中国科学家发表《Nature》子刊，靶向过去“不可用药”的药物靶点

　　

香港大学Xiaoyu LI博士、重庆大学Yizhou LI教授和上海第二军医大学Yan CAO教授共同组成的联合研究团队开发了一种针对活细胞膜蛋白的药物发现新方法，并在著名化学期刊《Nature Chemistry》发表了该方法的发明过程和应用。

膜蛋白在生物学中起着重要的作用，许多膜蛋白是医药工业中研究的热点。李博士团队开发的方法提供了一种有效的方法来发现新的抗膜蛋白的配体和抑制剂，而传统方法在很大程度上仍然难以解决这些问题。

背景

细胞表面的膜蛋白具有多种生物学功能，对细胞和生物体的生存至关重要。许多人类疾病与异常的膜蛋白功能有关。事实上，膜蛋白占所有FDA批准的小分子药物靶点的60%以上。G蛋白偶联受体（GPCR）作为细胞表面最大的受体家族，是34%的临床药物的靶点。然而，尽管意义重大，针对膜蛋白的药物发现是出了名的挑战，主要是由于其自然栖息地的特殊性质：细胞膜。此外，膜蛋白也很难以孤立的形式进行研究，因为它们往往失去基本的细胞特征，并可能失活。事实上，长期以来，膜蛋白在医药行业都被视为“不可用药”靶标。

近年来，DNA编码化学文库（DNA-encoded chemical library，DEL）的出现成为一种强有力的药物筛选技术。为了简化，我们以图书馆作比方，在图书馆每本书都有一个目录号，并在书架上用一个特定的位置进行空间编码。类似地，在DEL中，每一种化合物都附有一个独特的DNA标签，作为记录化合物结构信息的“目录号”。通过DNA编码，所有的文库化合物可以混合并同时针对靶点进行筛选，以发现能够调节靶点生物功能的化合物，例如抑制在恶性肿瘤中异常活跃的蛋白质。DEL可以包含惊人的大量的测试化合物（数十亿甚至万亿），DEL筛选可以在一个普通的化学实验室在短短几个小时内进行。今天，DEL已经被世界上几乎所有主要的制药工业广泛采用。然而，DEL在检测活细胞膜蛋白方面也遇到了很大的困难。

2个关键发现：跟踪和提升

为了在活细胞上应用DEL，团队克服了两个障碍。首先，细胞表面不像气球那样是一个光滑的凸面形状；它极其复杂，有数百个不同的生物分子，拓扑结构崎岖；因此，在细胞表面定位所需的目标就像在茂密的热带森林中找到一棵树。该团队已经克服了这个“目标特异性”的问题，通过使用他们以前开发的方法：DNA程序亲和标记（DPAL）。该方法使用基于DNA的探针系统，该系统可以特异性地将DNA标签传递到活细胞上所需的蛋白质，并且DNA标签用作指示靶特异性DEL筛选的信标。换句话说，研究小组首先在靶点上安装了一个“跟踪器”，以实现筛查的特异性。

第二个挑战是目标丰度。通常，膜蛋白以纳摩尔到低微摩尔的浓度存在，远远低于在一个文库中捕获数十亿非结合物中的结合物的高微摩尔浓度。为了解决这个问题，研究小组采用了一种新的策略，即在目标蛋白和实际文库的DNA标签中使用互补序列，使文库能够在接近目标的地方杂交，从而“提高”目标蛋白的有效浓度。也就是说，“跟踪器”不仅可以帮助库定位目标，而且可以产生一种吸引力，使库集中在目标周围，而不会被不具约束力的群体分散注意力。

在新发表的文章中，研究小组报告了他们详细的方法学发展，他们还通过筛选一个3042万个针对活细胞上叶酸受体（FR）、碳酸酐酶12（CA-12）和表皮生长因子受体（EGFR）的复合文库，证明了该方法的通用性和性能，这些都是抗癌药物发现的重要靶点。这种方法有望广泛应用于许多膜蛋白。例如，经典的药物靶点，如GPCRs和离子通道，可以在活细胞环境中重新研究，通过利用DEL的力量来发现新的药物发现机会。

Xiaoyu LI博士说：“我们期望这种方法的实用性不仅限于药物的发现，而且在学术研究中探索具有挑战性的生物系统，如寡聚膜蛋白复合物和细胞间通讯。”

合著者来自重庆大学的Yizhou LI教授说：“这种方法有可能促进膜蛋白的药物发现，因为DNA编码的化学文库具有巨大而复杂的化学多样性。”

来自上海第二军医大学的曹教授补充说：“这项技术是表征配体-靶相互作用的有效工具；它将为高通量筛选方法的发展提供新的曙光，从而促进以膜蛋白为靶点的配体的捕获。”

原文检索：Selection of DNA-encoded chemical libraries against endogenous membrane proteins on live cells

（生物通：伍松）