藥物開發(fā)的一個基本挑戰(zhàn)是如何在“優(yōu)化藥物與靶標的匹配度”與“藥物穿過細胞膜并到達靶標的能力”之間取得平衡。傳統(tǒng)藥物設計中，細胞穿透性藥物的研究優(yōu)先考慮可能穿過細胞膜的化合物，因而主要集中在低分子量、具有剛性、非極性化學結(jié)構(gòu)的分子上。然而，在2022年12月8日發(fā)表在《科學》雜志上的一項研究中，UCSF的研究人員Kevin Lou，醫(yī)學博士研究生，Luke Gilbert博士和Kevan Shokat博士揭示了一種很重要的細胞攝取通路，其中大而復雜的分子能以非常規(guī)的方式與靶標結(jié)合，被靶細胞有效地吸收，這個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、靈活連接的化學實體（ chemical entities）的新型藥物/療法，打破傳統(tǒng)的藥物設計規(guī)則。

大多數(shù)傳統(tǒng)藥物都是小分子，遵循簡單的分子規(guī)則，包括限制分子大小和分子表面粘性化學基團的數(shù)量。許多關(guān)鍵的藥物靶點，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。在這項新研究中，作者通過功能基因組學和化學方法的結(jié)合，發(fā)現(xiàn)了一種涉及干擾素誘導的跨膜蛋白(IFITM)的內(nèi)源性途徑，能促進細胞攝取不同的相關(guān)分子。IFITM蛋白質(zhì)存在于質(zhì)膜中，通常提供細胞對病毒的抵抗力。

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家族的某個成員成為一種挑戰(zhàn)?！庇性S多重要的細胞內(nèi)藥物靶點，研究人員無法用小的、緊湊的和剛性的分子來靶向。為了應對這一挑戰(zhàn)，科學家們開始將多個配體連接成一個單一的化學實體(連接化學型)。這些連接組成的化學實體（chemical entities）可具有增強的效力，更大的選擇性和誘導多個靶點關(guān)聯(lián)的能力。

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

該團隊選擇了一種信號蛋白mTOR的bitopic抑制劑RapaLink-1作為例子，該抑制劑在體內(nèi)具有活性，但其分子量遠遠超出了通常的指導標準，無法被視為類藥物。研究人員用化學遺傳學方法證明，Rapalink-1的活性依賴于干擾素誘導的跨膜蛋白(IFITMs)。IFITMs促進不同的“連接化學大分子”的細胞攝取，他們還探索了連接子長度在攝取途徑中的作用。這項工作可能會指導雙效藥物的開發(fā)。

為了證明這一機制，該團隊設計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)合目標蛋白質(zhì)上的不同位點，研究人員推斷，相連接的版本可以將自己固定在兩個接觸點上，就像把雙頭鑰匙插入兩把鎖中一樣，增強了其特異性和有效性。其二是另外設計的 BisRoc-1，將化療藥物rocaglamide（楝酰胺）的兩個分子橋接在一起，使其能夠結(jié)合藥物的兩個蛋白質(zhì)靶標。

盡管這兩種藥物都違反了傳統(tǒng)的藥物設計原則，但研究小組表明，這兩種藥物都能進入細胞，與預期的目標緊密結(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胞中的IFITM蛋白表達，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BCL-ABL1激酶具有特異性，專一性比它的兩種成分更強。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:“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入細胞，它們就具有巨大的優(yōu)勢?！?/p>

“我們發(fā)現(xiàn)IFITM蛋白能夠使雙靶向抑制劑進入細胞，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，他是聯(lián)合通訊作者，也是加州大學舊金山分校前列腺癌轉(zhuǎn)化生物學Goldberg-Benioff教授。“希望我們的研究能夠為藥物設計科學家和病毒學家研究IFITM蛋白的機制提供新的線索?！?/p>

科學家們正致力于對相關(guān)BCR-ABL抑制劑的特性進行化學優(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能擴大細胞內(nèi)靶點的范圍，以適應雙重抑制?！?/p>

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