上周《科學(xué)轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)》雜志發(fā)表一篇奎寧作用機(jī)理的文章。這個(gè)工作利用質(zhì)譜加細(xì)胞內(nèi)熱遷移（MS-CETSA）技術(shù)分析奎寧和甲氟喹對(duì)瘧原蟲(chóng)蛋白組中蛋白的穩(wěn)定作用。作者首先用葉酸受體拮抗劑乙胺嘧啶和一個(gè)叫做E64d的蛋白酶驗(yàn)證了MS-CETSA在這個(gè)系統(tǒng)的可行性，然后發(fā)現(xiàn)一個(gè)叫做嘌呤核苷磷酸化酶（PfPNP）的蛋白是與奎寧和甲氟喹作用的生物靶點(diǎn)。作者制造了重組PfPNP，證明奎寧以高強(qiáng)度（nM）與其催化結(jié)合腔結(jié)合、并得到二者復(fù)合物的晶體結(jié)構(gòu)。
解析
瘧疾是熱帶、亞熱帶地區(qū)的主要流行病，現(xiàn)在每年還有50萬(wàn)人死于這個(gè)疾病，中國(guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)的青蒿素是支柱療法。但隨著傳染這個(gè)疾病的蚊子對(duì)殺蟲(chóng)劑的耐藥和瘧原蟲(chóng)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)抗瘧藥物的耐藥，瘧疾有反彈的趨勢(shì)，所以未來(lái)可能需要新型抗瘧藥物或組合。但多數(shù)抗瘧藥物都是通過(guò)表型或臨床研究發(fā)現(xiàn)、分子機(jī)理未知，這令理性組合缺少根據(jù)。奎寧類(lèi)藥物是的一類(lèi)抗瘧藥物，一般認(rèn)為與血紅素解毒有關(guān)。但分子機(jī)理非常模糊，最近有研究顯示甲氟喹可能與核糖體結(jié)合，而奎寧本身靶點(diǎn)蛋白此前未知。
CETSA是近年興起的一個(gè)無(wú)需探針的靶點(diǎn)鑒定技術(shù)。其工作原理是小分子配體與蛋白結(jié)合后通常會(huì)令這個(gè)蛋白熱穩(wěn)定性增加，所以藥物處理的整體細(xì)胞或打碎細(xì)胞受到梯度加熱會(huì)逐漸令蛋白變性。在特定溫度下只有穩(wěn)定的蛋白存在于溶液中、可以用質(zhì)譜鑒定。這個(gè)技術(shù)可以?huà)呙璐蟛糠挚扇苄缘鞍捉M（太大蛋白不行），所以對(duì)于尋找機(jī)理未知藥物的生物靶點(diǎn)非常有用。這個(gè)技術(shù)另一個(gè)更常見(jiàn)用途是驗(yàn)證你正在優(yōu)化的化合物在細(xì)胞環(huán)境下確實(shí)與目標(biāo)靶點(diǎn)結(jié)合，以避免優(yōu)化脫靶活性。這個(gè)技術(shù)的一個(gè)缺點(diǎn)是如果干擾天然蛋白復(fù)合物會(huì)令部分蛋白穩(wěn)定性下降，事實(shí)上經(jīng)常觀(guān)測(cè)到化合物會(huì)令很多蛋白熔點(diǎn)下降。甚至針對(duì)同一靶點(diǎn)蛋白的化合物中也會(huì)有部分化合物增加穩(wěn)定性、而同系物降低穩(wěn)定性的情況。
雖然17世紀(jì)就有使用奎寧的記載，但直到80年代才有耐藥人群出現(xiàn)，這說(shuō)明奎寧可能調(diào)控多條生物途徑。雖然奎寧和甲氟喹的CETSA活性類(lèi)似，但在純化PfPNP的活性差一千倍、而羥氯喹根本沒(méi)活性。這也說(shuō)明PfPNP不一定是奎寧唯一機(jī)理，在治療濃度下還有其它機(jī)制。耐藥與一個(gè)叫做pfmdr1的膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白拷貝數(shù)正相關(guān)，所以奎寧靶點(diǎn)可能在細(xì)胞內(nèi)、這是本文作者重點(diǎn)關(guān)注的地方。雖然此前業(yè)界不知PfPNP是奎寧的分子靶點(diǎn)，但根據(jù)生物學(xué)信息PfPNP也成為一個(gè)正在開(kāi)發(fā)的抗瘧靶點(diǎn)。不過(guò)其它PfPNP抑制劑雖然在某些動(dòng)物模型有效，但在某些模型無(wú)效。另外宿主細(xì)胞也有多種類(lèi)似蛋白存在，令這個(gè)靶點(diǎn)的重要性受到質(zhì)疑。
已經(jīng)用了五百年的老藥用現(xiàn)代高科技還無(wú)法高清其全部機(jī)理，可以想象即使在今天的技術(shù)支持下從頭理性設(shè)計(jì)出奎寧、青蒿素這樣的有效抗瘧藥也不是一件容易的事情。不僅這些天然產(chǎn)物的藥理非常復(fù)雜、合成也非常困難，如果不是天然存在幾乎沒(méi)有可能出現(xiàn)在篩選化合物庫(kù)中。人類(lèi)在沒(méi)有現(xiàn)代科學(xué)的時(shí)代發(fā)現(xiàn)奎寧的治瘧療效得益于瘧疾流行的熱帶也盛產(chǎn)富含奎寧的金雞納樹(shù)（奎寧也叫金雞納霜），另一個(gè)百年老藥水楊酸來(lái)自柳樹(shù)皮，而柳樹(shù)多生長(zhǎng)在易發(fā)關(guān)節(jié)炎的濕熱地帶。這種天然產(chǎn)物與其治療疾病的天人合一令不懂化學(xué)、生物的古人僅憑神農(nóng)嘗百草的粗暴方式也能比較容易找到一些藥物。上帝關(guān)上一扇門(mén)但同時(shí)打開(kāi)一扇窗，令人類(lèi)得以繁衍生息。
用了幾百年的奎寧現(xiàn)在機(jī)理還是一地雞毛說(shuō)明理性藥物設(shè)計(jì)的復(fù)雜和粗糙，當(dāng)然即使少量臨床數(shù)據(jù)就可以大大簡(jiǎn)化臨床前的胡猜亂想。遺憾的是因?yàn)閭惱碓颥F(xiàn)在神農(nóng)已經(jīng)不能隨便嘗百草，現(xiàn)在得到這個(gè)信息只能深度挖掘人體基因?qū)W數(shù)據(jù)。如果沒(méi)有人體基因?qū)W數(shù)據(jù)，繼續(xù)發(fā)明CETSA這樣高科技是增強(qiáng)設(shè)計(jì)邏輯的唯一出路。
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