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体外靶点筛选:从靶点验证到先导化合物发现

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体外靶点筛选:从靶点验证到先导化合物发现

引言

如果把新药研发比作一场漫长的战役,那么体外靶点筛选,就是这场战役的道门。一个化合物能否成为药物,先要回答的不是"它有没有效",而是三个更基础的问题:它能不能结合靶点?结合之后有没有生物学功能?这种功能是否足够"专一"、不会误伤别的靶点? 这三个问题,正是体外靶点筛选的核心使命。

从活性化合物发现(Hit Identification),到靶标验证(Target Validation),再到先导化合物优化(Lead Optimization),体外靶点筛选贯穿了药物发现关键的早期阶段。它的意义在于:用相对快速、低成本、可规模化的体外实验,把海量的候选分子层层过滤,留下少数真正值得推进到动物实验、甚至临床的"种子选手"。一套覆盖全面、技术扎实的体外靶点筛选平台,往往是决定一个研发项目成败的底层基础设施。爱思益普建立的,正是这样一套覆盖"靶标检测—分子互作—细胞功能"全链条的体外靶点筛选平台。

体外靶点筛选三级递进流程(生化·互作·功能)示意图

一、靶点验证的三级递进:从"结合"到"功能"

要理解体外靶点筛选,先要理解它的内在逻辑——它是一个层层递进、逐级确证的过程。爱思益普将其组织为三个相互衔接的层次。

层,是生化水平的活性与亲和力检测。这是"纯粹"的靶点验证:把靶蛋白和化合物放在同一个试管里,直接测量化合物对靶点的抑制活性(如酶活性抑制)、结合亲和力与结合动力学。这一层的优势是明确、可定量、可高通量,能够快速回答"这个化合物到底有没有针对这个靶点的活性"。爱思益普在激酶、蛋白酶、磷酸酶、去泛素化酶(DUBs)、甲基转移酶、去甲基化酶等众多酶类靶点上,都建立了成熟的生化检测能力。

第二层,是分子互作与结合表征。如果说生化活性回答的是"有没有活性",那么分子互作回答的是"结合得有多牢、多专一"。依托 SPR(Biacore 8K)、ITC、MST、nanoDSF-TSA、质谱分子互作平台、NanoBRET、FRET/TR-FRET 等一系列生物物理与生物化学技术,平台能够无标记、实时地测量化合物与靶蛋白的结合亲和力、动力学常数,甚至在活细胞环境下定量化合物与靶蛋白的结合。这一层是连接"活性"与"机制"的桥梁。

第三层,是细胞水平的功能验证。化合物在试管里表现再好,终还是要回到细胞里起作用。细胞水平的功能检测——报告基因、细胞功能检测、细胞增殖、高内涵筛选、FLIPR 高通量筛选等——把"结合"翻译成"药效",回答"这个化合物在真实的细胞环境里,能不能真正影响它所靶向的生物学过程"。

正是这三级递进,构成了体外靶点筛选的完整闭环:生化确证活性,互作确证结合,功能确证药效。三者缺一不可,共同把不确定性逐层降下来。

激酶谱筛选与选择性评价概念示意图

二、激酶与激酶谱:成熟靶点家族的选择性挑战

在所有可成药靶点家族中,激酶是成熟、也是体外筛选应用深入的一类。人类基因组编码了约 500 种激酶,它们通过磷酸化修饰调控着细胞增殖、分化、凋亡等几乎所有关键生命过程,也因此成为肿瘤、炎症、自身免疫等疾病药物研发的重镇。

激酶药物研发的独特难点,在于选择性。激酶的 ATP 结合口袋在结构上高度保守,一个针对某激酶设计的抑制剂,往往不可避免地会"碰"到同家族的其他激酶。脱靶激酶抑制既可能带来毒性,也可能在机制研究中造成误判。因此,激酶药物的体外筛选,从来不只是"测一个靶点的活性",而是要在整个激酶组(kinome)的尺度上评价选择性。

爱思益普的激酶谱筛选服务,正是围绕这一挑战构建的。平台基于 ICEKP™ Kinome Panel 体系,覆盖 470+ 激酶,帮助研发者在一个实验中系统评估激酶抑制剂的选择性,识别脱靶风险,是药物发现早期阶段的重要工具。而在更完整的维度上,一体化激酶药物发现服务覆盖了"生化—细胞—体内"的全链条,可提供针对 EGFR、FGFR 等方向的多样化激酶分析方案,以多功能性和精确性满足项目不同阶段的需求。

从单点活性到激酶谱选择性,再到全链条发现,激酶方向展示了体外靶点筛选如何从"测一个靶点"进阶到"评价一个靶点家族"。

三、从 GPCR 到难成药靶点家族:膜蛋白与酶类的功能验证

如果说激酶是体外筛选的"成熟样板",那么 GPCR 与一批新兴靶点家族,则代表了体外靶点筛选的"广度"与"前沿"。

GPCR(G 蛋白偶联受体)是的药物靶标家族——目前约有三分之一的已上市药物直接作用于 GPCR。它横跨心血管、神经、代谢、炎症等几乎所有疾病领域。GPCR 的体外筛选,核心是"功能":一个化合物是激动剂还是拮抗剂?它通过哪条信号通路起作用?平台的 GPCR 检测服务,提供受体功能验证、激动剂/拮抗剂筛选与信号通路分析,支撑从新靶点研究到药物筛选的全流程。而新型 FLIPR Penta 高通量筛选体系,能够实时监测 GPCR 与离子通道靶点的功能变化,把 GPCR 的功能检测推向高通量。

在酶类与膜蛋白的"难成药"与"新兴"靶点上,平台同样布下了密集的能力网络:蛋白酶(蛋白酶抑制活性、蛋白酶体功能验证,支持抗肿瘤药物研发)、磷酸酶(磷酸酶抑制活性、磷酸酶组筛选,支持免疫与肿瘤药物研发)、去泛素化酶 DUBs(生化检测与抑制剂筛选,覆盖多个 DUB 家族,助力调控蛋白质降解通路的创新药物发现)、转运体(ABC 转运蛋白功能验证与药物转运相互作用研究,衔接 DMPK)。

这些靶点家族之所以值得重视,是因为它们往往对应着传统"不可成药"靶点的突破方向——而体外筛选,正是打开这些方向的把钥匙。

分子互作结合检测(SPR与NanoBRET)概念示意图

四、分子互作:从无标记 SPR 到活细胞 NanoBRET

无论靶点是什么,药物发现的一个共同前提是:化合物必须真正结合到靶点上。分子互作检测,就是测量这种"结合"的技术底座。

SPR(表面等离子体共振)是分子互作的金标准之一。 平台的 SPR 亲和力检测服务依托高灵敏度的 Biacore 8K 平台与高质量自研蛋白库,能够无标记、实时地监测活性分子的相互作用,输出结合亲和力与动力学数据,并提供从蛋白定制、方法开发到样品检测的一体化服务。无标记意味着不干扰分子的天然状态,实时意味着能看见结合与解离的完整过程——这两点对于理解一个化合物"怎么结合、结合多牢"至关重要。

NanoBRET 则把结合检测推进到了活细胞内。 传统的结合检测大多在体外纯化体系中进行,难以反映化合物穿越细胞膜、在细胞内真实环境中与靶点结合的能力。平台的 NanoBRET 靶点结合(TE)检测服务,基于 BRET 技术,在活细胞内实时定量评估化合物与靶蛋白的结合,支持 PROTAC、分子胶、RIPTAC 等诱导邻近项目,约 1 周即可交付,兼容 96/384 孔板。这种"活细胞、实时、可高通量"的结合检测能力,对于诱导邻近类新型药物尤其关键——因为它要测量的,恰恰是细胞内三元复合物的形成。

此外,平台还提供 ITC(等温滴定量热)、MST-TRIC、nanoDSF-TSA、DSF-TSA 热位移、质谱分子互作平台、FRET/TR-FRET 等一系列互补的分子互作技术,构成了一张覆盖"无标记/有标记、体外/活细胞、亲和力/动力学/热力学"的多维检测网络。

高通量细胞功能筛选(报告基因/高内涵)概念示意图

五、细胞功能与高通量:报告基因、高内涵与 FLIPR

结合的终点是功能。当确证了一个化合物能结合靶点之后,体外筛选的后一环,是把这种"结合"翻译成看得见的"药效"——这一步,靠的是细胞功能检测与高通量筛选技术。

报告基因检测,是功能读出的"通用语言"。平台的报告基因检测服务,将报告基因与目的调控序列偶联,功能读出基因表达与通路活性,覆盖 AP-1、NF-κB、CRE、ARE、GPCR、核受体与 DDR(HR/NHEJ)等众多方向,并支持高通量筛选与定制开发。它的价值在于:把抽象的信号通路激活状态,转化为可定量、可规模化读出的荧光或发光信号,从而在细胞层面回答"化合物是否真正激活或抑制了目标通路"。

高内涵筛选,则把功能检测推向了"多指标、图像化"的新维度。平台的高内涵筛选服务,以高分辨率荧光数码影像系统,在保持细胞结构与功能完整的前提下,同步检测细胞形态、生长、分化、迁移、凋亡及信号转导等多指标变化。相比单一指标的检测,高内涵筛选能在一次实验里同时捕捉多维度的细胞表型信息,尤其适合复杂的细胞功能研究与表型筛选。

FLIPR 高通量筛选,则是面向离子通道与 GPCR 这类"快速响应"靶点的利器。平台采用新型 FLIPR Penta 高通量筛选体系,实时监测离子通道与 GPCR 靶点的功能变化,为药物发现提供快速、可靠的高通量功能筛选数据。

这三类技术,与流式细胞术、Cell Panel、癌细胞 panel 筛选、BaF3 细胞增殖检测等共同构成了平台的细胞功能检测矩阵,把体外靶点筛选的后一环牢牢焊死。

结语

体外靶点筛选,是新药研发这座大厦的地基。它不追求"惊天动地"的单点突破,而是用一套严谨、递进、可规模化的技术体系,把"这个分子值不值得继续做下去"这个基础的问题,回答得清清楚楚。

爱思益普的体外靶点筛选平台,正是这样一套体系化的能力:它既有覆盖激酶、GPCR、蛋白酶、磷酸酶、DUBs、转运体等众多靶点家族的"广度",也有从生化活性、分子互作到细胞功能的"深度",更有 SPR、NanoBRET、报告基因、高内涵、FLIPR 这些前沿技术构成的"精度"。对于任何一个正在从靶点走向候选药物的研发者而言,这样一套平台,就是把成千上万个候选分子,一步步筛选成少数几个"真命天子"的关键基础设施。

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