非標(biāo)記藥物靶標(biāo)發(fā)現(xiàn)技術(shù)，助力新藥研發(fā)

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作者：云天來源：CPHI制藥在線

2024-07-08

非標(biāo)記方法已經(jīng)成為探索小分子靶點(diǎn)識(shí)別的重要技術(shù)，尤其適用于結(jié)構(gòu)修飾受限的天然小分子化合物。非標(biāo)記藥物靶標(biāo)發(fā)現(xiàn)技術(shù)聚焦于小分子結(jié)合后引發(fā)的靶蛋白穩(wěn)定性變化，如熱穩(wěn)定性、抗水解能力或化學(xué)穩(wěn)定性的變化。通過先進(jìn)的蛋白質(zhì)組學(xué)分析策略，能夠精準(zhǔn)捕捉這些微妙變化，進(jìn)而揭示出隱藏的靶蛋白身份。具體而言，非標(biāo)記靶點(diǎn)鑒定工具箱中包含了諸如DARTS（藥物親和響應(yīng)靶標(biāo)穩(wěn)定性分析）、SPROX（基于氧化速率的蛋白質(zhì)穩(wěn)定性評(píng)估）以及CETSA（細(xì)胞熱位移分析）或TPP（熱蛋白質(zhì)組學(xué)分析）等先進(jìn)技術(shù)。這些方法各有千秋，通過不同機(jī)制監(jiān)測(cè)蛋白質(zhì)在小分子結(jié)合后的穩(wěn)定性變化，為藥物作用機(jī)制的闡明及新靶點(diǎn)的發(fā)現(xiàn)提供了新穎且高效的途徑。這些技術(shù)的融合應(yīng)用，拓寬了靶點(diǎn)鑒定的邊界，也為藥物研發(fā)領(lǐng)域的創(chuàng)新注入了新的活力。

非標(biāo)記藥物靶標(biāo)發(fā)現(xiàn)技術(shù)

圖一非標(biāo)記藥物靶標(biāo)發(fā)現(xiàn)技術(shù)

1.DARTS（藥物親和響應(yīng)靶標(biāo)穩(wěn)定性分析）

2009年，Lomenick團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地推出了DARTS技術(shù)，旨在精準(zhǔn)定位小分子藥物的直接作用靶點(diǎn)。該技術(shù)基于一個(gè)關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)：當(dāng)藥物與靶蛋白緊密結(jié)合時(shí)，靶蛋白對(duì)蛋白酶的敏感性顯著降低，展現(xiàn)出增強(qiáng)的穩(wěn)定性與抗水解能力。實(shí)驗(yàn)中，他們選用枯草桿菌蛋白酶作為工具，針對(duì)雷帕霉素與FK506的共同靶點(diǎn)FKBP12進(jìn)行測(cè)試。結(jié)果顯示，F(xiàn)KBP12與這兩種藥物結(jié)合后，其抗蛋白酶水解能力顯著增強(qiáng)，有力證實(shí)了DARTS技術(shù)在靶點(diǎn)鑒定中的有效性和可靠性。尤為值得一提的是，DARTS方法無需對(duì)小分子化合物進(jìn)行復(fù)雜的結(jié)構(gòu)標(biāo)記，大大拓寬了其應(yīng)用范圍，展現(xiàn)出極高的普適性和實(shí)用性。

隨著DARTS技術(shù)的深入發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)拓展至天然產(chǎn)物的靶點(diǎn)鑒定。Morretta等研究表明，利用DARTS技術(shù)成功揭示了軟珊瑚屬Sinularia中分離的二萜5-epi-sinuleptolide作用于肌動(dòng)蛋白Actin，通過干擾肌動(dòng)蛋白骨架實(shí)現(xiàn)抗癌效果。Cai等則通過DARTS確認(rèn)了樺木酸(BA)靶向葡萄糖調(diào)節(jié)蛋白78(GRP78)，激活內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡路徑。Wang等的研究進(jìn)一步展示了DARTS在鑒定鹽霉素功能性靶點(diǎn)核仁素(NCL)中的作用，該靶點(diǎn)涉及抑制神經(jīng)母細(xì)胞瘤干細(xì)胞活性。為提升DARTS的蛋白質(zhì)覆蓋率，研究人員將DARTS樣品與蛋白質(zhì)質(zhì)譜分析相結(jié)合，有效拓寬了靶點(diǎn)鑒定范圍。例如，隱丹參酮和牛蒡子苷元的靶點(diǎn)分別被鑒定為FK506結(jié)合蛋白1A(FKBP1A)和蛋白磷酸酶2A(PP2A)。盡管DARTS在天然產(chǎn)物靶點(diǎn)鑒定中展現(xiàn)出巨大潛力，但其對(duì)低豐度靶點(diǎn)的檢測(cè)能力受限，且靶蛋白水解敏感性和蛋白酶、細(xì)胞裂解液的選擇均可能影響技術(shù)效果，這些挑戰(zhàn)仍需進(jìn)一步研究和優(yōu)化。

2、SPROX（基于氧化速率的蛋白質(zhì)穩(wěn)定性評(píng)估）

SPROX技術(shù)基于過氧化氫誘導(dǎo)的甲硫氨酸氧化，在化學(xué)變性劑存在下，評(píng)估蛋白質(zhì)的抗氧化穩(wěn)定性變化，以識(shí)別小分子化合物的蛋白質(zhì)靶點(diǎn)。該方法涉及蛋白質(zhì)樣品的折疊-去折疊平衡、甲硫氨酸氧化及后續(xù)定量分析。Dearmond等利用SPROX在酵母中鑒定了白藜蘆醇的多個(gè)靶點(diǎn)，包括細(xì)胞溶質(zhì)醛脫氫酶和與翻譯相關(guān)的蛋白。Geer Wallace等則發(fā)現(xiàn)manassantin A通過靶向絲蛋白A和延伸因子1a抑制HIF-1a激活，展示其抗癌潛力。然而，SPROX受限于蛋白質(zhì)中甲硫氨酸的低含量（約2.5%），且僅適用于細(xì)胞裂解物分析，不適用于活細(xì)胞系統(tǒng)，從而限制了其蛋白質(zhì)組檢測(cè)范圍。

3、CETSA（細(xì)胞熱位移分析）或TPP（熱蛋白質(zhì)組學(xué)分析）

CETSA（細(xì)胞熱轉(zhuǎn)換分析）技術(shù)通過加熱蛋白質(zhì)樣品，評(píng)估其熱穩(wěn)定性變化來鑒定天然產(chǎn)物的靶蛋白。與天然產(chǎn)物結(jié)合的蛋白質(zhì)在較高溫度下仍保持穩(wěn)定，而未結(jié)合者則降解或沉淀。CETSA適用于活細(xì)胞、細(xì)胞裂解液及組織樣品，通過蛋白質(zhì)免疫印跡或蛋白質(zhì)組學(xué)分析熔解曲線，計(jì)算Tm值來鑒定靶蛋白。盡管CETSA廣泛適用于多種樣品和蛋白質(zhì)，但靈敏度有限且需高藥物濃度。TPP（MS-CETSA）技術(shù)進(jìn)一步提升了CETSA的通量和靈敏度，通過TMT標(biāo)記和LC-MS/MS分析識(shí)別靶點(diǎn)。CETSA及TPP在學(xué)術(shù)研究中展現(xiàn)了其鑒定天然產(chǎn)物靶點(diǎn)的潛力，如大麥芽堿的核磷蛋白靶點(diǎn)、抗瘧藥物的PfPNP靶點(diǎn)等。然而，CETSA及TPP也存在耗時(shí)、成本高及缺乏結(jié)構(gòu)域結(jié)合信息的局限。盡管如此，CETSA技術(shù)在蛋白質(zhì)種類和樣品類型上的廣泛應(yīng)用范圍仍是其顯著優(yōu)勢(shì)。

小結(jié)

非標(biāo)記方法在靶點(diǎn)識(shí)別中嶄露頭角，特別適用于天然小分子與靶蛋白的低親和力互作研究。這些技術(shù)通過監(jiān)測(cè)靶蛋白的穩(wěn)定性變化，利用先進(jìn)的蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)，精準(zhǔn)揭示隱藏靶點(diǎn)。DARTS、SPROX、CETSA及TPP等技術(shù)的互補(bǔ)應(yīng)用，為藥物機(jī)制研究和新靶標(biāo)發(fā)現(xiàn)提供了高效手段，同時(shí)促進(jìn)了藥物研發(fā)領(lǐng)域的創(chuàng)新與發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

Label-Free Proteome Profiling as a Quantitative Target Identification Technique for Bioactive Small Molecules，Biochemistry.

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