一种测定活性化合物细胞生物利用度的方法

注：文末有研究团队简介 及本文作者科研思路分析

测定活性化合物的细胞生物利用度是阐明化合物的细胞活性和指导化合物结构优化的关键步骤，也是研究化合物细胞生物活性数据的时间和剂量依赖性以及化合物细胞内稳定动力学的关键。近日，H. Lee Moffitt Cancer Center & Research Institute的季海涛（点击查看介绍）团队建立了一项新的基于高效液相–质谱联用（HPLC–MS）的技术来测定活性化合物的细胞生物利用度，该技术具有很强的通用性和可靠性。

对于从事基于细胞的药物化学和化学生物学的科研人员来说，有一个问题常常令人苦恼，即基于蛋白测定的生物活性结果和基于细胞测定的生物活性结果在很多时候相差很大。这个问题传统上认为是因为化合物具有很低的细胞透膜性。事实上，在细胞实验中，化合物的细胞活性数据往往受以下条件影响：（1）化合物的水溶性；（2）化合物和细胞培养液中的血清蛋白结合率；（3）化合物和细胞培养瓶、细胞膜外蛋白和基质以及与细胞膜的非特异性结合；（4）化合物生物转化为活性或无活性代谢产物。同时，化合物细胞生物活性的高低取决于活性数据收集的时间点和所采用的化合物起始浓度。因此，测定化合物的细胞生物利用度对于正确解读化合物细胞化学生物学活性的数据至关重要。药物化学和化学生物学领域急需要一个可靠、灵敏、通用并容易实现的实验技术。

Moffitt Cancer Center的季海涛团队建立第一个通用性的方法来测定活性化合物的细胞生物利用度，基于HPLC–MS，通过设计关键对照实验，能精确测定活性化合物的细胞内浓度。该方法还可以测定化合物和细胞培养液里的血清蛋白结合率、化合物和细胞培养瓶、细胞外蛋白、基质以及细胞膜的非特异性结合，除此之外，还可以测定化合物细胞内浓度的时间依赖性、剂量依赖性以及化合物的细胞内外稳定性和透膜性。在这篇论文中，季海涛团队将该方法应用于研究两种蛋白质–蛋白质相互作用靶标的抑制剂：bromodomain抑制剂和β-catenin/BCL9抑制剂。

通过这一应用，抑制剂的不同细胞摄取、不同细胞膜内外的非特异性结合、化合物的不同细胞稳定动力学得以揭示。该技术还能够用于研究活性化合物中子结构/化学功能团和细胞实验中的非特异性结合的关系。进一步开发这项技术，有可能揭示出化合物子结构/官能团对细胞实验结果的影响。这一成果近期发表在Journal of Medicinal Chemistry 上，文章的第一作者是季海涛团队的研究生Kevin B. Teuscher。

该论文的作者为：Kevin B. Teuscher, Min Zhang, Haitao Ji

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）：

A Versatile Method to Determine the Cellular Bioavailability of Small-Molecule Inhibitors

J. Med. Chem., 2017, 60, 157–169, DOI: 10.1021/acs.jmedchem.6b00923

季海涛教授简介

季海涛，美国H. Lee Moffitt Cancer Center & Research Institute 副教授、副研究员，1990年9月–1994年7月在中国人民解放军第二军医大学药学专业攻读本科，同时入伍；1994年9月–1999年6月，硕博连读于第二军医大学药物化学专业，导师是张万年教授；1999年7月–2002年2月在第二军医大学药物化学教研室工作；2002年2月－2006年8月在美国西北大学（Northwestern University）从事博士后工作，导师是Richard B. Silverman教授； 2008年1月－2010年6月被美国西北大学（Northwestern University）化学系聘为研究副教授（Research Associate Professor）；2010年7月被美国犹他大学（University of Utah） 化学系聘为终身制（tenure-track）助理教授（Assistant Professor），开始独立科学研究；2016年8月被H. Lee Moffitt Cancer Center & Research Institute聘为副教授、副研究员。季海涛已经发表科研论文80多篇，获得美国专利5个，正在申请的美国专利4个。论文引用超过2000多次，H影响因子26；作为课题独立负责人已有一项新药转让给美国药厂。

季海涛

http://www.x-mol.com/university/faculty/41634

课题组主页

http://labpages2.moffitt.org/ji

科研思路分析

Q：这项研究的最初目的是什么？或者说想法是怎么产生的？

A：作为一个从事基于细胞的药物化学和化学生物学的科研人员，有一个重要问题常常困惑着我：基于蛋白测定的生物活性结果和基于细胞测定的生物活性结果相差很大，常常认为是因为化合物具有很低的细胞透膜性。事实上，在细胞实验中，化合物的细胞活性数据往往受以下条件影响：（1）化合物的水溶性；（2）化合物和细胞培养液里的血清蛋白结合率；（3）化合物和细胞培养瓶、细胞膜外蛋白、基质以及细胞膜的非特异性结合；（4）化合物生物转化为活性或无活性的代谢产物。同时，细胞生物活性的高低取决于活性数据收集的时间点和采用的起始加药浓度。因此，测定化合物的细胞生物度对于正确解读化合物细胞的化学生物学活性数据至关重要。但是，该领域还缺乏一个可靠和通用性强的方法。

Q：研究过程中遇到的最大挑战在哪里？

A：设计对照实验来精确测定化合物细胞内的浓度。

Q：本项研究成果最有可能的重要应用有哪些？哪些领域的企业或研究机构最有可能从本项成果中获得帮助？

A：该方法能够精确测定活性化合物的细胞内浓度，可以用于测定化合物和细胞培养液里的血清蛋白结合率，化合物和细胞培养瓶、细胞外蛋白、基质以及细胞膜的非特异性结合， 化合物细胞内浓度的时间依赖性、剂量依赖性以及细胞内外的稳定性和透膜性，还可以揭示化合物细胞内的稳定动力学。除此之外，该方法还能够用于研究化合物的中子结构以及化学官能团和细胞实验中非特异性结合的结构–结合的关系。该技术具有可靠性强和通用性强的特点。采用细胞模型研究化合物结构–活性关系的药物研发企业和研究机构都能很轻松地使用这项技术。