JND-5932

近年来，以编码和展示组合文库为基础的新药筛选技术，由于其筛选效率高、文库多样化程度高、所需资源少等优势，已发展成为新型药物发现的利器，已成为学术研究和新药研发行业的主流方法之一。澳门大学中华医药研究院李国栋助理教授、王一涛教授联合暨南大学药学院张章副教授在《药学学报》英文刊（Acta Pharmaceutica Sinica B）发表题为“Encoding and display technologies for combinatorial libraries in drug discovery: The coming of age from biology to therapy”的综述论文。药物发现是一项复杂而艰巨的任务，然而近年来，以编码和显示技术为基础的组合文库正逐渐成为新药发现的利器。与传统的基于生物活性的筛选方法相比，这类技术呈现出筛选效率高、文库多样化、所需资源最小化等优势，并涵盖从小分子抑制剂、非肽大环化合物到线性、单环和双环肽以及抗体等临床潜力药物的发现，为药物研发注入新的活力。该类技术筛选发现的经典药物例如阿达木单抗（抗肿瘤坏死因子α的抗体），贝利木单抗（抗B淋巴细胞刺激剂的抗体）及曲罗芦单抗（抗白细胞介素13抗体）等均已被批准上市使用。“组学”技术的出现通过提供将表型与基因型联系起来，包括噬菌体、核糖体、mRNA和酵母展示等展示技术，极大地促进了药物筛选。这些技术促进了分子与其相应遗传信息之间的物理连接，从而简化了识别过程。噬菌体展示是将外源DNA片段插入噬菌体外壳蛋白编码基因中，从而在噬菌体表面产生表达的杂合融合蛋白。因此，噬菌体展示的肽或蛋白质文库与其编码核酸物理连接，通过体外淘选和扩增的迭代轮次以及随后的DNA测序，促进结合配体的选择。该技术通过表面展示将基因型与表型直接联系在抗体研究、药物筛选、酶活性评估、蛋白质折叠和稳定性测试以及功能基因组和蛋白质组研究中特别有价值。核糖体展示涉及对文库插入片段以及连接载体的侧翼区域进行聚合酶链反应（PCR）扩增，以便在体外转录成mRNA。核糖体展示受益于不受细胞过程的影响，例如蛋白水解或来自库成员的潜在细胞毒性。该技术已广泛应用于筛选抗体、抗体片段和蛋白质突变体。mRNA展示是一种体外肽选择技术，它将肽与核酸标签（编码mRNA）共价连接，可以进行PCR扩增和测序。与核糖体展示相比，mRNA展示在各种条件下都更加稳健，因为它不需要复杂的稳定条件，因此不会与其他复杂成分发生不可预测的相互作用。mRNA展示在从合成和天然文库中选择高亲和力分子用于药物发现、分子相互作用研究和生物过程阐明方面已广受欢迎。酵母表面展示（YSD）是蛋白质工程和多种文库筛选中广泛使用的方法。YSD涉及在酵母细胞表面呈现由DNA文库编码的外源蛋白质。在YSD中，酿酒酵母表面的目标蛋白表达为与酵母交配蛋白α-凝集素Aga2亚基的N端或C端融合体。外源蛋白通过表面锚定系统框内表达，例如N端融合锚定蛋白、α-凝集素展示系统或Flo1p展示系统。这些锚定蛋白位于细胞壁的外部，使外源蛋白易于与配体相互作用。由于采用真核表达系统，复杂的真核蛋白可以在YSD中表达和折叠，并且其结构和效率不受异源蛋白的影响。该技术主要用于药物发现，以识别功能蛋白、突变体、抗原和抗体。 编码文库技术，例如一珠一物（OBOC）文库、DNA编码化学文库（DEL）、PNA编码化学文库和肽编码化学文库（PEL），通过维持目标和编码物质之间的物理联系，与展示技术有相似之处。与利用生物机制进化大型肽和拟肽文库的展示技术相比，编码文库技术可以访问更大的化学空间。候选抗炎药物GSK 2982772是通过使用DEL开发的临床药物的典型例子。OBOC组合文库方法需要合成数百万种随机化合物，以便每个珠子呈现单一化合物。通过采用“分离-混合”合成程序，可以创建肽或化学库，其中每个珠子专门呈现单个化合物实体。与噬菌体展示文库等生物文库相比，OBOC文库拥有更广泛的组件和结构可能性。OBOC不仅允许天然氨基酸，还允许文库中的其他化学实体，例如放射性同位素、荧光染料和D-氨基酸。此外，特定的肽结构（如线性、支化和大环肽）可以集成到OBOC库中。DEL技术是一种有效的小分子发现方法。DEL通过使用DNA标签作为可放大的识别条形码，将合成化学型（化合物）与基因型（DNA标签）关联起来，从而使整个文库能够作为单一混合物进行合成、处理和选择。DNA分子的高编码能力和扩增性使得DEL的选择能够在极小的范围内（每个化合物大约1 amol）进行选择，从而克服了传统高通量筛选方法固有的通量限制。此外，随着DEL兼容反应的发展，DEL能够探索比生物展示库更广泛的化学空间。迄今为止，已确定三种主要类型的DEL：单药效团（ss-DEL）、双药效团（ds-DEL）和三药效团DEL（t-DEL）。PNA是一种与DNA牢固结合的DNA类似物，理论上可以通过与有组织的DNA微阵列进行序列特异性杂交来解码PNA文库。PNA编码利用传统的SPPS，提高了与文库合成的兼容性。PNA表现出比DNA更强的化学和生物降解抵抗力。PNA编码因其与标准固相合成的兼容性而闻名，并已用于生成肽、杂环化合物和糖复合物文库。PEL基于分子编码可以在具有至少两个可区分单体的任何聚合物中实现的想法实现。肽作为生物聚合物，其氨基酸序列用作解码的信息载体，可用于靶标发现。与常用的DNA相比，肽在各种反应条件下具有优异的化学稳定性和相容性，并且可以通过固相合成有效制备，使其特别适合编码小分子合成。编码和展示技术极大地促进了临床药物的快速有效发现。该论文系统探究了基于编码和展示组合文库为基础的药物筛选技术的特点，对编码和展示技术组合文库在药物研发中的应用进行总结与概括，依次重点阐述了噬菌体展示、核糖体展示、mRNA展示、酵母细胞展示、一珠一化合物、DNA编码、肽核酸编码、和新型肽编码文库技术的发展历史、优缺点和应用前景，并涵盖从小分子抑制剂、非肽大环化合物到线性、单环和双环肽以及抗体等临床潜力药物的发现及临床前和临床转化的实例（具体请阅读原文），为新药高效筛选工作提供重要指导。此外，揭示并探讨了该类技术在药物发现面临的挑战和未来前景，包括筛选库的规模、技术的优缺点、临床转化潜力和市场空间等，为科学研究和临床药物研发提供重要参考。澳门大学中药质量研究国家重点实验室（澳大）澳门中药研发中心的李国栋研究助理教授、王一涛讲座教授及暨南大学药学院张章副教授为论文的通讯作者，澳门大学中华医药研究院的研究助理范宇和研究助理教授冯瑞冰博士为论文的共同第一作者。该工作得到了澳门大学张庆文副教授、余华副教授、钟章锋博士等合作人员的协助。该论文得到国家自然科学基金、澳门科学技术发展基金、广东省基础与应用基础研究基金、深港澳科技计划项目（C类项目）以及澳门大学基金的资助。 Yu Fan, Ruibing Feng, Xinya Zhang, Zhen-Liang Wang, Feng Xiong, Shuihua Zhang, Zhang-Feng Zhong, Hua Yu, Qing-Wen Zhang, Zhang Zhang*, Yitao Wang*, Guodong Li*. Encoding and display technologies for combinatorial libraries in drug discovery: The coming of age from biology to therapy.Acta Pharm Sin B 2024. https://doi.org/10.1016/j.apsb.2024.04.006作者简介：李国栋，澳门大学中华医药研究院中药质量研究国家重点实验室李国栋研究助理教授，澳门濠江博士后（A类）获得者，入选国家工信部人才计划，主持及参与国家自然科学基金青年科学基金、澳门科学技术发展基金、广东省基础与应用基础研究基金、国家自然科学基金海外及港澳学者合作研究基金、澳门大学校内研究基金等十几项。致力于生物药物、生物传感检测技术开发和高通量药物筛选研究，为疾病的精准高效诊治提供新策略、新途径和治疗新药物。目前共发表论文50多篇，其中以第一作者在Nature子刊等杂志上发表论文20余篇。担任国家自然科学基金与广东省基金评审专家，并担任多个国际期刊的编委及青年编委，包括《BMC Biotechnology》、《Acta Materia Medica》等。王一涛，澳门大学讲座教授，澳门大学中药质量研究国家重点实验室创始主任，博士生导师，首个国家973中医药项目首席科学家，澳门大学中华医药研究院创院院长，中国中医科学院首批首席研究员，北京大学医药管理国际研究中心主任，北大-澳大中医药创新研究院院长，清华大学金融学院兼任教授，中华创新药物联合研究中心（北大、台大、港大和澳大四校共建）联席主任兼秘书长，全球顶级SCI中华医药学报CHINESE MEDICINE主编，国务院联防联控小组中医处方筛查副组长，国家药典委员会顾问（境外唯一顾问），澳门特别行政区经济发展委员会委员、中成药审评专家顾问委员会成员等。发表SCI论文550余篇，被引27,142余次，h-Index 85，专利23项，主编专著10余部，全球高被引科学家、2%全球顶级科学家。国务院特殊津贴专家、澳门教育功绩勋章、澳门专业功绩勋章。国家科技进步二等奖、澳门科技奖等10余项。张章，暨南大学药学院药物化学生物学研究所副研究员，博士生导师，暨南大学双百英才杰出人才，主持国家重点研发计划、国家自然科学基金面上项目、广东省重点研发计划、广州市基础与应用基础研究项目等课题10余项。致力于小分子靶向抗肿瘤药物的发现、评价、机制研究以及活性分子新靶标发现研究。作为主要完成人研发的中国首个原创三代ABL抑制剂GZD824（奥雷巴替尼）于2021年11月25日被NMPA附条件批准上市，30134处于中澳I期临床研究阶段，JND5932处于中美I期临床研究阶段。在Cancer Letters，Journal of Medicinal Chemistry等SCI期刊发表论文60余篇，其中一作/通讯作者论文40余篇；申请中国发明专利40余项、PCT专利10余项。曾获广东省科技进步二等奖（2016年），广州市科技进步一等奖（2015年）等荣誉。冯瑞冰，澳门大学中华医学研究院中药质量研究国家重点实验室研究助理教授。近年来致力于中药用于肝脏疾病如肝炎、肝硬化等的作用靶点及机制研究，包括细胞、组织和动物中生物分子的活性评估和监测。范宇，澳门大学中华医药研究院的研究助理，暨南大学药学院医学硕士。主要研究方向为高通量药物筛选、成药性研究及生物医药。致力于构建DNA编码化合物库实现中药小分子的筛选及相关疾病机制研究。声明：发表/转载本文仅仅是出于传播信息的需要，并不意味着代表本公众号观点或证实其内容的真实性。据此内容作出的任何判断，后果自负。若有侵权，告知必删！长按关注本公众号   粉丝群/投稿/授权/广告等请联系公众号助手 觉得本文好看，请点这里↓