我不是神药，我只是发表在Nature上的神奇小分子

题记：上映一个月的《我不是药神》刷爆全国，票房超30亿，豆瓣评分高达9.0，实实在在是一部票房口碑双丰收的好片，本君不免俗套地小蹭下热点。由于本君一直混迹于新药研发领域，这个电影看得还是有些百感交集。一边是因病致贫等药续命的病人，一边是天文数字般的新药研发费用。在我们可以神舟上天、蛟龙潜海的今天，研制能救命治病的创新药真比登天和入海还难。生命与金钱，很难等价，很难抉择……

全球制药领域的企业和研究机构的研发人员，每时每刻都关注着药物研发的最新动态，本君也是一样。这不，前一段时间瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）的Andrea Ablasser等研究者在国际顶级学术期刊Nature 杂志上报道了一个药效神奇的有机小分子，本君当然不会漏掉这则消息。要知道Nature 杂志上发表的有机小分子药物的研究真是少之又少，能发Nature 的小分子多少都具有一些“神药”的潜质。本君今天就为大家进行解读一下这篇文章，希望无论是做药还是不做药的朋友都能从中有所收获。

先说说这个小分子药物的靶标STING吧，全称stimulator of interferon genes，中文名为“干扰素基因刺激因子”，是病毒感染后机体抗病毒固有免疫反应过程中的重要蛋白分子，和多种免疫疾病甚至肿瘤免疫治疗相关。作者首先在细胞上筛选出了两个硝基呋喃类化合物C-178和C-176能够抑制由STING介导的β干扰素（IFNβ）生成。简单的构效关系研究表明硝基呋喃结构是化合物发挥活性的必需基团，随后发现C-178能还能抑制小鼠骨髓源巨噬细胞中STING的响应。作者就以C-178为工具化合物围绕STING通路的相关信号分子变化（比如下游激酶TBK1的磷酸化）多角度验证C-178对STING的抑制作用。

图片来源：Nature

为了研究C-178和STING的具体结合模式，作者对STING的N端的许多氨基酸进行了依次突变，最终发现Cys91突变掉之后的STING不再被C-178抑制。作者根据半胱氨酸的化学反应性和硝基呋喃的亲电反应性推测C-178和Cys91存在着共价结合作用。为了验证这一猜想，作者通过生物质谱技术直接检测到了STING和C-178共价复合物，同时利用点击化学分子探针对标记到的蛋白进行了验证。两种原理不同的实验都确认了C-178对Cys91的共价修饰。

图片来源：Nature

与常见的迈克尔加成相比，硝基呋喃对蛋白的共价修饰相对要少见一些，作者给出了一个经历分子内重排的共价结合机理，大家可以欣赏一下。

图片来源：Nature

证明了化合物与STING的共价结合之后，作者要解决的下一个问题就是，化合物结合之后是怎样影响STING下游信号通路进而发挥生物学作用的？作者先是按照STING通路研究的传统套路进行分析……然并卵……。给作者关键提示性信息的还是Cys91，前人的研究文献报道了Cys91位点的棕榈酰化和下游TBK1激活有关。化合物C-178与STING的共价结合位点就是Cys91，焦点自然被锁定在STING的棕榈酰化过程。关键点方向找对之后，一切都水到渠成了，咱们可以看看人家做的结果。

图片来源：Nature

化合物的结合模式、作用机理都做的明明白白了，就剩下体内药效这关了。在进行药效研究时作者选用了与C-178的结构相似机制相同的类似物C-176，因为C-176水溶性更好一些。作者利用具有多器官炎症的Trex1^-/-基因缺陷鼠为模型动物，评价C-176的药效。实验结果不负众望，C-176能够显著降低血清中炎症因子IFN的浓度，降低炎症相关基因mRNA水平，改善组织中的炎症现象。

图片来源：Nature

故事到这似乎已经很圆满了，但是Nature 文章当然卓尔不群。作者又进行了一轮大神级操作。他们对C-178和C-176进行了结构优化，得到了一个作用机制和药效类似的神奇分子H-151，并且把之前做过的验证机制和药理活性的重要实验全做一遍。大写的“服气”！为什么要进行结构优化呢？其实作者在文章第一页就埋下了伏笔，最初发现的C-178和C-176对小鼠STING（mmSTING）有非常好的活性，但是对人STING（hsSTING）的活性要差很多。结构优化的目的就是要拿到对hsSTING活性非常好的分子，也就是最后的H-151啦。

图片来源：Nature

本君最后从学术的角度说两句吧，全文读下来真的是惊喜连连。无论是最开始的C-176、C-178，还是最后的H-151，化学结构都不复杂。作者在证明化合物与STING结合模式的时候，近乎地毯式扫描的氨基酸突变找到关键残基Cys91，根据化学性质和构效关系提出硝基呋喃可能的共价修饰结合过程着实让人佩服。在探索机制的时候还是以Cys91为突破口，揭示了并不常见的化合物对蛋白质棕榈酰化修饰影响的作用机制着实让人眼前一亮。最后一轮的结构优化，更是让人看到了新药开发的一丝曙光。STING这个蛋白作为潜在药靶已经不止一次出现在Nature 上了，希望这是一个新药开发的方向，用于治疗自身炎症性疾病（autoinflammatory diseases）等病症。正如《我不是药神》中老刘说的，“愿主保佑我们！”

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Targeting STING with covalent small-molecule inhibitors

Nature, 2018, 559, 269-273, DOI: 10.1038/s41586-018-0287-8

（本文由乐只君子供稿）