在現(xiàn)代生物化學(xué)與藥物研發(fā)領(lǐng)域,ABPP(Activity - Based Protein Profiling)釣靶技術(shù)作為一種強(qiáng)大工具,正逐漸嶄露頭角。它能在復(fù)雜生物體系中對(duì)特定蛋白質(zhì)活性進(jìn)行精準(zhǔn)檢測(cè)與分析,為藥物開發(fā)、疾病研究等提供關(guān)鍵信息。
一、 引言 傳統(tǒng)中藥歷史悠久,使用大量天然植物、礦物和動(dòng)物藥物,療效顯著,然而其具體作用機(jī)制常不明確。篩選中藥單體結(jié)合靶點(diǎn),有助于從現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)角度揭示中藥在分子和細(xì)胞層面的療效,提升藥物精準(zhǔn)治療能力,避免無效或有害的治療效果。
二、 ABPP釣靶技術(shù)原理 ABPP技術(shù)基于活性小分子探針與靶蛋白的特異性結(jié)合。探針含反應(yīng)性基團(tuán),可與靶蛋白活性位點(diǎn)共價(jià)鍵結(jié)合,同時(shí)帶有報(bào)告基團(tuán),用于后續(xù)檢測(cè)與分析。通過一系列分離、純化和檢測(cè)手段,確定靶蛋白的身份與活性狀態(tài)。
三、 ABPP釣靶技術(shù)優(yōu)勢(shì) 1.高特異性:能精準(zhǔn)識(shí)別靶蛋白活性位點(diǎn),避免非特異性結(jié)合。 2. 實(shí)時(shí)性:可在活細(xì)胞或生物體內(nèi)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)靶蛋白活性變化。 3. 全面性:能對(duì)整個(gè)蛋白質(zhì)組進(jìn)行系統(tǒng)分析,發(fā)現(xiàn)新靶蛋白和潛在藥物靶點(diǎn)。 4. 應(yīng)用范圍廣:適用于多種生物體系和疾病模型。
四、 ABPP釣靶技術(shù)應(yīng)用 1. 藥物研發(fā):在藥物開發(fā)中,ABPP釣靶技術(shù)可幫助篩選和優(yōu)化先導(dǎo)化合物,提高藥物療效與安全性。例如針對(duì)腫瘤細(xì)胞特定蛋白的活性檢測(cè),開發(fā)出腫瘤靶向藥物。 2. 疾病診斷:利用該技術(shù)可對(duì)疾病相關(guān)蛋白進(jìn)行快速檢測(cè)與診斷。如在神經(jīng)退行性疾病中,通過檢測(cè)特定蛋白活性變化實(shí)現(xiàn)早期診斷與病情監(jiān)測(cè)。 3. 生物醫(yī)學(xué)研究:為研究生物體內(nèi)蛋白質(zhì)功能與作用機(jī)制提供重要手段。通過對(duì)不同生物體系中蛋白質(zhì)活性的分析,深入了解生命過程本質(zhì)。
五、 篩選中藥單體結(jié)合靶點(diǎn)的方法 1. SPR配體垂釣:SPR技術(shù)(Surface Plasmon Resonance)基于表面等離子體共振現(xiàn)象,能實(shí)時(shí)、無標(biāo)記地檢測(cè)分子間相互作用,如抗原 - 抗體、藥物 - 靶標(biāo)蛋白、DNA - RNA等。基于此的配體垂釣技術(shù),通過將藥物分子偶聯(lián)在芯片上,從總蛋白中釣取與藥物結(jié)合的蛋白。實(shí)驗(yàn)步驟如下: - 生物素化小分子固定:將生物素化的中藥單體通過鏈霉親和素偶聯(lián)到芯片上。 - 垂釣回收:將提取的細(xì)胞總蛋白混合物進(jìn)行垂釣回收。 - 質(zhì)譜檢測(cè):利用質(zhì)譜技術(shù)比較實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組的成分差異,鑒定出潛在能與中藥單體結(jié)合的候選蛋白。 - 案例:暨南大學(xué)醫(yī)學(xué)院費(fèi)嘉教授團(tuán)隊(duì)通過SPR - MS技術(shù)鑒定小檗堿作用靶點(diǎn)UHRF1。該研究將小檗堿固定到傳感芯片上,加入細(xì)胞裂解液孵育,垂釣靶蛋白并回收,經(jīng)質(zhì)譜鑒定,確定UHRF1為小檗堿的潛在作用靶點(diǎn),并通過SPR和分子對(duì)接驗(yàn)證了相互作用。 2. CETSA - MS(TPP,熱蛋白質(zhì)組學(xué)):CETSA技術(shù)基于蛋白質(zhì)熱穩(wěn)定性變化,當(dāng)藥物分子與靶標(biāo)蛋白結(jié)合時(shí),會(huì)影響蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。CETSA - MS在此基礎(chǔ)上結(jié)合蛋白質(zhì)組學(xué),對(duì)經(jīng)藥物及熱處理后的差異蛋白進(jìn)行質(zhì)譜鑒定。實(shí)驗(yàn)步驟如下: - 細(xì)胞給藥處理:細(xì)胞給藥后進(jìn)行裂解。 - 加熱處理:離心后取上清裂解液進(jìn)行梯度或恒溫加熱(單一給藥使用梯度加熱、梯度給藥進(jìn)行恒溫加熱)。 - 離心去除沉淀:離心去除加熱變性沉淀的蛋白。 - 電泳與質(zhì)譜鑒定:將上清進(jìn)行SDS - PAGE電泳,對(duì)差異條帶進(jìn)行質(zhì)譜鑒定。 - 案例:鄭州大學(xué)第一附屬醫(yī)院夏總平教授團(tuán)隊(duì)采用CETSA - MS技術(shù)鑒定槲皮素抗衰老靶點(diǎn)。該研究分別用DMSO和槲皮素處理HEK293T細(xì)胞,每組細(xì)胞懸液均分為12份,在特定溫度下進(jìn)行熱處理,然后細(xì)胞裂解,獲得上清液中的可溶性蛋白進(jìn)行質(zhì)譜分析。鑒定出CBR1、GSK3A和MAPK1為槲皮素的作用靶點(diǎn),并通過CETSA和pull - down驗(yàn)證了相互作用。 3. ABPP(化學(xué)蛋白質(zhì)組學(xué)):基于活性的蛋白質(zhì)譜(ABPP)結(jié)合活性探針和蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù),鑒定活性小分子的蛋白質(zhì)靶標(biāo)。實(shí)驗(yàn)步驟如下: - 探針制備:設(shè)計(jì)合成活性分子探針,并進(jìn)行活性鑒定。 - 孵育與結(jié)合:將探針與總蛋白孵育(或與細(xì)胞孵育后提取總蛋白)。 - UV照射與點(diǎn)擊反應(yīng):孵育完成后,先后進(jìn)行UV照射(使活性分子與靶蛋白共價(jià)相連)、點(diǎn)擊化學(xué)反應(yīng)(給活性分子引入報(bào)告基團(tuán),如生物素)。 - 靶蛋白富集鑒定:通過報(bào)告基團(tuán)對(duì)靶蛋白進(jìn)行富集鑒定(如通過鏈霉親和素磁珠分離生物素標(biāo)記的蛋白)。 - 蛋白質(zhì)組學(xué)分析:對(duì)收集到的蛋白進(jìn)行蛋白質(zhì)組學(xué)分析。 - 案例:廈門大學(xué)林圣彩院士團(tuán)隊(duì)和鄧賢明團(tuán)隊(duì)基于化學(xué)探針法找到二甲雙胍的分子靶點(diǎn)——PEN2。該研究通過合成二甲雙胍的化學(xué)探針,對(duì)細(xì)胞總蛋白進(jìn)行垂釣,經(jīng)質(zhì)譜等分析鑒定,結(jié)合DSC、SPR、ITC等技術(shù)確定二甲雙胍通過與PEN2蛋白的互作介導(dǎo)AMPK的激活。 4. DARTS - MS:DARTS(drug affinity responsive target stability - MS)利用小分子配體與靶蛋白結(jié)合后復(fù)合物穩(wěn)定性提高的特點(diǎn),用蛋白酶處理樣品,通過SDS - PAGE比較實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組差異,再通過蛋白質(zhì)組學(xué)鑒定差異條帶。實(shí)驗(yàn)步驟如下: - 細(xì)胞裂解:提取總蛋白(使用溫和裂解液,保持蛋白活性)。 - 孵育與對(duì)照:向總蛋白中添加藥物小分子孵育,同時(shí)對(duì)照加入等體積的實(shí)驗(yàn)組中溶解小分子的溶劑。 - 蛋白酶處理:向上述實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組中分別加入等量蛋白酶孵育。 - 篩選鑒定:進(jìn)行SDS - PAGE或LC - MS篩選鑒定靶蛋白。 - 案例:重慶醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院骨科超聲醫(yī)學(xué)與工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室郭風(fēng)勁教授、聶茂副教授及杜宇副主任醫(yī)師團(tuán)隊(duì)通過DARTS - MS鑒定人參三醇靶點(diǎn)。該研究將人參三醇和總蛋白孵育后加入嗜熱菌蛋白酶孵育,再加入PMSF終止蛋白酶水解,最后進(jìn)行SDS - PAGE,對(duì)差異條帶進(jìn)行質(zhì)譜鑒定,確定UFL1為人參三醇的潛在靶標(biāo),并通過DARTS - WB、CETSA和分子對(duì)接驗(yàn)證了相互作用。
六、 結(jié)論 ABPP釣靶技術(shù)在藥物研發(fā)、疾病診斷和生物醫(yī)學(xué)研究等領(lǐng)域具有重要意義。通過對(duì)不同技術(shù)的應(yīng)用,能夠更深入地了解中藥單體的作用機(jī)制,為藥物開發(fā)提供有力支持。未來,隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和完善,ABPP釣靶技術(shù)將在更多領(lǐng)域發(fā)揮重要作用,推動(dòng)生物醫(yī)學(xué)研究的進(jìn)步。
研錦生物可以利用基于靶點(diǎn)或小分子結(jié)構(gòu)的藥物設(shè)計(jì)方法,對(duì)可購買化合物、天然產(chǎn)物等數(shù)據(jù)庫進(jìn)行虛擬篩選,并獲得潛在活性的化合物列表供進(jìn)一步活性實(shí)驗(yàn)確證。面向制藥企業(yè)和科研院所,可提供一站式的早期藥物研發(fā)服務(wù),包括虛擬藥物篩選、先導(dǎo)優(yōu)化、靶標(biāo)預(yù)測(cè)、 動(dòng)力學(xué)模擬等,涉及小分子化學(xué)藥、生物藥、中藥等多種新藥類型,為您提供優(yōu)質(zhì)的藥物發(fā)現(xiàn)服務(wù)