蛋白质组学技术与药物作用新靶点研究进展

蛋白质组学技术与药物作用新靶点研究进展

[关键词]：蛋白质组学,新药发现,药物作用靶点,研究进展

药物开发是一个漫长的过程，包括以下步骤：样品制备、新化学实体的发现、靶的探测与验证、先导物选择、小分子筛选和优化以及临床前、临床试验研究等。其中药物作用靶点的探测与验证是新药发现阶段中的重点和难点，成为制约新药开发速度的瓶颈。基因组学研究表明，人体中全部药靶蛋白为1万～2万种，而在过去100年中发现的靶点，仅约有500种。因此，自1994年Wilkins等提出蛋白质组（pro- teome）和蛋白质组学（proteormcs）概念后，就迅速引起广大研究者和制药公司的兴趣和投资。近几年来，蛋白质组学技术和研究思路都有了令人鼓舞的进展，新技术的出现和发展，如多维色质联用（multidimensional liquid chromatography and tan- dem mass spectrometry, MudLC-MS/MS）、表面增强激光解吸离子化-蛋白质芯片系统（surface enhanced laser desorption ion-

ization-proteinchip, SELDI-ProteinChip）、同位素亲和标签（iso- tope-coded affinity tags, ICAT)、胶上差示电泳(differential in- gel electrophoresis, DIGE）等技术，弥补了普通双向电泳上样量和检测极限的局限，自动化、特异性和重复性都得到了加强。

蛋白质组学是研究疾病发生过程中蛋白质变化、生化代谢途径改变和鉴定的有力工具。在药物开发中的作用主要表现在疾病检测、药物靶点发现、药物代谢转化、药物不良反应研究等方面。通过比较正常体与病变体、给药前后蛋白质谱的变化，蛋白质组学技术可提供疾病发生、药物作用和药物不良反应的分子机制信息。通过蛋白质组学鉴定的特异生物标记可作为排查药物的功效、抗性和优选。因此，蛋白质组学在药物研究开发中的各个方面得到了细化，如化学蛋白质组学(chemical proteomics），拓扑蛋白质组学（topological proteomics），临床蛋白质组学（clinical proteomics），毒性蛋白质组学（toxicoproteomics）和药物蛋白质组学（phamiaco- proteormcs），这些“亚蛋白质组学”技术的发展，与基因组学结合，将对药物靶标验正和药物开发引起重大变革。笔者就蛋白质组学及相关技术在药物作用靶

点的探测和验证方面的应用作一概述。

1药靶的探测

与药物作用相关的靶或蛋白质主要有3类：①疾病相关（特异性）蛋白质；②生物标记分子；③信号传导分子。蛋白质组学探测药物作用相关靶点的基本策略是蛋白质

组的比较，即健康与病变组织、细胞或体液（如血清、脊髓液、尿液和气管呼出物等）的蛋白质表达谱差异和表达量变化。蛋白质组学已成功用于肿瘤、糖尿病、艾滋病、关节炎等多种疾病相关蛋白或标记蛋白的检测，成为疾病诊断、监测、治疗的有力工具。例如丹麦人类基因组研究中心Julio Celis实验室从膀胱鳞片状细胞癌(SCC)患者的尿液中分离鉴定了一个生物标记—牛皮癣素(psoriasin)，免疫组织化学分析表明该蛋白质在正常人的泌尿系统中不存在，因而成为临床检测膀胱鳞片状细胞癌的标记蛋白。

给药前后蛋白质组比较，是比较蛋白质组学的另一个重要内容，是探测新靶蛋白，深入了解药物作用机制，评价药物不良反应，更合理地设计药物的一个新途径。Chen等利用这个方法，找到了抗MCF-7人乳腺癌药物阿霉素的一个作用靶—Hsp27。

类似的方法也用于探测信号传导途径中

的药物作用靶。信号级联放大系统中信号的传递一般与蛋白质磷酸化／去磷酸化密切

相关。通过合适的预分离技术，如亚细胞蛋白质组制备或用免疫色谱分离磷酸化的亚

蛋白质组，得到与信号传导途径相关的蛋白质组以及在细胞中的定位信息，然后通过双向电泳技术分析蛋白质修饰和表达变化。利用这个方法，Stancato等在人原淋巴细胞

中（经IFN-α或IL2处理）找到了与IFN作用相关的信号传导靶点。

化学蛋白质组学是药靶检测的另一重要

方法。化学蛋白质组是全蛋白质组的一个亚类，指的是经化学标记浓缩的那部分特殊蛋白质。疟原虫入侵血红细胞的阻断靶点探测就是化学蛋白质组学成功应用的一个例子：半胱氨酸蛋白水解酶是疟原虫（plasmodium falciparum）生存必需的酶，Green- baum等利用靶向半胱氨酸蛋白水

解酶的化学探针（1251- DCG-04）打靶，然后通过抗DCG04的生物素纯化，得到了半胱氨酸蛋白水解酶类的亚蛋白质组，通过酶活性分析，最终发现在疟原虫的入侵血红细胞的裂殖期，仅有一个有半胱氨酸蛋白水解酶活性的蛋白质—falcipain 1。从化学数据库筛选到falcipain I的抑制剂YA29-Eps,结果证实YA29-Eps可阻断疟原虫的入侵血红细胞。

最近，一种被称为生色团辅助激光灭活（chromophore-as- sisted laser inactivation，CALI）的化学蛋白质组学方法也被用于蛋白质靶的检测与验证过程。CALL能够直接对蛋白质进行操作，而不是通过对蛋白质量的变化进行检测。将标记有孔雀绿染料的非功能灭活抗体与特异性蛋

白质结合，然后对蛋白质复合物进行激光照射。染料受激光激发短暂的产生活性分子，对结合的蛋白质造成破坏而起到灭活作用，但不影响其他蛋白质组分。所采用的激光波长为620nm,该波长不容易为细胞吸收，因而激光不会对细胞产生破坏作用。所以CALI 是一种能够对活细胞蛋白质精确灭活的新

技术，是药物作用靶点探测和验证的有力工具。目前CALI已经在肿瘤的不同信号传导途径靶的检测中得到应用。例如Jay 等利用CALL技术对ezrin和pp60-c-src蛋白质功能分析，表明这两个蛋白质参与了肿瘤发生过程。

此外，由于传染病仍是引起死亡的主要病症之一，抗感染药物的开发仍是各国研究的热点。蛋白质组学技术可以让人们清楚地了解病原菌蛋白质在抗生素作用下发生改变

的情况，并以此进行新型抗生素药物开发。微生物基因组序列测定的完成为基因组蛋

白质的鉴定提供了基准。利用蛋白质组学技术，Mcatee等研究了幽门螺杆菌（HP）对甲硝唑（NM）的耐药性。对因rdxA基因突变引起中度耐NM的HP2b695株增殖、裂解后进行蛋白质组表达蛋白差异分析，发现有几种蛋白质比正常细菌增加了一倍，并发现AHP（一种存在于各种原核和真核系统中的氧中毒耐受相关的必需酶）的各种亚型的表达水平增加，从而认为HP的Mu耐受表型株的AHP水平升高有较大意义，对HP

的治疗有很大的帮助。因此，除了对动物（包括人）的蛋白质组学研究外，细菌的蛋白质组学也逐渐成为新药研究的一个重要内容，包括病原菌与宿主蛋白质相互作用研究。

蛋白质组学还可以用于药物不良反应作

用靶点的探测，包括药物毒性检测和药物候选时毒性预测。用已知的毒素处理机体组织，比较处理或未处理组织的蛋白质谱变化，可显示出药物的毒性。环孢菌素

A(cyclosporine A, CsA)成功用于器官移植手术和自身免疫疾病的治疗中，但同时具有严重的肾毒性。Aicher等研究了环孢菌素A 对小鼠肾组织的毒性。比较CsA处理/不处理的小鼠肾组织蛋白质2DE图谱，找到了一个经CsA药物作用后表达下调的一个蛋白质calbindin。该蛋白质在肾小管中发现，能与Ca2+结合，起转运功能。病理组织学研究表明calbindin的下降与肾小管内钙化有关。

2 靶点的验证

仅仅检测出与疾病相关的蛋白质（靶）还不足以开始药物的筛选，验证这些蛋白的功能、确定蛋白质在疾病发生过程中所起的作用，对于继续药物发现的过程非常关键。因此靶的验证也是药物发现中的瓶颈之一。研究蛋白质功能、相互作用是靶点验证的主要方法。