韓佩韋， 通用電氣醫(yī)療集團生命科學部產(chǎn)品經(jīng)理

 

自人類基因組項目完成以來，編碼于基因天書中的秘密正逐步被揭示，研究人員又面臨著新的巨大挑戰(zhàn)-解讀基因編碼的蛋白質(zhì)之間相互作用所構(gòu)成的復雜網(wǎng)絡(luò)。隨著基礎(chǔ)研究和臨床實踐的開展，人們越來越清楚的意識到，生物分子之間彼此高度有序的相互作用，決定了細胞的命運，如增殖、分化和死亡。蛋白質(zhì)、核酸之間的相互作用嚴格的控制著DNA的復制、RNA轉(zhuǎn)錄、蛋白質(zhì)翻譯、大分子物質(zhì)聚集與降解以及胞內(nèi)的信號轉(zhuǎn)導網(wǎng)絡(luò)�？梢哉f，分子相互作用是所有生物機體保持正常生物功能的基礎(chǔ)。而威脅當今人類健康的多種疾病，如心腦血管疾病、神經(jīng)退行性疾病、傳染性疾病以及已列為我國頭號健康殺手的癌癥，其病因正與機體內(nèi)生物分子間相互作用的異常改變密切相關(guān)。因此，透徹了解生物分子間相互作用的發(fā)生條件、過程以及調(diào)控機制、將有助于闡明疾病發(fā)生的分子機理并有助于尋找治療的藥物。

 

干擾或逃避細胞正常程序性死亡或者凋亡途徑是腫瘤細胞的一個特征，它使得腫瘤細胞在從原發(fā)病灶遷出的轉(zhuǎn)移過程中得以存活下來。結(jié)合基因工程與分子生物學技術(shù)，發(fā)現(xiàn)、了解并確認那些參與細胞周期調(diào)控、基因轉(zhuǎn)錄、細胞分裂與凋亡現(xiàn)象的信號轉(zhuǎn)導途徑，精確定位那些參與損害壞細胞正常程序性死亡以及導致凋亡逃逸的蛋白分子的關(guān)鍵調(diào)控基序(motif)和結(jié)構(gòu)域(domain)，將有助于發(fā)現(xiàn)針對乳腺癌[1,4]、前列腺癌[2,3]、卵巢癌[5.6,7]、結(jié)腸癌[8,9]、胰腺癌[10,11,12]等癌癥發(fā)生相關(guān)的生物標志物，有助于腫瘤研究人員結(jié)合臨床樣本分析設(shè)計出有效的診斷試劑和腫瘤拮抗劑。

 

深入了解腫瘤和癌癥發(fā)生機理、確認和定量臨床樣本中的生物標志物(Biomarker)以及基于此進行的診斷試劑和藥物開發(fā)的過程非常復雜[13]，通常需要多種技術(shù)的相互驗證，如ELISA, 免疫印跡、免疫沉淀、熒光共振能量轉(zhuǎn)移(FRET)、表面等離子體共振(SPR)、NMR、EMSA（凝膠阻滯電泳）以及質(zhì)譜等技術(shù)，尋找相互作用的孤對配體（Orphan Ligand）[14,15,16]、比較信號分子以及藥物-靶標之間的作用強度、穩(wěn)定性以及在不同內(nèi)環(huán)境下，包括pH值，輔助因子、鹽濃度等情況下分子相互作用的性狀改變。一般來說，親和力和IC50通常是研究者所關(guān)注的主要指標，然而，這些參數(shù)通常是在穩(wěn)態(tài)狀態(tài)下獲得的，而生物分子間隨處可見的相互作用卻是非常動態(tài)的，僅僅根據(jù)穩(wěn)態(tài)時的性狀很多時候會忽視多種潛在的藥物候選物或者無法對現(xiàn)象進行合理的解釋。一種針對卵巢癌和結(jié)腸癌細胞過表達的HER2/neu致癌基因開發(fā)的抗癌的短肽模擬物就親和力而言較其全抗體稍弱，但其在藥靶上的滯留時間(穩(wěn)定性)卻沒有減弱,與此同時,由于其較小的尺寸和人源性, 大大降低了后期的免疫原性問題[17]；通過干擾Ras蛋白的嵌膜作用,研究者阻斷了由Ras致癌基因介導的級聯(lián)信號，并可以基于此指導后續(xù)的藥物設(shè)計[18]；通過點突變蛋白與受體的互作分析，研究者分析了凋亡蛋白與通過受體介導的兩條通路[19]；在酵母雙雜交和免疫共沉淀之后定量驗證這些結(jié)論，揭示結(jié)腸癌腺瘤樣息肉蛋白與胞內(nèi)其他蛋白的作用模式[20]；發(fā)現(xiàn)信號轉(zhuǎn)導通路中影響正常有

絲分裂的特定蛋白質(zhì)[21]；基于DNA突變檢測癌癥[22]；這些都得益于能夠?qū)崟r、無需標記的分子間互作分析技術(shù)，如基于表面等離子體共振技術(shù)的Biacore技術(shù)。

 

基于表面等離子體共振技術(shù)(SPR)的代表Biacore是最早商業(yè)化的生物傳感器技術(shù)，自1990年第一臺Biacore生物傳感器問世以來，便在全球?qū)W術(shù)界和制藥領(lǐng)域獲取了肯定和很高的聲譽，也一直被公認是結(jié)合動力學和無標記互作分析技術(shù)的金標準。迄今為止，基于Biacore系統(tǒng)發(fā)表的關(guān)于分子互作方面的文獻已超過15000篇，占生物傳感器總文獻量的93%以上[23]，并以目前大約每年超過1000篇的速度增長。Biacore提供的結(jié)合動力學能夠從分子間識別能力和穩(wěn)定性的角度對信號通路組分及藥靶互作的性質(zhì)進行表征和優(yōu)化，從而提高藥物特異性、藥效和臨床階段的安全性。結(jié)合動力學以相比于傳統(tǒng)技術(shù)能夠提供更加豐富的內(nèi)涵信息，更深入的定量了解分子互作本質(zhì)的優(yōu)勢已經(jīng)被用于了解癌癥和腫瘤發(fā)生機理、臨床診斷試劑、藥物篩選、藥物優(yōu)化以及藥物臨床前以及臨床的安全評價中。應(yīng)用結(jié)合動力學(Binding Kinetics)為我們提供豐富的數(shù)據(jù)，將改變我們以往可能知其然而不知其所以然的尷尬局面，從而減少臨床診斷開發(fā)和新藥研發(fā)中的彎路[24]。

 

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