藥物開發(fā)的一個(gè)基本挑戰(zhàn)是如何在“優(yōu)化藥物與靶標(biāo)的匹配度”與“藥物穿過細(xì)胞膜并到達(dá)靶標(biāo)的能力”之間取得平衡。傳統(tǒng)藥物設(shè)計(jì)中，細(xì)胞穿透性藥物的研究?jī)?yōu)先考慮可能穿過細(xì)胞膜的化合物，因而主要集中在低分子量、具有剛性、非極性化學(xué)結(jié)構(gòu)的分子上。然而，在2022年12月8日發(fā)表在《科學(xué)》雜志上的一項(xiàng)研究中，UCSF的研究人員Kevin Lou，醫(yī)學(xué)博士研究生，Luke Gilbert博士和Kevan Shokat博士揭示了一種很重要的細(xì)胞攝取通路，其中大而復(fù)雜的分子能以非常規(guī)的方式與靶標(biāo)結(jié)合，被靶細(xì)胞有效地吸收，這個(gè)思路可用于制造治療癌癥和其他疾病的新藥——有望用于開發(fā)出使用更大、靈活連接的化學(xué)實(shí)體（ chemical entities）的新型藥物/療法，打破傳統(tǒng)的藥物設(shè)計(jì)規(guī)則。

大多數(shù)傳統(tǒng)藥物都是小分子，遵循簡(jiǎn)單的分子規(guī)則，包括限制分子大小和分子表面粘性化學(xué)基團(tuán)的數(shù)量。許多關(guān)鍵的藥物靶點(diǎn)，如經(jīng)常涉及癌癥的激酶酶，很難用傳統(tǒng)藥物選擇性靶向。在這項(xiàng)新研究中，作者通過功能基因組學(xué)和化學(xué)方法的結(jié)合，發(fā)現(xiàn)了一種涉及干擾素誘導(dǎo)的跨膜蛋白(IFITM)的內(nèi)源性途徑，能促進(jìn)細(xì)胞攝取不同的相關(guān)分子。IFITM蛋白質(zhì)存在于質(zhì)膜中，通常提供細(xì)胞對(duì)病毒的抵抗力。

該研究的第一作者Kevin Lou表示:“在藥物結(jié)合的區(qū)域中，有超過500種人類激酶酶非常相似，這使得選擇性地靶向這個(gè)家族的某個(gè)成員成為一種挑戰(zhàn)?！庇性S多重要的細(xì)胞內(nèi)藥物靶點(diǎn)，研究人員無(wú)法用小的、緊湊的和剛性的分子來(lái)靶向。為了應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，科學(xué)家們開始將多個(gè)配體連接成一個(gè)單一的化學(xué)實(shí)體(連接化學(xué)型)。這些連接組成的化學(xué)實(shí)體（chemical entities）可具有增強(qiáng)的效力，更大的選擇性和誘導(dǎo)多個(gè)靶點(diǎn)關(guān)聯(lián)的能力。

Lou表示:“考慮到許多大的、二價(jià)分子的良好生物活性與傳統(tǒng)的被動(dòng)滲透性概念之間的差異，我們推斷，連接組成的化學(xué)實(shí)體可能會(huì)劫持細(xì)胞過程，以幫助通過細(xì)胞膜?！?/p>

該團(tuán)隊(duì)選擇了一種信號(hào)蛋白mTOR的bitopic抑制劑RapaLink-1作為例子，該抑制劑在體內(nèi)具有活性，但其分子量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了通常的指導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)法被視為類藥物。研究人員用化學(xué)遺傳學(xué)方法證明，Rapalink-1的活性依賴于干擾素誘導(dǎo)的跨膜蛋白(IFITMs)。IFITMs促進(jìn)不同的“連接化學(xué)大分子”的細(xì)胞攝取，他們還探索了連接子長(zhǎng)度在攝取途徑中的作用。這項(xiàng)工作可能會(huì)指導(dǎo)雙效藥物的開發(fā)。

為了證明這一機(jī)制，該團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了兩種新的連接藥物，其一是將兩種已知的白血病蛋白BCL-ABL1抑制劑(dasatinib和asciminib)用接頭連接，生成了DasatiLink-1——由于每種藥物能分別結(jié)合目標(biāo)蛋白質(zhì)上的不同位點(diǎn)，研究人員推斷，相連接的版本可以將自己固定在兩個(gè)接觸點(diǎn)上，就像把雙頭鑰匙插入兩把鎖中一樣，增強(qiáng)了其特異性和有效性。其二是另外設(shè)計(jì)的 BisRoc-1，將化療藥物rocaglamide（楝酰胺）的兩個(gè)分子橋接在一起，使其能夠結(jié)合藥物的兩個(gè)蛋白質(zhì)靶標(biāo)。

盡管這兩種藥物都違反了傳統(tǒng)的藥物設(shè)計(jì)原則，但研究小組表明，這兩種藥物都能進(jìn)入細(xì)胞，與預(yù)期的目標(biāo)緊密結(jié)合，并與未結(jié)合的版本一樣有效。連接版本唯一依賴于靶細(xì)胞中的IFITM蛋白表達(dá)，結(jié)果表明IFITM通路在許多類型的連接分子中發(fā)揮作用。DasatiLink-1僅對(duì)BCL-ABL1激酶具有特異性，專一性比它的兩種成分更強(qiáng)。他們還發(fā)現(xiàn)，IFITMs適度地輔助了一些靶向蛋白水解的嵌合體。

Lou解釋說(shuō):“連接抑制劑需要多管齊下，更具選擇性?！薄爸灰鼈兡苡行У剡M(jìn)入細(xì)胞，它們就具有巨大的優(yōu)勢(shì)?！?/p>

“我們發(fā)現(xiàn)IFITM蛋白能夠使雙靶向抑制劑進(jìn)入細(xì)胞，這可能使我們能夠在疾病中靶向以前不可靶向的蛋白質(zhì)，”Luke Gilbert博士說(shuō)，他是聯(lián)合通訊作者，也是加州大學(xué)舊金山分校前列腺癌轉(zhuǎn)化生物學(xué)Goldberg-Benioff教授?！跋Ｍ覀兊难芯磕軌?yàn)樗幬镌O(shè)計(jì)科學(xué)家和病毒學(xué)家研究IFITM蛋白的機(jī)制提供新的線索?！?/p>

科學(xué)家們正致力于對(duì)相關(guān)BCR-ABL抑制劑的特性進(jìn)行化學(xué)優(yōu)化，以提高其效力，并將其定位為BCR-ABL突變癌癥的下一代療法?！拔覀円埠芨吲d能擴(kuò)大細(xì)胞內(nèi)靶點(diǎn)的范圍，以適應(yīng)雙重抑制。”

Journal Reference:

1. Kevin Lou, Douglas R. Wassarman, Tangpo Yang, YiTing Paung, Ziyang Zhang, Thomas A. O’Loughlin, Megan K. Moore, Regina K. Egan, Patricia Greninger, Cyril H. Benes, Markus A. Seeliger, Jack Taunton, Luke A. Gilbert, Kevan M. Shokat. IFITM proteins assist cellular uptake of diverse linked chemotypes. Science, 2022; 378 (6624): 1097 DOI: 10.1126/science.abl5829