JACS：共价药物的高通量筛选

共价键结合的药物在药物发展史中做出了许多里程碑式的贡献，例如于1899年问世的消炎镇痛药阿司匹林，以及1928年研发出广谱抗菌药的盘尼西林。近年来，共价药物再次受到广泛关注。辉瑞推出的治疗SARS-CoV-2的口服药Paxlovid，其有效成分nirmatrelvir能够共价结合在病毒增值过程中发挥关键作用的Mpro 蛋白上，从而抑制病毒增值。安进公司也成功研发出针对肿瘤靶点KRASG12C的共价结合药物Sotorasib。与非共价结合药物相比，共价药物具有更高的选择性、更低的用药量，并能有效降低耐药性风险。

质谱作为一种高灵敏度和特异性的检测技术，已被广泛应用于共价药物的筛选。然而，传统的液相色谱-质谱（LC-MS）平台的分析速度仅能达到约4-5分钟一个样品，无法满足大量样品的筛选需求。为了解决这一问题，默沙东公司近期与SCIEX合作，利用高通量、高分辨的声波激发与质谱耦合技术（AEMS），实现了对Werner综合征解旋酶（WRN）共价结合物的高通量筛选。

图1. 利用AEMS技术进行高通量共价药物筛选的示意图。样品置于1536孔板中，并放置于AEMS系统中进行高分辨质谱的全蛋白分析。药物与目标蛋白结合的活性可以通过自动化数据处理软件进行表征。

筛选样品置于标准的1536孔板中，样品用量可以减少至3微升。约10,000个化合物结构可以在17.5小时内完成分析。该系统表现出极高的稳定性，药物与目标蛋白结合物的稳定性达到2-4%的CV值，Z'值达到0.8。 

图2. 利用AEMS技术进行高通量共价药物筛选的示例数据。共207个药物结构表现出与目标WRN蛋白的共价结合活性。整个筛选过程的Z’值为0.8.

作者共筛选出207个共价结合物，其中约75%展现出生物抑制活性。利用传统的LC-MS系统对这207个结构进行分析，其中约90%（184/207）得以确认。在未被LC-MS确认的23个结构中，有14个表现出生物抑制活性，展示了AEMS系统进一步筛选出传统方法错过的共价结合结构的潜力。

图3. 筛选结果的确认。约75 % (155/207)的共价结构表现出对于目标蛋白活性的抑制作用。约90% （184/207）的结构被LC-MS确认。未被LC-MS确认的结构中有14个表现出目标蛋白活性的抑制作用。

这一成果近期发表在Journal of the American Chemical  Society 上，默沙东定量生物学部的温秀娟和SCIEX研发部的刘畅为本文的共同通讯作者。

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High-Throughput Covalent Modifier Screening with Acoustic Ejection Mass Spectrometry

Xiujuan Wen*, Chang Liu*, Kiersten Tovar, Patrick Curran, Matthew Richards, Sony Agrawal, Richard Johnstone, Ryan E. Loy, Joey L. Methot, My Sam Mansueto, Markus Koglin, Mary Jo Wildey, Lyle Burton, Thomas R. Covey, Kevin P. Bateman, Michael Kavana, David G. McLaren

J. Am. Chem. Soc. 2024, 146, 19792–19799, DOI: 10.1021/jacs.4c02377

温秀娟简介

温秀娟在复旦大学获得化学学士学位。她拥有新加坡国立大学和亚利桑那大学的分析化学理学硕士学位。温秀娟于2007年加入先灵葆雅/默克公司，担任高通量筛选部门的科学家，负责应用高通量质谱技术支持药物发现。她的研究兴趣是使用各种质谱技术来推进药物的发现和开发。

刘畅简介

刘畅，2007年于北京大学取得化学学士，及经济学（双）学士学位， 2013于不列颠哥伦比亚大学获分析化学博士学位，2013年7月起就职于SCIEX研究部，历任副科学家，科学家，副研究员，研究员。

主要研究方向为基于质谱分析的自动化样品处理技术，质谱接口的研发，以及其在高通量药物研发中的应用。近年发表论文40余篇，包括Nat. Commun., ACS Cent. Sci., Anal. Chem. 等。研究成果曾被Nature, Science, ACS Central Science, Bioanalysis, F1000 等专题报道。获授权发明专利近20项。曾作为主席组织Pittcon 2018-2014 高通量质谱分析，亲和选择质谱，高通量蛋白分析等专题分会，以及ITP 2020 创新技术分会，并多次受邀在ASMS, SLAS, Pittcon, HPLC, HT-ADME, ITP 等国际会议做特邀报告。曾获2021生物分析杰出贡献奖（BOSCA 2021）, 2023美国华人质谱协会青年科学家奖（CASMS Young Investigator Award 2023），丹纳赫杰出创新奖，SCIEX年度发明奖，美国化学会分析化学研究生奖，加拿大化学会Ryan-Harris奖，国家优秀自费留学生奖学金等。