武田製藥教你尋找活性化合物的套路

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前不久剛為大家介紹了生物物理技術在藥物靶標確認環節的廣泛應用（點擊閱讀詳細），今天本君將從另一個角度為大家介紹生物物理技術在藥物早期發現中的應用。這個案例來自日本武田製藥（Takeda Pharmaceutical）的研究者在J. Med. Chem.上發表的一篇文章。

先給大家簡單科普一下，武田製藥要開發的靶點是轉錄因子B-cell lymphoma 6（BCL6），它能夠和BCoR、NCoR等蛋白髮生相互作用進而調控B細胞的形成和T淋巴細胞分化。因此，BCL6-BCoR等蛋白-蛋白相互作用是治療自身免疫疾病和癌症的潛力靶點。武田製藥的研究者應用SPR、NMR、X-Ray三種生物物理學技術實現了基於片段的藥物發現（FBDD）。

對於基於片段的藥物發現來說，無論應用哪種技術方法，活性蛋白的獲得是整個研發過程的基石，沒有大量穩定的可溶性蛋白一切都是空談。這篇文章的作者面對的第一個難題就是如何獲得穩定的BCL6BTB蛋白。BCL6BTB雖然只有15 kD，但是卻包含5個Cys殘基，作者認為這5個Cys殘基使得蛋白易聚集不穩定，因此應用定點突變技術將Cys殘基突變為其他氨基酸殘基，製備了BCL6BTB突變蛋白（mtBCL6BTB）。突變蛋白穩定性是好了，但是能不能維持原來的功能呢，這必須進行驗證。這時候SPR技術粉墨登場啦。作者在SPR實驗中設計了多種對照組，證明了mtBCL6BTB具有相當的蛋白活性可以代替非突變蛋白（wtBCL6BTB）用於評價化合物的結合行為。

突變前後的蛋白活性對比。圖片來源：J. Med. Chem.

經過SPR實驗的初篩，作者得到了64個與BCL6BTB結合的化合物。隨後，作者利用STD-NMR技術評價了這64個化合物與BCL6的直接相互作用從中發現了7個化合物具有濃度依賴的結合行為。在這7個化合物當中，片段1引起了作者的注意，作者認為片段1的配體效率（ligand efficiency，LE）為0.28，KD值為1.2 mM，是比較適當的結構優化起點。

圖片來源：J. Med. Chem.

對於武田製藥的研發人員來講，做個共晶自然不是什麼難事啦，有了共晶的結果去優化結構自然事半功倍。具體的結構優化過程分為兩個進程，一方面對片段1的取代基進行優化，另一方面拼合了前期高通量篩選發現的活性結構片段5，最終得到了活性水平達到納摩爾級別的化合物7，並且7的配體效率較1顯著提高。該化合物在非細胞狀態蛋白-蛋白相互作用實驗和細胞實驗中均體現了良好的活性。

圖片來源：J. Med. Chem.

私以為，這篇文章最大的亮點就是多技術、多策略的綜合應用。比如SPR、STD-NMR、X-Ray三種生物物理技術的交叉應用；基於片段的藥物發現（FBDD）與基於結構的藥物發現（SBDD）綜合使用。在由生物物理學驅動的活性化合物發現之後，作者的結構優化目的很明確：提高活性、提高配體效率。具體這個化合物的命運如何，我們很難揣測。畢竟，從這篇文章中還無法得知其藥物代謝性質以及動物藥效評價結果。但是，這種多技術組合創新發現先導化合物的模型確實具有很大的推廣空間，值得廣大研究人員思考借鑒。

Discovery of a B-Cell Lymphoma 6 Protein–Protein Interaction Inhibitor by a Biophysics-Driven Fragment-Based Approach

J. Med. Chem.,2017,60, 4358-4368, DOI: 10.1021/acs.jmedchem.7b00313

（本文由樂只君子供稿）

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