基于活性的蛋白質(zhì)組學(xué)分析（activity-based protein profiling，ABPP）是由Scripps研究所Cravatt教授團(tuán)隊(duì)開發(fā)，旨在利用不同反應(yīng)活性的化學(xué)探針研究蛋白質(zhì)的活性與功能。經(jīng)過不斷的迭代發(fā)展，該技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于共價(jià)小分子藥物靶點(diǎn)發(fā)現(xiàn)和先導(dǎo)化合物篩選領(lǐng)域。
以靶向半胱氨酸殘基的共價(jià)小分子為例，其技術(shù)路線即是利用靶向半胱氨酸的特異性化學(xué)探針為通用型探針，當(dāng)共價(jià)小分子優(yōu)先占據(jù)靶點(diǎn)蛋白質(zhì)的活性半胱氨酸殘基時(shí)，則會與通用型探針產(chǎn)生競爭，減弱探針的標(biāo)記強(qiáng)度，結(jié)合定量蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)，能夠高效準(zhǔn)確地鑒定共價(jià)小分子修飾蛋白質(zhì)以及位點(diǎn)。2016年Cravatt教授團(tuán)隊(duì)利用上述策略篩選共價(jià)小分子先導(dǎo)化合物，靶向“無藥可及”的蛋白質(zhì)靶點(diǎn)[5]。該團(tuán)隊(duì)首先構(gòu)建了一個(gè)靶向半胱氨酸殘基的共價(jià)分子片段庫，它們具備與很多共價(jià)靶向藥物相同的丙烯酰胺或氯乙酰胺活性反應(yīng)基團(tuán)，結(jié)合化學(xué)蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)，作者全面探究了人類蛋白質(zhì)組中半胱氨酸殘基與小分子片段的結(jié)合能力，在637個(gè)不同蛋白質(zhì)上鑒定出758個(gè)能夠與小分子片段共價(jià)連接的活性半胱氨酸殘基，其中大部分都沒有在DrugBank數(shù)據(jù)庫中發(fā)現(xiàn)，極大地完善了人類蛋白質(zhì)組與結(jié)構(gòu)各異的共價(jià)小分子相互作用數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。該方法的運(yùn)用加速了共價(jià)藥物先導(dǎo)化合物的篩選，在復(fù)雜蛋白質(zhì)組水平上大規(guī)模發(fā)掘潛在配體結(jié)合口袋，為靶向“不可成藥”蛋白質(zhì)提供了機(jī)會。該競爭性化學(xué)蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)還被應(yīng)用于內(nèi)源代謝產(chǎn)物小分子如hydroxynonenal（HNE）[6]、天然產(chǎn)物如具有抑癌活性的萜類化合物nimbolide的靶點(diǎn)發(fā)現(xiàn)中。
競爭性定量化學(xué)蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)鑒定共價(jià)藥物分子靶點(diǎn)和修飾位點(diǎn)技術(shù)路線示意圖近年來，靶向蛋白降解（targeted protein degradation, TPD），即利用藥物分子干預(yù)蛋白質(zhì)的表達(dá)從而實(shí)現(xiàn)疾病治療的策略層出不窮，最受關(guān)注的要屬PROTAC（proteolysis targeting chimeras）藥物。PROTAC概念最早由Crews等人在2001年提出，該策略的核心思想是利用細(xì)胞內(nèi)自有的泛素-蛋白酶體系統(tǒng)降低靶標(biāo)蛋白的豐度，從而達(dá)到疾病治療的目的。同時(shí)，PROTAC藥物因其活性高、能夠靶向“不可成藥”靶點(diǎn)、克服藥物耐藥性等優(yōu)勢成為各大藥企的重點(diǎn)研發(fā)產(chǎn)品，輝瑞、拜耳、默沙東等國際制藥巨頭都在該方向上有所布局。類似的，同樣利用泛素-蛋白酶體系統(tǒng)的分子膠降解技術(shù)（molecular glue degraders）、利用內(nèi)吞-溶酶體途徑的LYTAC技術(shù)（lysosome targeting chimeras）、利用自噬-溶酶體途徑的AUTAC（autophagy targeting chimera）和ATTEC（autophagosome tethering compounds）技術(shù)等。然而，這類分子研發(fā)過程中關(guān)鍵評價(jià)之一是能否特異性降解靶標(biāo)蛋白，而不會導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)其它蛋白質(zhì)的豐度改變。定量蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)，即在蛋白質(zhì)組水平，利用高分辨質(zhì)譜定量比較不同樣品中相同蛋白質(zhì)的含量，在該類藥物分子研發(fā)過程中扮演著不可或缺的角色，目前比較常用的定量蛋白組學(xué)策略是在肽段樣品制備過程中引入穩(wěn)定同位素標(biāo)簽。質(zhì)譜檢測時(shí)，來自不同樣品，同一氨基酸序列的肽段物理性質(zhì)類似，具有相同的保留時(shí)間，電荷數(shù)，離子化效率和碎裂模式，但由于同位素標(biāo)簽質(zhì)量不同，從而表現(xiàn)出不同的荷質(zhì)比，共流出的同一序列肽段離子強(qiáng)度之比即能夠定量反映不同樣品中同一蛋白質(zhì)的含量。該策略不僅提高了了樣品制備、質(zhì)譜數(shù)據(jù)采集等過程的效率，同時(shí)減少了樣品與樣品之間的實(shí)驗(yàn)誤差，使結(jié)果更加穩(wěn)定、可信。
定量化學(xué)蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)鑒定PROTAC分子降解靶點(diǎn)技術(shù)路線示意圖隨著各學(xué)科的發(fā)展和交融，尤其是近年來化學(xué)生物學(xué)交叉學(xué)科的出現(xiàn)，將藥物開發(fā)帶入了高速發(fā)展的新紀(jì)元，有望極大縮短新藥發(fā)現(xiàn)的周期?；瘜W(xué)蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，促進(jìn)了細(xì)胞內(nèi)代謝物、天然產(chǎn)物、合成藥物等小分子的靶點(diǎn)研究和全新藥物先導(dǎo)化合物的發(fā)現(xiàn)，為小分子新藥研發(fā)注入了新的活力，使得原來被認(rèn)為“不可成藥”的蛋白質(zhì)有了成為新的治療靶點(diǎn)的可能。
