无论对于基础研究还是药物开发筛选都有重要的作用。

BPS bioscience提供一系列PDEs的标签重组蛋白、检测assay产品供您开展药物研发。

BPS bioscience PDE3A检测原理

接下来，我们以PDE3A Assay Kit为例介绍其反应机理，PDE3A Assay Kit检测分为荧光偏振（FP）和时间分辨荧光共振能量转移（TR-FRET）两种原理。

1、荧光偏振（FP）检测方法：（BPS bioscience   Catalog #79736）

PDE3A Assay Kit是一款荧光偏振（FP）、均相、96孔的测定试剂盒，专为筛选和分析PDE3A（磷酸二酯酶3A）抑制剂而设计，核心是基于分子旋转速度差异产生信号变化。

PDE3B Assay Kit检测核心原理:

第一步：酶促反应

· 使用荧光素标记的环磷酸腺苷（cAMP-FAM）作为底物

· cAMP-FAM 分子量小，在溶液中旋转速度快，产生低荧光偏振值（Low FP）

· PDE3A 催化水解 cAMP-FAM 环状结构中的磷酸二酯键，释放出游离磷酸基团

第二步：结合反应

· 加入特异性磷酸盐结合纳米珠（Binding Agent）

· 纳米珠识别并结合游离磷酸基团，形成大分子复合物

· 复合物分子量大，旋转速度显著减慢，产生高荧光偏振值（High FP）

BPS Bioscience PDE3A Assay Kit检测原理

信号关系：PDE3A 活性越高 → 释放的磷酸基团越多 → 形成的大分子复合物越多 → 荧光偏振值（FP）越高

2、时间分辨荧光共振能量转移（TR-FRET）检测方法：（BPS bioscience   Catalog #60706）

PDE3A TR-FRET Assay Kit旨在利用时间分辨荧光共振能量转移（TR-FRET）快速且便捷地识别PDE3A（磷酸二酯酶3A）抑制剂。

PDE3ATR-FRET Assay Kit检测核心原理:

第一步：酶促反应

· 使用荧光素偶联（FAM）的环磷酸单核苷酸作为底物

· PDE3A 水解磷酸二酯键，释放游离磷酸基团

第二步：能量转移

· 游离磷酸基团与结合剂（Binding Agent, BA）结合

· BA 被铽（Terbium）标记的供体微珠识别

· 形成复合物后，铽供体（激发后发射 490 nm）将能量转移给 FAM 受体

· FAM 受体受激发后发射 520 nm 荧光信号

BPS Bioscience PDE3A TR-FRET Assay Kit检测原理

信号关系：PDE3A 活性越高 → 释放磷酸越多 → 能量转移效率越高 → 520 nm 荧光信号越强

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