斯克里普斯研究所(TSRI)的科學家們開發(fā)出了一種強大的新方法來尋找結合特定蛋白質(zhì)的候選藥物。

發(fā)表在本周《自然》（Nature）雜志上的這種新方法是一個重大的進展，它可以同時應用于大量的蛋白質(zhì)，甚至直接應用于自然細胞環(huán)境中成千上萬不同的蛋白質(zhì)。一些小分子可以用來確定它們靶蛋白的功能，并可充當藥物開發(fā)的起始復合物。TSRI的研究人員證實這一技術為許多過去認為無法很好結合這些小分子的蛋白質(zhì)找到了“配體”（結合伴侶蛋白）。

在新發(fā)現(xiàn)的配體中有一些是兩個caspase酶的選擇性抑制劑，這兩個caspase酶在多種疾病中起重要作用，然而一直以來無法采用藥物來靶向它們。

項目負責人、Dorris神經(jīng)科學中心和Skaggs化學生物學研究所成員、化學生理學系教授Benjamin F. Cravatt說：“我們的數(shù)據(jù)表明，人類蛋白質(zhì)組能夠相比先前所認識的更廣泛地被小分子靶向。這為開發(fā)出一些科學探針和藥物開辟了新的可能性。”

Cravatt近年在蛋白質(zhì)研究中取得不少重大的成果。2008年，Cravatt領導研究人員不僅在世界上率先展開了蛋白質(zhì)活性表達譜（ABPP)的繪制工作，而且在Cell雜志上公布了一個全面的，有效的蛋白質(zhì)組學研究平臺，可以直接觀察到蛋白水解全部過程，研究人員利用這一技術獲得了由天然細胞凋亡途徑誘導的蛋白質(zhì)組范圍內(nèi)的蛋白水解事件的圖譜。

2012年，Cravatt和斯克里普斯研究所的科學家們繪制出了細胞中兩種最重要的蛋白質(zhì)修飾類型的圖譜，揭示了在凋亡這一重要細胞過程中它們之間廣泛的協(xié)同作用。相關論文發(fā)表在Cell雜志上。

脂質(zhì)在生理和病理過程中起到了核心作用，包括一些維生素（A、D、E）、激素（雌激素、睪酮）、神經(jīng)遞質(zhì)（內(nèi)源性大麻素）和脂肪成分（甘油三脂、膽固醇）。脂質(zhì)主要通過與蛋白質(zhì)互作發(fā)揮自己的功能，2015年，Cravatt開發(fā)出了研究這種互作的強大技術，相關論文發(fā)表在Cell雜志上。

利用片段

長期以來，研究人員一直在尋找更好的方法鑒別人類蛋白質(zhì)的小分子配體及確定我們細胞中的哪些蛋白質(zhì)是天生“可配對的”。生物學家們通常采用復雜的計算機算法來預測一類指定的蛋白質(zhì)能否充分結合小分子。藥物研究人員通常不會去嘗試開發(fā)一些藥物來靶向人們認為不可配對的蛋白質(zhì)。幾個大的蛋白質(zhì)類型被認為歸于這類，到目前為止在大約2萬種人類蛋白質(zhì)中只有大約600種已被FDA批準的藥物成功靶向。

新方法部分基于一種稱作為片段配體發(fā)現(xiàn)的方法，利用了大約是丸藥中一些小分子一半大小的候選配體分子。用于初始篩查尋找潛在配體，這樣的“片段”分子比藥物大小的分子要更高效，實現(xiàn)徹底篩查需要更小的化合物庫。

Cravatt研究小組將候選片段分子附著到一類其他的分子上，當它們靠得足夠近時，可與蛋白質(zhì)上的半胱氨酸有力反應，以很強的“共價”鍵將配體鎖定到這些蛋白質(zhì)上。

科學家們設計出了一種篩查系統(tǒng)，在這一系統(tǒng)中他們可以逐一將這些共價鍵片段分子應用于人類細胞中表達的全部蛋白質(zhì)。這種方法甚至可用于培養(yǎng)皿中的未受損傷的活細胞。這一系統(tǒng)使得研究人員能夠檢測并鑒別出哪些小分子片段可以共價結合樣本中的哪些蛋白，及蛋白質(zhì)上對結合負責的特異位點。

將一個半胱氨酸反應片段小文庫應用于兩種人類癌細胞中的蛋白質(zhì)，科學家們發(fā)現(xiàn)這些片段成功地“配對”了600多種不同蛋白質(zhì)（相當樣本中20%以上的分析蛋白）上的750多種不同的半胱氨酸

其中許多蛋白屬于人們一直認為不可配對，因此“無藥可及”的蛋白質(zhì)類型，如轉(zhuǎn)錄因子。事實上，大約85%新的可配對蛋白沒有列于具有已知小分子配體的蛋白質(zhì)標準數(shù)據(jù)庫中。

開發(fā)探針和藥物的潛力

研究人員通過確證它能夠鑒別出共價結合抗癌藥物ibrutinib的已知靶蛋白，證實了這一系統(tǒng)的精確度。

研究小組還證實，采用這一系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)的一些蛋白質(zhì)結合配體分子具有很強的生物活性，因此有潛力被開發(fā)為科學探針或藥物。例如，新發(fā)現(xiàn)的IDH1和 IDH2酶的配體，阻斷了正常版本和與癌癥有關聯(lián)的突變版本IDH1和 IDH2的活性。

在最后一組實驗中，研究小組證實鑒別出的一個配體抑制了caspase-8和caspase-10的活性，這兩種酶可幫助開啟稱作為凋亡的細胞自毀程序。人們認為過度的凋亡促成了諸如阿爾茨海默氏癥和亨廷頓氏癥等神經(jīng)退行性疾病，以及中風之后的腦損傷和其他腦損傷。與之對比，一些細胞喪失凋亡促成了癌癥和自身免疫性疾病。然而，科學家們尚未充分了解這些酶的作用，因為一直以來很大程度上無法找到選擇性抑制特異caspases的小分子。

在這種情況下，Cravatt研究小組發(fā)現(xiàn)他們最初鑒別出的一些抗caspase配體通過結合前體形式的caspase-8和caspase-10來起作用。他們采用化學方法改造這一配體為只選擇性結合caspase-8前體的配體，采用他們的兩種配體作為探針，發(fā)現(xiàn)了caspase-8和caspase-10如何在人類T細胞中促進凋亡的新細節(jié)。