攻克帕金森 藥物篩選新法

    近日，英國劍橋Whitehead研究所的科學家開發了一種快速、廉價的藥物篩選方法，可用來研究那些至今尚未被攻克的疾病（如帕金森氏癥）。該技術采用面包酵母合成篩選分子，將確定治療靶點和前期檢測的時間縮短至數周。該研究結果發表在最近出版的《自然-化學生物學》（Nature Chemical Biology)雜志上。
　　
被遺漏的靶位　　
    現在的藥物開發程序很復雜，需要確定潛在目標物，合成大量可能有效（作用于已知靶點）的分子化合物，通過昂貴的分析手段篩選化合物，進行反復試驗來確定化合物的結構。經過長達數月的實驗，化學家和生物學家組成的研究小組最終能獲得的可用于進一步活細胞檢測的化合物通常只有1%甚至更少。
    Whitehead研究員、哈佛醫學研究所研究員Susan Lindquist稱，這種新方法很令人振奮，由于一次可篩選數百萬個化合物，研究人員可對更多結構不同的化合物進行研究。該方法的核心是一種非常小的環肽蛋白，這種蛋白可以鎖定幾乎每個存在的蛋白間作用。
    目前，大部分藥物都通過將自身鍥入目標蛋白表面的小孔發揮作用。不過，這些傳統藥物無法附著在平滑的蛋白表面，因此無法抑制光滑表面上發生的較為關鍵的蛋白間作用。環肽則具有傳統藥物所不具備的結合能力，可以確認被遺漏的疾病治療靶位。
    該論文作者、Whitehead研究所Susan Lindquist實驗室的博士后研究員Joshua Kritzer認為，通過該項技術，可進入一個運用傳統藥物研究和篩選所沒有發現的化學領域。在之前賓夕法尼亞大學Benkovic實驗室的工作基礎上，Kritzer創建了一個大型環肽庫，其中包含各種氨基酸化合物，然后將這些環肽插入到已確認的帕金森病酵母模型中（由Lindquist實驗室制備）。
　　
如何起效　　
    帕金森病是一種神經退行性疾病，病癥主要是震顫、肌肉僵直、行動遲緩。研究人員已在帕金森病患者大腦的神經細胞中發現了Lewy小體（主要由α-synuclein蛋白異常聚集而成）。目前的醫學技術尚無法治愈該病，所采用的治療方法也只是針對疾病癥狀所采取的緩解治療。在Lindquist酵母模型中，細胞呈現很多與帕金森病患者大腦細胞相同的特征，包括由α-synuclein蛋白過度表達誘導細胞毒作用而導致的細胞死亡。
    一旦將環肽插入酵母模型細胞，Kritzer即把酵母轉換至帕金森病模式下，并觀察哪些酵母細胞會存活。大約有500萬酵母細胞中插入了環肽，最終，Kritzer只發現兩種環肽能防止細胞死亡。對這兩種環肽測序后，Kritzer又發現兩者的起效部位都只是前四個氨基酸，且具有相同的模式（半胱氨酸-任意氨基酸-疏水氨基酸-半胱氨酸）。這種特殊的四氨基酸模式與一些重要的生物化學結構（包括氧化/還原分子和金屬結合分子）非常相似。
    有趣的是，人們已發現帕金森病與金屬錳之間存在聯系。金屬錳過量會導致帕金森綜合癥（帕金森病樣綜合癥，即繼發性帕金森病）。同樣，Lindquist實驗室的Aaron Gitler和Melissa Geddie在早期研究中發現正常的PARK9基因（帕金森病患者中該基因出現變異）能保護細胞免受錳的神經毒作用。
    根據這些可能的作用模式，Kritzer及其同事正試圖解釋新環肽如何起效。采用Lindquist酵母模型及阿拉巴馬大學Caldwell實驗室的帕金森病蠕蟲模型，Kritzer等人證實起效環肽與調控帕金森病相關細胞進程的天然基因有同等效力，不同的是，環肽是在后期阻斷疾病進程。這說明以前較為傳統的治療方法未曾針對該作用點。
擴展研究
    今年9月，Kritzer將擔任Tufts大學化學系助理教授，據Kritzer稱，他下一步的研究將明確了解起效環肽如何影響帕金森病細胞，是通過改變細胞內的氧化/還原反應、與金屬分子的結合，還是存在其他機制。另外，也許還存在更有效的結構，研究人員可通過這兩種環肽的已知結構開發更多的環肽庫。
    同時，Lindquist也指出該技術并不局限于酵母或帕金森病，可以將其應用在哺乳動物細胞研究上，也可用于有酵母菌模型的任何疾病的治療研究中。研究人員已用該技術進行了一些其他研究。
據了解，該研究由美國國家神經性疾病和腦卒中研究所(NINDS)、國家環境衛生科學研究所（NIEHS）和Morris K. Udall帕金森病研究中心資助。
    Susan Lindquist主要在Whitehead研究所從事生物醫學研究，同時也是哈佛醫學研究所研究員和麻省理工學院的生物學教授。

 
相關信息
論文選摘：　　
    在抗腫瘤藥研究領域，Whitehead生物醫學研究中心的研究人員發現了一種高通量選擇性腫瘤干細胞抑制劑篩選方法。
    腫瘤干細胞是指腫瘤中具有自我更新能力，并能產生異質性腫瘤細胞的細胞。很多研究顯示，癌癥干細胞與癌癥轉移和復發有關。由于腫瘤細胞群落中，腫瘤干細胞數目稀少，且培養相對不穩定，因此對特異性殺傷腫瘤干細胞藥物的篩選工作一直未能實現。8月13日電子版《細胞》雜志上發表的一篇論文顯示，Whitehead生物醫學研究中心通過一種“上皮細胞-間質細胞轉化”技術培養出大量具有干細胞性質的腫瘤細胞，利用這些腫瘤干細胞可進行抗癌藥篩選，研究人員已發現鹽霉素（salinomycin）對實驗室培養的腫瘤干細胞和自然腫瘤干細胞都有殺傷作用。
    另外，發表在8月13日《自然-生物技術》雜志上的一篇論文展示了一種精確有效的對人類胚胎干細胞（ESC）及誘導多潛能細胞（iPS）基因組進行修飾或插入基因的新技術。作者是Whitehead研究中心的Hockemeyer和Frank Soldner。
    多年前，科學家就能輕易地在小鼠ESC和iPS細胞基因組中插入或切除基因，但在應用于人類時卻遇到困難。其他對人類細胞進行基因處理的技術操作困難、耗時長。而該項新技術采用鋅指核酸酶，大大簡化了操作。通過該技術，研究人員可以制備特定的遺傳疾病細胞模型（如帕金森病腦細胞模型）。
——摘自《快速篩選可減少酵母和動物模型中α-synuclein蛋白細胞毒作用的環肽》（Nature Chemical Biology，July 13，2009）

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