指導演化：新藥發(fā)現(xiàn)下一次革命？

2017年9月23日 | Filed under: 制藥工業(yè),制藥企業(yè),藥物化學,新藥研發(fā),制藥常識,推薦技術,文獻綜合 | Posted by: 路人丙

images

【新聞事件】：今天《自然藥物發(fā)現(xiàn)》雜志發(fā)表一篇阿斯列康和賽諾菲科學家合作撰寫題為“指揮演化：新藥發(fā)現(xiàn)下一次革命？”的文章。該文介紹了利用演化基本原理發(fā)現(xiàn)新型藥物的現(xiàn)狀和未來趨勢，文章介紹不少現(xiàn)在產生生物活性化合物的新技術。雖然現(xiàn)在離高速突變、自然選擇合成結構復雜小分子藥物的理想狀態(tài)還有不少技術空白需要填補，但這個領域也確實初具規(guī)模。幾個關鍵技術（大量多樣化化合物的合成與鑒定、自然選擇目標分子、擺脫多肽限制進入小分子類藥化合物等）的雛形已經形成，只是尚未完全整合在一起形成一個高效技術平臺。

【藥源解析】：雖然藥物分子其貌不揚，但幾乎每個藥物的每個原子都是有其存在的原因的，任何微小改動都可能無法成藥。所以新藥發(fā)現(xiàn)是個萬里挑一的過程，這和自然界物競天擇、適者生存的優(yōu)勝劣汰過程有很大相似之處。所以利用自然選擇原理發(fā)現(xiàn)新藥也是早就存在的理念，只是技術上存在諸多障礙。過去20年曾出現(xiàn)動態(tài)化合物庫合成、DNA programmed合成（不同于DNA encoded library）等技術，但受到適用化學反應和結構類型的限制基本沒有對先導物/藥物發(fā)現(xiàn)造成太大影響。

要模擬自然選擇我們要有一個通過隨機突變產生大量化合物的生物體系、高效鑒定這些化合物結構的手段、和一個選擇機制。對于多肽化合物庫，現(xiàn)在細胞外可以達到10億以上級別，細胞內也可以達到近一億，所以數量和多樣性都不是問題。因為多肽可以通過各種展示（display）技術和其DNA序列偶聯(lián)在一起，所以結構鑒定也相對簡單。

但這兩點對天然產物衍生物則是巨大障礙。90年代起很多人通過變異天然產物（主要是polyketide）合成不同步驟的酶生物合成其類似物，但影響有限。一是可改變的結構片段有限，與多肽不可同日而語。二是變異酶活性和底物識別能力可能大大下降。三是酶基因改變和化學結構脫鉤（中間除了基因翻譯還有其它步驟），所以結構鑒定難度也與天然產物分離鑒定無異。現(xiàn)在天然產物類似物仍然是整個計劃的一塊短板。

現(xiàn)在選擇步驟主要還是人工選擇，即通過活性捕捉（和某個蛋白結合能力較高）、熒光等技術選擇需要的化合物。這說白了就是高通量篩選，所謂演化就是在首輪發(fā)現(xiàn)的活性骨架上繼續(xù)修飾開始下一輪HTS。雖然這個過程有點笨拙，但是也能找到很多有用的化合物，文章給了十幾個例子，有興趣的讀者可以去看看該文的表1。

但是最近自然選擇技術也開始出現(xiàn)。比如一個叫做two-hybrid的技術可以在細胞內選擇與特定蛋白結合的多肽。比如HIF1alpha/HIF1beta二聚物可以導致抑制細胞生長蛋白的表達，所以阻斷這個蛋白/蛋白相互作用可以令細胞有生存優(yōu)勢。有人把這個體系與一個叫做SICLOPPS的細胞內環(huán)肽合成體系偶聯(lián)后（可合成100萬到一億環(huán)肽）找到一類Ki在100 nM左右的HIF二聚物阻斷劑。

一個更接近自然選擇的體系是去年哈佛大牛David Liu發(fā)明的。他們利用一個叫做PACE的two-hybrid體系系統(tǒng)尋找新型Bt毒素。引入Bt毒素是現(xiàn)在轉基因作物的主要手段，以殺死害蟲。但是害蟲可以通過變異Bt受體產生對Bt毒素耐受。這個工作利用E. Coli篩選不斷變異的Bt毒素。他們把與變異受體結合與一個促進E. Coli生存的蛋白表達偶聯(lián)起來，通過連續(xù)稀釋淘汰生存力不足的E. Coli（即含有與Bt受體結合力較差Bt毒素類似物的宿主細菌）。經過22天、500輩繁殖篩選，作者找到與變異Bt受體高強度結合的Bt病毒（~20nM）。這個技術理論上可以用于其它靶點配體的發(fā)現(xiàn)。

所以指導演化技術現(xiàn)在的情況是變異主要靠體外、選擇主要靠人脈、化合物主要靠多肽。雖然多肽也可能成為藥物，在靶點確證階段更是有很大價值，但是我們希望生物技術的發(fā)展能令通過自然選擇篩選天然產物類似物的宏偉目標早日實現(xiàn)。

美中藥源原創(chuàng)文章，轉載注明出處并添加超鏈接，商業(yè)用途需經書面授權。
★更多深度解析訪問《美中藥源》~

★ 請關注《美中藥源》微信公眾號 ★