非標(biāo)記方法已經(jīng)成為探索小分子靶點識別的重要技術(shù)，尤其適用于結(jié)構(gòu)修飾受限的天然小分子化合物。非標(biāo)記藥物靶標(biāo)發(fā)現(xiàn)技術(shù)聚焦于小分子結(jié)合后引發(fā)的靶蛋白穩(wěn)定性變化，如熱穩(wěn)定性、抗水解能力或化學(xué)穩(wěn)定性的變化。通過先進(jìn)的蛋白質(zhì)組學(xué)分析策略，能夠精準(zhǔn)捕捉這些微妙變化，進(jìn)而揭示出隱藏的靶蛋白身份。具體而言，非標(biāo)記靶點鑒定工具箱中包含了諸如DARTS（藥物親和響應(yīng)靶標(biāo)穩(wěn)定性分析）、SPROX（基于氧化速率的蛋白質(zhì)穩(wěn)定性評估）以及CETSA（細(xì)胞熱位移分析）或TPP（熱蛋白質(zhì)組學(xué)分析）等先進(jìn)技術(shù)。這些方法各有千秋，通過不同機制監(jiān)測蛋白質(zhì)在小分子結(jié)合后的穩(wěn)定性變化，為藥物作用機制的闡明及新靶點的發(fā)現(xiàn)提供了新穎且高效的途徑。這些技術(shù)的融合應(yīng)用，拓寬了靶點鑒定的邊界，也為藥物研發(fā)領(lǐng)域的創(chuàng)新注入了新的活力。
圖一 非標(biāo)記藥物靶標(biāo)發(fā)現(xiàn)技術(shù)
1.DARTS（藥物親和響應(yīng)靶標(biāo)穩(wěn)定性分析）
2009年，Lomenick團隊創(chuàng)新性地推出了DARTS技術(shù)，旨在精準(zhǔn)定位小分子藥物的直接作用靶點。該技術(shù)基于一個關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)：當(dāng)藥物與靶蛋白緊密結(jié)合時，靶蛋白對蛋白酶的敏感性顯著降低，展現(xiàn)出增強的穩(wěn)定性與抗水解能力。實驗中，他們選用枯草桿菌蛋白酶作為工具，針對雷帕霉素與FK506的共同靶點FKBP12進(jìn)行測試。結(jié)果顯示，F(xiàn)KBP12與這兩種藥物結(jié)合后，其抗蛋白酶水解能力顯著增強，有力證實了DARTS技術(shù)在靶點鑒定中的有效性和可靠性。尤為值得一提的是，DARTS方法無需對小分子化合物進(jìn)行復(fù)雜的結(jié)構(gòu)標(biāo)記，大大拓寬了其應(yīng)用范圍，展現(xiàn)出極高的普適性和實用性。
隨著DARTS技術(shù)的深入發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)拓展至天然產(chǎn)物的靶點鑒定。Morretta等研究表明，利用DARTS技術(shù)成功揭示了軟珊瑚屬Sinularia中分離的二萜5-epi-sinuleptolide作用于肌動蛋白Actin，通過干擾肌動蛋白骨架實現(xiàn)抗癌效果。Cai等則通過DARTS確認(rèn)了樺木酸(BA)靶向葡萄糖調(diào)節(jié)蛋白78(GRP78)，激活內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡路徑。Wang等的研究進(jìn)一步展示了DARTS在鑒定鹽霉素功能性靶點核仁素(NCL)中的作用，該靶點涉及抑制神經(jīng)母細(xì)胞瘤干細(xì)胞活性。為提升DARTS的蛋白質(zhì)覆蓋率，研究人員將DARTS樣品與蛋白質(zhì)質(zhì)譜分析相結(jié)合，有效拓寬了靶點鑒定范圍。例如，隱丹參酮和牛蒡子苷元的靶點分別被鑒定為FK506結(jié)合蛋白1A(FKBP1A)和蛋白磷酸酶2A(PP2A)。盡管DARTS在天然產(chǎn)物靶點鑒定中展現(xiàn)出巨大潛力，但其對低豐度靶點的檢測能力受限，且靶蛋白水解敏感性和蛋白酶、細(xì)胞裂解液的選擇均可能影響技術(shù)效果，這些挑戰(zhàn)仍需進(jìn)一步研究和優(yōu)化。
2、SPROX（基于氧化速率的蛋白質(zhì)穩(wěn)定性評估）
SPROX技術(shù)基于過氧化氫誘導(dǎo)的甲硫氨酸氧化，在化學(xué)變性劑存在下，評估蛋白質(zhì)的抗氧化穩(wěn)定性變化，以識別小分子化合物的蛋白質(zhì)靶點。該方法涉及蛋白質(zhì)樣品的折疊-去折疊平衡、甲硫氨酸氧化及后續(xù)定量分析。Dearmond等利用SPROX在酵母中鑒定了白藜蘆醇的多個靶點，包括細(xì)胞溶質(zhì)醛脫氫酶和與翻譯相關(guān)的蛋白。Geer Wallace等則發(fā)現(xiàn)manassantin A通過靶向絲蛋白A和延伸因子1a抑制HIF-1a激活，展示其抗癌潛力。然而，SPROX受限于蛋白質(zhì)中甲硫氨酸的低含量（約2.5%），且僅適用于細(xì)胞裂解物分析，不適用于活細(xì)胞系統(tǒng)，從而限制了其蛋白質(zhì)組檢測范圍。
3、CETSA（細(xì)胞熱位移分析）或TPP（熱蛋白質(zhì)組學(xué)分析）
CETSA（細(xì)胞熱轉(zhuǎn)換分析）技術(shù)通過加熱蛋白質(zhì)樣品，評估其熱穩(wěn)定性變化來鑒定天然產(chǎn)物的靶蛋白。與天然產(chǎn)物結(jié)合的蛋白質(zhì)在較高溫度下仍保持穩(wěn)定，而未結(jié)合者則降解或沉淀。CETSA適用于活細(xì)胞、細(xì)胞裂解液及組織樣品，通過蛋白質(zhì)免疫印跡或蛋白質(zhì)組學(xué)分析熔解曲線，計算Tm值來鑒定靶蛋白。盡管CETSA廣泛適用于多種樣品和蛋白質(zhì)，但靈敏度有限且需高藥物濃度。TPP（MS-CETSA）技術(shù)進(jìn)一步提升了CETSA的通量和靈敏度，通過TMT標(biāo)記和LC-MS/MS分析識別靶點。CETSA及TPP在學(xué)術(shù)研究中展現(xiàn)了其鑒定天然產(chǎn)物靶點的潛力，如大麥芽堿的核磷蛋白靶點、抗瘧藥物的PfPNP靶點等。然而，CETSA及TPP也存在耗時、成本高及缺乏結(jié)構(gòu)域結(jié)合信息的局限。盡管如此，CETSA技術(shù)在蛋白質(zhì)種類和樣品類型上的廣泛應(yīng)用范圍仍是其顯著優(yōu)勢。
小結(jié)
非標(biāo)記方法在靶點識別中嶄露頭角，特別適用于天然小分子與靶蛋白的低親和力互作研究。這些技術(shù)通過監(jiān)測靶蛋白的穩(wěn)定性變化，利用先進(jìn)的蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)，精準(zhǔn)揭示隱藏靶點。DARTS、SPROX、CETSA及TPP等技術(shù)的互補應(yīng)用，為藥物機制研究和新靶標(biāo)發(fā)現(xiàn)提供了高效手段，同時促進(jìn)了藥物研發(fā)領(lǐng)域的創(chuàng)新與發(fā)展。
參考文獻(xiàn)：
Label-Free Proteome Profiling as a Quantitative Target Identification Technique for Bioactive Small Molecules，Biochemistry.
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