新藥發(fā)現(xiàn)改革：結(jié)合為中心、功能多樣化

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來源：美中藥源

2018-08-15

最近化學(xué)生物學(xué)大佬Stuart Schreiber發(fā)表一篇文章闡述他對(duì)未來小分子藥物發(fā)現(xiàn)模式的展望。他認(rèn)為傳統(tǒng)的抑制蛋白功能模式太過局限，蛋白除了催化（酶）和信號(hào)介導(dǎo)（受體）外還有很多功能如與其它蛋白形成功能性復(fù)合物，化合物與蛋白結(jié)合后如果能影響其作用組（interactome）也可能有治療功能。蛋白的生存時(shí)間也對(duì)其多種功能有影響，化合物與蛋白結(jié)合后如果延長(zhǎng)或縮短蛋白的天然壽命也可能有治療功能。但這兩個(gè)干預(yù)途徑的前提是目標(biāo)蛋白要與化合物結(jié)合，所以他提出以結(jié)合為中心，調(diào)節(jié)蛋白作用組、調(diào)節(jié)蛋白穩(wěn)定性的“一個(gè)中心、兩個(gè)基本點(diǎn)”。他設(shè)想的新型藥物發(fā)現(xiàn)模式由兩個(gè)平臺(tái)組成的，一是尋找能與蛋白表面各種位點(diǎn)結(jié)合的小分子篩選平臺(tái)，二是鑒定蛋白與小分子結(jié)合后功能改變（作者謙虛地把這叫做hidden magic）的評(píng)價(jià)平臺(tái)。

藥源解析

Schreiber是傳奇合成化學(xué)家Robert Woodward的最后一位學(xué)生，本來是全合成正門嫡傳。但在幾次全合成大賽后發(fā)現(xiàn)這種競(jìng)爭(zhēng)意義有限，轉(zhuǎn)型研究化學(xué)生物學(xué)。他早期在合成FK506、帕拉霉素等天然產(chǎn)物時(shí)開始研究這些化合物的生物機(jī)理，這些天然產(chǎn)物成為化學(xué)誘導(dǎo)結(jié)合（CIP）的早期實(shí)例，可能是他現(xiàn)在這個(gè)思路的萌芽。他提出的這兩個(gè)主要調(diào)控蛋白功能途徑都有生物技術(shù)公司在開發(fā)。Warp Drive Bio把帕拉霉素作用機(jī)制擴(kuò)展成一個(gè)技術(shù)平臺(tái)，取名SMART。CAR-T企業(yè)Obsidian、Bellicum等也利用這個(gè)機(jī)理作為新型CAR-T的剎車裝置。Cedilla則依靠小分子與目標(biāo)蛋白結(jié)合而降低其代謝穩(wěn)定性，開發(fā)不需E3鏈接酶參與的蛋白降解平臺(tái)。所以這些建議并非是新概念，只是作者認(rèn)為業(yè)界還重視不足。

作者以最近上市的PCSK9抗體為模型系統(tǒng)。PCSK9是人體基因?qū)W發(fā)現(xiàn)藥靶的典范，不同程度PCSK9基因變異水平人群LDL劑量相關(guān)增高、令PCSK9一開始就成為一個(gè)非常可靠的靶點(diǎn)。但PCSK9抗體不是抑制其催化功能，而是通過阻斷這個(gè)酶與LDL受體的結(jié)合而增加LDL吸收。Schreiber認(rèn)為這個(gè)模式可以放大、推廣。當(dāng)然以前也知道很多藥物也不完全是通過抑制蛋白催化功能起效，盡管多數(shù)藥物是通過優(yōu)化抑制功能發(fā)現(xiàn)的。如作者提到抗癌藥特羅凱作用機(jī)理實(shí)際是與EGFR結(jié)合后誘導(dǎo)其降解。他汀類藥物在大鼠誘導(dǎo)LDL受體表達(dá)，中樞神經(jīng)受體與藥物結(jié)合后失敏也很常見，有多少藥物是通過歪門邪道起的作用現(xiàn)在制藥業(yè)還無力考證。

優(yōu)化、評(píng)價(jià)酶抑制功能技術(shù)都已經(jīng)非常成熟，所以制藥業(yè)依然主要依靠這個(gè)模式。評(píng)價(jià)作用組、蛋白壽命改變則需要新技術(shù)支持，當(dāng)然現(xiàn)在已經(jīng)有不少技術(shù)可能做到這些。作者舉了多個(gè)天然產(chǎn)物通過與某蛋白結(jié)合而改變作用組或誘導(dǎo)新蛋白復(fù)合物的例子，現(xiàn)在火熱的蛋白誘導(dǎo)降解技術(shù)PROTAC也是通過改變作用組而實(shí)現(xiàn)功能。靶點(diǎn)pull-down技術(shù)現(xiàn)在制藥界用的很普遍，可以研究一個(gè)化合物與目標(biāo)蛋白結(jié)合后與哪些蛋白結(jié)合（或失去與哪些蛋白結(jié)合能力）。DARTS、蛋白骨架氫/氘交換、細(xì)胞內(nèi)熱遷移（CETSA）等技術(shù)則可以評(píng)價(jià)蛋白與藥物結(jié)合后穩(wěn)定性的變化。但是這些技術(shù)都不如基于探針的蛋白結(jié)合或酶反應(yīng)測(cè)試更精準(zhǔn)、可靠、和高通量，提高這些技術(shù)的篩選通量和信噪比是個(gè)關(guān)鍵問題。

作者提到兩個(gè)篩選配體的技術(shù)，即基于片段篩選（FBS）和DNA編碼化合物篩選(DEL)。但這只是兩個(gè)提供先導(dǎo)物來源的技術(shù)，前者是對(duì)化學(xué)空間淺而廣的覆蓋、后者是對(duì)化學(xué)空間窄而深的挖掘，但篩選還是另外問題?；谄魏Y選通常用不需要探針的生物物理方法如NMR、SPR，這可以找到與蛋白表面任何結(jié)合腔結(jié)合的配體、與作者提出的藍(lán)圖更匹配。而DEL篩選雖然也是以結(jié)合力為基礎(chǔ)，但通常需要結(jié)合腔特異配體來洗脫，這還是傳統(tǒng)發(fā)現(xiàn)模式的體制內(nèi)技術(shù)。

作者提出的這個(gè)模式可能擺脫傳統(tǒng)小分子藥物與蛋白正構(gòu)結(jié)合位點(diǎn)結(jié)合阻斷其催化或信號(hào)介導(dǎo)功能限制，作者列出的這些新技術(shù)可以作為開始、但還需要大幅改進(jìn)，而全面評(píng)價(jià)這些新機(jī)理藥物還需要更多技術(shù)支持。一個(gè)最關(guān)鍵的問題是如何評(píng)價(jià)這類藥物的選擇性?，F(xiàn)在已有的選擇性評(píng)價(jià)技術(shù)都是建立在正構(gòu)結(jié)合腔之上、如激酶組選擇性。當(dāng)然化合物與蛋白結(jié)合后可能有現(xiàn)在還未知或沒受重視的功能改變，除了作用組和穩(wěn)定性是否還需要鑒定其它功能變化？如何鑒定？配體篩選本身也需要更多基于探針競(jìng)爭(zhēng)以外的篩選、評(píng)價(jià)體系。盡管還存在這些技術(shù)障礙，但系統(tǒng)尋找改變作用組、蛋白穩(wěn)定性藥物是個(gè)誘人的方向，可能大大擴(kuò)展靶點(diǎn)數(shù)量和成藥空間。

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