Rich information, Deeper Insights-Biacore結(jié)合動力學(xué)在癌癥中的應(yīng)用

 

韓佩韋， 通用電氣醫(yī)療集團(tuán)生命科學(xué)部產(chǎn)品經(jīng)理

 

自人類基因組項目完成以來，編碼于基因天書中的秘密正逐步被揭示，研究人員又面臨著新的巨大挑戰(zhàn)-解讀基因編碼的蛋白質(zhì)之間相互作用所構(gòu)成的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)。隨著基礎(chǔ)研究和臨床實踐的開展，人們越來越清楚的意識到，生物分子之間彼此高度有序的相互作用，決定了細(xì)胞的命運，如增殖、分化和死亡。蛋白質(zhì)、核酸之間的相互作用嚴(yán)格的控制著DNA的復(fù)制、RNA轉(zhuǎn)錄、蛋白質(zhì)翻譯、大分子物質(zhì)聚集與降解以及胞內(nèi)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)。可以說，分子相互作用是所有生物機(jī)體保持正常生物功能的基礎(chǔ)。而威脅當(dāng)今人類健康的多種疾病，如心腦血管疾病、神經(jīng)退行性疾病、傳染性疾病以及已列為我國頭號健康殺手的癌癥，其病因正與機(jī)體內(nèi)生物分子間相互作用的異常改變密切相關(guān)。因此，透徹了解生物分子間相互作用的發(fā)生條件、過程以及調(diào)控機(jī)制、將有助于闡明疾病發(fā)生的分子機(jī)理并有助于尋找治療的藥物。

 

干擾或逃避細(xì)胞正常程序性死亡或者凋亡途徑是腫瘤細(xì)胞的一個特征，它使得腫瘤細(xì)胞在從原發(fā)病灶遷出的轉(zhuǎn)移過程中得以存活下來。結(jié)合基因工程與分子生物學(xué)技術(shù)，發(fā)現(xiàn)、了解并確認(rèn)那些參與細(xì)胞周期調(diào)控、基因轉(zhuǎn)錄、細(xì)胞分裂與凋亡現(xiàn)象的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，精確定位那些參與損害壞細(xì)胞正常程序性死亡以及導(dǎo)致凋亡逃逸的蛋白分子的關(guān)鍵調(diào)控基序(motif)和結(jié)構(gòu)域(domain)，將有助于發(fā)現(xiàn)針對乳腺癌[1,4]、前列腺癌[2,3]、卵巢癌[5.6,7]、結(jié)腸癌[8,9]、胰腺癌[10,11,12]等癌癥發(fā)生相關(guān)的生物標(biāo)志物，有助于腫瘤研究人員結(jié)合臨床樣本分析設(shè)計出有效的診斷試劑和腫瘤拮抗劑。

 

深入了解腫瘤和癌癥發(fā)生機(jī)理、確認(rèn)和定量臨床樣本中的生物標(biāo)志物(Biomarker)以及基于此進(jìn)行的診斷試劑和藥物開發(fā)的過程非常復(fù)雜[13]，通常需要多種技術(shù)的相互驗證，如ELISA, 免疫印跡、免疫沉淀、熒光共振能量轉(zhuǎn)移(FRET)、表面等離子體共振(SPR)、NMR、EMSA（凝膠阻滯電泳）以及質(zhì)譜等技術(shù)，尋找相互作用的孤對配體（Orphan Ligand）[14,15,16]、比較信號分子以及藥物-靶標(biāo)之間的作用強(qiáng)度、穩(wěn)定性以及在不同內(nèi)環(huán)境下，包括pH值，輔助因子、鹽濃度等情況下分子相互作用的性狀改變。一般來說，親和力和IC50通常是研究者所關(guān)注的主要指標(biāo)，然而，這些參數(shù)通常是在穩(wěn)態(tài)狀態(tài)下獲得的，而生物分子間隨處可見的相互作用卻是非常動態(tài)的，僅僅根據(jù)穩(wěn)態(tài)時的性狀很多時候會忽視多種潛在的藥物候選物或者無法對現(xiàn)象進(jìn)行合理的解釋。一種針對卵巢癌和結(jié)腸癌細(xì)胞過表達(dá)的HER2/neu致癌基因開發(fā)的抗癌的短肽模擬物就親和力而言較其全抗體稍弱，但其在藥靶上的滯留時間(穩(wěn)定性)卻沒有減弱,與此同時,由于其較小的尺寸和人源性, 大大降低了后期的免疫原性問題[17]；通過干擾Ras蛋白的嵌膜作用,研究者阻斷了由Ras致癌基因介導(dǎo)的級聯(lián)信號，并可以基于此指導(dǎo)后續(xù)的藥物設(shè)計[18]；通過點突變蛋白與受體的互作分析，研究者分析了凋亡蛋白與通過受體介導(dǎo)的兩條通路[19]；在酵母雙雜交和免疫共沉淀之后定量驗證這些結(jié)論，揭示結(jié)腸癌腺瘤樣息肉蛋白與胞內(nèi)其他蛋白的作用模式[20]；發(fā)現(xiàn)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中影響正常有

絲分裂的特定蛋白質(zhì)[21]；基于DNA突變檢測癌癥[22]；這些都得益于能夠?qū)崟r、無需標(biāo)記的分子間互作分析技術(shù)，如基于表面等離子體共振技術(shù)的Biacore技術(shù)。

 

基于表面等離子體共振技術(shù)(SPR)的代表Biacore是最早商業(yè)化的生物傳感器技術(shù)，自1990年第一臺Biacore生物傳感器問世以來，便在全球?qū)W術(shù)界和制藥領(lǐng)域獲取了肯定和很高的聲譽(yù)，也一直被公認(rèn)是結(jié)合動力學(xué)和無標(biāo)記互作分析技術(shù)的金標(biāo)準(zhǔn)。迄今為止，基于Biacore系統(tǒng)發(fā)表的關(guān)于分子互作方面的文獻(xiàn)已超過15000篇，占生物傳感器總文獻(xiàn)量的93%以上[23]，并以目前大約每年超過1000篇的速度增長。Biacore提供的結(jié)合動力學(xué)能夠從分子間識別能力和穩(wěn)定性的角度對信號通路組分及藥靶互作的性質(zhì)進(jìn)行表征和優(yōu)化，從而提高藥物特異性、藥效和臨床階段的安全性。結(jié)合動力學(xué)以相比于傳統(tǒng)技術(shù)能夠提供更加豐富的內(nèi)涵信息，更深入的定量了解分子互作本質(zhì)的優(yōu)勢已經(jīng)被用于了解癌癥和腫瘤發(fā)生機(jī)理、臨床診斷試劑、藥物篩選、藥物優(yōu)化以及藥物臨床前以及臨床的安全評價中。應(yīng)用結(jié)合動力學(xué)(Binding Kinetics)為我們提供豐富的數(shù)據(jù)，將改變我們以往可能知其然而不知其所以然的尷尬局面，從而減少臨床診斷開發(fā)和新藥研發(fā)中的彎路[24]。

 

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