分子探針還是分子鐵錘？

2015年8月1日 | Filed under: 新藥研發(fā),制藥常識,文獻綜合 | Posted by: 路人丙

這一期的《Nat. Chem. Biol.》有一篇題為“The promise and peril of chemical probes”的評論文章，二十幾個作者都是化學生物領頭人，其中包括Stuart Schreiber和Brian Shoichet這樣的大腕。文章回顧了早期分子探針的缺陷并對未來如何保證探針質(zhì)量提出一些建議。分子探針指能精確回答生物問題的化合物。自人類基因組破解后，可能的靶點大量出現(xiàn)，篩選技術(shù)也隨之高速發(fā)展。尤其是美國國立衛(wèi)生研究院（NIH）2004年的醫(yī)學研究藍圖計劃開始后，美國大學從事化學生物學研究和其下游的新藥開發(fā)迅速升溫。這個計劃資助美國一些大學合成了近50萬類藥化合物，使生物學家有了大量可篩選的小分子庫。這個項目發(fā)現(xiàn)了大量分子探針，但由于經(jīng)費問題好像已經(jīng)停止。

分子探針和藥物分子有本質(zhì)區(qū)別，因為二者的使用目的不同。藥物分子必須安全有效，活性、選擇性高低以及機理是否清楚是次要因素。而分子探針必須能準確回答一個生物問題，所以必須滿足高活性、高選擇性、機理清楚等條件。但早期的探針經(jīng)常達不到這些要求，尤其是選擇性。最有名的是激酶抑制劑staurosporin，幾乎抑制所有的蛋白激酶。所以盡管它抑制PKC的活性很高，但它的生物活性無法歸結(jié)到抑制PKC。文章列舉了多個被廣泛使用但選擇性差的分子探針。這些化合物根本不能叫做探針，實際應該叫分子鐵錘因為在使用濃度很多靶點功能被干擾。用這樣的探針做研究只能產(chǎn)出錯誤科學信息。

文章提出一個合格分子探針至少要達到體外酶活性<100 nM，對同族蛋白選擇性至少高于30倍，應該在制藥工業(yè)的標準脫靶蛋白組（如CEREP panel）進行活性鑒定，在細胞實驗有<1 uM的靶點相關(guān)活性。每個靶點最好有兩個結(jié)構(gòu)不相干的相同質(zhì)量探針，并有配套的陰性對照（即結(jié)構(gòu)相似但無活性）。

為了凈化分子探針領域，這些大佬準備建立一個分子探針的門戶網(wǎng)站。這個網(wǎng)站將推薦針對每個蛋白現(xiàn)在已知的最佳分子探針，及時更新這些探針的活性和選擇性數(shù)據(jù)，推薦正確的使用辦法（如最高使用濃度）。當然這些人畢竟精力有限，最后應該整個領域共同維護這個網(wǎng)站，類似于wikipedia的運營模式。

分子探針對化學生物學十分重要，和基因手段比化合物可以快速看到靶點在蛋白水平、不同劑量、短暫抑制下的功能變化。好的分子探針可以作為藥物開發(fā)的先導物，甚至藥物。著名的Ibrutinib當年是作為一個探針合成的，最后成為價值420億美元的藥物。NIH的化合物庫由于投入有限，無論結(jié)構(gòu)新穎性和理化性質(zhì)都不盡人意。而從事化學生物研究的小組一般也沒有太多合成和藥化資源，所以優(yōu)化能力非常有限。通過這個機制發(fā)現(xiàn)的探針即使勉強通過最低標準也有很多缺陷。真正的優(yōu)質(zhì)探針還是在制藥工業(yè)界，但由于競爭原因很多這些優(yōu)質(zhì)化合物不能被廣泛使用。希望現(xiàn)在正在興起的公開創(chuàng)新能改變這個局面。

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