武田制药教你寻找活性化合物的套路

前不久刚为大家介绍了生物物理技术在药物靶标确认环节的广泛应用，今天本君将从另一个角度为大家介绍生物物理技术在药物早期发现中的应用。这个案例来自日本武田制药（Takeda Pharmaceutical）的研究者在J. Med. Chem. 上发表的一篇文章。

先给大家简单科普一下，武田制药要开发的靶点是转录因子B-cell lymphoma 6 （BCL6），它能够和BCoR、NCoR等蛋白发生相互作用进而调控B细胞的形成和T淋巴细胞分化。因此，BCL6-BCoR等蛋白-蛋白相互作用是治疗自身免疫疾病和癌症的潜力靶点。武田制药的研究者应用SPR、NMR、X-Ray三种生物物理学技术实现了基于片段的药物发现（FBDD）。

对于基于片段的药物发现来说，无论应用哪种技术方法，活性蛋白的获得是整个研发过程的基石，没有大量稳定的可溶性蛋白一切都是空谈。这篇文章的作者面对的第一个难题就是如何获得稳定的BCL6^BTB蛋白。BCL6^BTB虽然只有15 kD，但是却包含5个Cys残基，作者认为这5个Cys残基使得蛋白易聚集不稳定，因此应用定点突变技术将Cys残基突变为其他氨基酸残基，制备了BCL6^BTB突变蛋白（mt BCL6^BTB）。突变蛋白稳定性是好了，但是能不能维持原来的功能呢，这必须进行验证。这时候SPR技术粉墨登场啦。作者在SPR实验中设计了多种对照组，证明了mt BCL6^BTB具有相当的蛋白活性可以代替非突变蛋白（wt BCL6^BTB）用于评价化合物的结合行为。

突变前后的蛋白活性对比。图片来源：J. Med. Chem.

经过SPR实验的初筛，作者得到了64个与BCL6^BTB结合的化合物。随后，作者利用STD-NMR技术评价了这64个化合物与BCL6的直接相互作用从中发现了7个化合物具有浓度依赖的结合行为。在这7个化合物当中，片段1引起了作者的注意，作者认为片段1的配体效率（ligand efficiency，LE）为0.28，K_D值为1.2 mM，是比较适当的结构优化起点。

图片来源：J. Med. Chem.

对于武田制药的研发人员来讲，做个共晶自然不是什么难事啦，有了共晶的结果去优化结构自然事半功倍。具体的结构优化过程分为两个进程，一方面对片段1的取代基进行优化，另一方面拼合了前期高通量筛选发现的活性结构片段5，最终得到了活性水平达到纳摩尔级别的化合物7，并且7的配体效率较1显著提高。该化合物在非细胞状态蛋白-蛋白相互作用实验和细胞实验中均体现了良好的活性。

图片来源：J. Med. Chem.

私以为，这篇文章最大的亮点就是多技术、多策略的综合应用。比如SPR、STD-NMR、X-Ray三种生物物理技术的交叉应用；基于片段的药物发现（FBDD）与基于结构的药物发现（SBDD）综合使用。在由生物物理学驱动的活性化合物发现之后，作者的结构优化目的很明确：提高活性、提高配体效率。具体这个化合物的命运如何，我们很难揣测。毕竟，从这篇文章中还无法得知其药物代谢性质以及动物药效评价结果。但是，这种多技术组合创新发现先导化合物的模型确实具有很大的推广空间，值得广大研究人员思考借鉴。

Discovery of a B-Cell Lymphoma 6 Protein–Protein Interaction Inhibitor by a Biophysics-Driven Fragment-Based Approach

J. Med. Chem., 2017, 60, 4358-4368, DOI: 10.1021/acs.jmedchem.7b00313