上海睿智提供基于片段筛选(FBS)的服务，加速先导化合物的发现
作者：Dr. Kevin Greenman, 上海睿智化学研究有限公司高级研究员
在寻找新的化学物质来结合生物靶点时，基于片段的筛选（FBS）比传统的高通量筛选（HTS）具有更多的优势。该方法成功推进越来越多的分子顺利进入临床试验。从药物化学家的角度来看，相比于HTS筛选的不确定性，FBS可以更快地确定可行性的先导化合物。得到的优选化合物倾向于具有更高的质量，表现出更低的亲脂性和更低的分子量。 FBS可以更快地搜索更广泛的化学空间，需要的化合物数量更少，蛋白质消耗量更少，总体成本更低。这些优势使其极具吸引力。与生物物理和生物化学方法的恰当结合，可以在早期阶段消除可能的假阳性来简化验证过程。
选择FBS方法需要考虑的另一个因素是多种筛选方法的可行性。作为最普遍的方法，NMR筛选是一种用于鉴定靶标结合片段的高效且通用的工具。即使在NMR范例内，不同的检测方法（例如CPMG,STD,waterLOGSY等）也易受不同假阳性的影响，通过交集提高甄别结合片段的准确性。其他方法，如MST，DSF和SPR; 通常用作基础筛选工具和下游验证方法。理想情况下，会设计一个完整的流程验证核磁方法筛选得到的与靶标蛋白结合的片段。根据我的经验，最成功的实施方案是由SPR验证NMR筛选。
上海睿智在应用FBS时，为合作伙伴整合了所有优势、功能的研发工具。 FBS工具集的一个关键组件就是片段库。我们构建了一个涵盖三个方面的片段库：
- 基于专业知识由合成化学家独特设计的片段；
- 从FDA批准的药物结构中提取的片段；
- 从市售的片段库中选择的片段。
生成的库提供了一组独特的片段结构，整体属性分布可以找到高质量的潜在优选化合物。从该库中，我们已成功地针对多种靶蛋白鉴定了先导化合物，如烟酰胺磷酸核糖转移酶（NAMPT）的案例研究所示。
烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD）是所有活细胞中必需的一个辅因子。NAD主要参与细胞代谢过程中的氧化还原反应。同时，NAD也是很多重要的酶反应的底物：比如涉及到DNA损伤识别和修复的PARP；涉及到钙流和第二信使的ADP核糖环化酶；涉及到转录调控的去乙酰化酶Sirtuins，等等。细胞可以通过两种途径获得NAD：用氨基酸开始从头合成途径(de novo synthesis)和从回收烟酰胺开始补救途径(salvage pathway)。烟酰胺磷酸核糖转移酶(nicotinamide phosphoribosyl transferase，NAMPT)
是负责催化补救途径中最初两步反应的酶。NAD代谢的广泛的生理作用为一系列的疾病提供了大量的治疗的机会和可能性。其中特别的是癌细胞对补救途径的中断和抑制显示出了更高的敏感性。
早期的小分子NAMPT抑制剂是从烟酰胺本身获得灵感。这些底物抑制剂中的每一种亲核氮被NAMPT磷酸化。虽然在体外和动物肿瘤模型中均有效，但FK866和GMX1778的人体临床试验证明是失败的。口服生物利用度差且可变，加上短血浆半衰期，FK866和GMX1777必须使用静脉注射给药。功效不足是可以在靶标有效结合不好而得到预见的，大大提前于毒性诱导剂量的发现[6]。随后的工作确定了作为底物吡啶亲核基团是CYP2C9持有持久有效抑制活性的关键。
通过从上海睿智较大的片段文库中选择的一千个成员子集，利用基于配体的核磁方法对NAMPT进行片段筛选。其中，在去卷积和验证后，发现了超过20种新的结合片段。随后获得的X射线晶体结构显示一些片段结合在活性位点，而其他片段结合蛋白质的不同区域。具体来说，化合物0048与烟酰胺中存在的共同亲核吡啶基序共享，并以相似的方向结合。相反，片段0149,0299和0282缺乏该基序并在其他地方结合。计算机模型表明，这些区域中的氢键和π-堆积相互作用解释了片段-蛋白质相互作用。每个片段的独特结合模式和化学结构说明了FBS方法如何快速为新药发现筛选出新的起点。
NAMPT项目大部分工作由结构生物学团队完成，包括样品制备，实验条件优化，实验设计，去卷积及数据分析，单分子验证(STD & Wlogsy)，晶体结构解析。同时和生物大分子部门合作进行SPR后期验证，和前期高通量FBS筛选工作。
联系方式: 了解更多详细信息，请联系：USA@CHEMPARTNER.COM
【关于作者】：
Dr. Kevin Greenman 是上海睿智化学研究有限公司位于南旧金山实验室的高级研究员。他拥有超过14年的药物化学经验，涉及多个治疗领域，包括免疫学和肿瘤学。他领导的项目从早期发现到候选药物提名，其关注方向已拓展到实验方法开发、靶点验证和新的先导化合物生成技术。