Crocin

药物与靶标相互作用的精准分析是药物发现、药效评价和机制解析的核心关键环节。随着药物发现的精度从宏观功能评价深入到靶标中单氨基酸残基位点尺度的精细识别，如何在高度仿生的动态微环境中，实现对复杂多次跨膜蛋白靶标（如 GPCR、离子通道等）的靶向药物高效筛选和结合位点的原位、高分辨率解析，已成为当前新药创制领域公认的核心技术难题。面对多次跨膜蛋白构象易失活、生理环境难以模拟等瓶颈，构建一种既能保持靶点天然功能属性，又能提供亚细胞尺度分析维度的研究方法，对于提升创新药研发的确定性与特异性具有深远的意义。 近日，海军军医大学药学院陈啸飞/韩婷/刘悦团队开发了一种具有变革意义的平台技术 —— 仿生跨膜蛋白原位合成生物色谱（iSTAC），通过整合无细胞蛋白合成、功能化介孔二氧化硅以及两亲性肽稳定的平面脂质双层等技术方法，高度还原了多次跨膜蛋白在天然膜环境下的关键生物理化特性，为药物-靶标互作的位点尺度精准原位分析提供了关键技术支撑，显著提升了靶向药物发现与结合位点解析的效率和精度。相关工作以「Engineered Subcellular Transmembrane Protein Biomimetic Platform for in situ Drug Discovery」发表于国际顶尖期刊 Advanced Functional Materials（IF = 19.0）上。 iSTAC 旨在攻克传统跨膜蛋白药物筛选方法中的关键局限性。该技术利用 PEG-24 交联剂将脂质双层系留于硅胶表面，为跨膜蛋白预留足够的构象动态空间，并引入两亲性肽修复膜缺陷，随后，利用无细胞合成技术在仿生膜固定相上完成目标蛋白的原位合成、构象折叠与定向嵌入。与传统的细胞膜亲和层析技术相比，iSTAC 将跨膜蛋白生物色谱的制备周期由 168 小时缩短至 5 小时，效率提升达 33.6 倍。通过无细胞合成与工程化固定策略，iSTAC 彻底排除了内源性蛋白的非特异性干扰，并赋予受体不同构象间的灵活转变，为精确识别变构调节剂或偏向型配体提供了理想的生理构象基础（图 1）。 图 1：iSTAC 设计思路与制备流程 iSTAC 的关键在于固定化化学策略的优化设计。通过对交联剂臂长与脂质组分的协同优化，研究确立了以 PEG-24 为交联剂、脂质比例为 80% DOPC 与 20% DOPE 的最优体系，从而最大限度地降低了多跨膜蛋白深层嵌入的空间阻力。这一策略在显著提升受体原位合成效率的同时，确保了配体与结合口袋在高度生理拟态环境下能够充分接触并完成构象拟合（图 2）。 图 2：不同臂长交联剂应用于 iSTAC 对于蛋白原位合成效率的考察和表征 为了能应用于复杂体系中的快速靶向筛选，研究团队将 iSTAC 与二维 LC-QTOF/MS 联用（图 3），精准捕捉到藏红花提取物表现出的特异性保留信号，精准鉴定出 Crocin I/II 为 5-HT1A 关键靶向成分。这一应用过程也验证了 iSTAC 在复杂基质中靶向筛选活性物质的高效率与高灵敏度。 图 3：iSTAC 成功应用于 5-HT1A 靶向配体化合物的高通量筛选鉴定 接下来，研究团队利用无细胞蛋白合成技术位点突变的灵活性，创新构建了定点突变 5-HT1A iSTAC 并结合分子动力学模拟，对筛选出的药物与靶标间结合模式进行单个氨基酸位点尺度验证与解析（图 4），精确锁定并证实了 N386 残基是药物识别并靶向激活受体的核心位点，以及 T196/S199 残基的关键协同作用。 图 4：iSTAC 精准揭示了药物-靶标相互作用的关键结合位点 此外，筛选出的靶向成分 Crocin I/II 在细胞及体内模型中均表现出显著的神经保护和抗失眠药效（图 5）。Crocin I/II 通过 5-HT1A 调节 cAMP/PKA/CREB 信号通路，具有抗氧化及神经保护作用。体内模型则表明它们能够调节 HPA 轴，恢复神经元结构，提高海马体中脑源性神经营养因子的表达，从而发挥抗失眠效果。 图 5：基于 iSTAC 筛选的 5-HT1A 靶向药物在细胞及体内实验中显示出良好的神经保护和抗失眠药效 综上所述，iSTAC 为药-靶互作提供了一种通用且可扩展的位点尺度原位分析工具，可广泛应用于各类表征尚不充分的多次跨膜蛋白靶标，如 GPCRs、离子通道和转运体等复杂跨膜蛋白。同时，iSTAC 也支持突变体及融合蛋白的高通量引入和筛选模型的快速建立，为变构调节剂筛选、生物传感器开发以及个性化药物发现开辟了新途径。通过将快速原位合成、仿生膜工程以及高分辨率亲和力筛选整合至一个定量且具生理相关性的平台中，iSTAC 不仅为深化药物-靶标互作精确位点和分子机制研究提供了有效策略，也为复杂跨膜蛋白精准靶向药物发现提供了有力的新技术平台。 原文链接： https://doi.org/10.1002/adfm.202530995 来源：课题组供稿 如需代发文章宣传、新闻稿、招聘等，请后台回复【学术】添加小编 我们长期为科研用户提供前沿资讯、实验方法、选品推荐等服务，并且组建了 70 多个不同领域的专业交流群，覆盖神经科学、肿瘤免疫、基因编辑、外泌体、类器官等领域，定期分享实验干货、文献解读等活动。 添加实验菌企微，回复【】中的序号，即可领取对应的资料包哦～ 【2401】论文写作干货资料（100 页） 【2402】国内重点实验室分子生物学实验方法汇总（60 页） 【2403】2024 最新最全影响因子（20000+ 期刊目录） 【2404】免疫学信号通路手册 【2405】PCR 实验 protocol 汇总 【2406】免疫荧光实验 protocol 合集 【2407】细胞培养手册 【2408】蛋白纯化实验手册 【2501】染色体分析方法汇总 【2502】国自然中标标书模板 【2503】WB 实验详解及常见问题解答 【2504】DeepSeek 论文写作常用口令 【2505】中国科学院期刊分区表（2025 年最新版） 【2506】期刊影响因子（2025 年最新版） 【2507】130 种实验室常用试剂配制方法（附全套资料） 【2508】常见信号通路    【2509】限制性核酸内切酶大全 转载须知 【非原创文章】「丁香学术」特邀稿件，作者授权发布。本内容著作权归作者所有， 欢迎个人转发分享。未经授权禁止转载，违者必究！

药物与靶标相互作用的精准分析是药物发现、药效评价和机制解析的核心关键环节。随着药物发现的精度从宏观功能评价深入到靶标中单氨基酸残基位点尺度的精细识别，如何在高度仿生的动态微环境中，实现对复杂多次跨膜蛋白靶标（如GPCR、离子通道等）的靶向药物高效筛选和结合位点的原位、高分辨率解析，已成为当前新药创制领域公认的核心技术难题。面对多次跨膜蛋白构象易失活、生理环境难以模拟等瓶颈，构建一种既能保持靶点天然功能属性，又能提供亚细胞尺度分析维度的研究方法，对于提升创新药研发的确定性与特异性具有深远的意义。 近日，海军军医大学药学院陈啸飞/韩婷/刘悦团队开发了一种具有变革意义的平台技术——仿生跨膜蛋白原位合成生物色谱（iSTAC），通过整合无细胞蛋白合成、功能化介孔二氧化硅以及两亲性肽稳定的平面脂质双层等技术方法，高度还原了多次跨膜蛋白在天然膜环境下的关键生物理化特性，为药物-靶标互作的位点尺度精准原位分析提供了关键技术支撑，显著提升了靶向药物发现与结合位点解析的效率和精度。相关工作以“Engineered Subcellular Transmembrane Protein Biomimetic Platform for in situ Drug Discovery”发表于国际顶尖期刊Advanced Functional Materials（IF=19.0）上。 iSTAC旨在攻克传统跨膜蛋白药物筛选方法中的关键局限性。该技术利用PEG-24交联剂将脂质双层系留于硅胶表面，为跨膜蛋白预留足够的构象动态空间，并引入两亲性肽修复膜缺陷，随后，利用无细胞合成技术在仿生膜固定相上完成目标蛋白的原位合成、构象折叠与定向嵌入。与传统的细胞膜亲和层析技术相比，iSTAC将跨膜蛋白生物色谱的制备周期由168小时缩短至5小时，效率提升达33.6倍。通过无细胞合成与工程化固定策略，iSTAC彻底排除了内源性蛋白的非特异性干扰，并赋予受体不同构象间的灵活转变，为精确识别变构调节剂或偏向型配体提供了理想的生理构象基础（图1）。图1：iSTAC设计思路与制备流程 iSTAC的关键在于固定化化学策略的优化设计。通过对交联剂臂长与脂质组分的协同优化，研究确立了以PEG-24为交联剂、脂质比例为80% DOPC与20% DOPE的最优体系，从而最大限度地降低了多跨膜蛋白深层嵌入的空间阻力。这一策略在显著提升受体原位合成效率的同时，确保了配体与结合口袋在高度生理拟态环境下能够充分接触并完成构象拟合（图2）。 图2：不同臂长交联剂应用于iSTAC对于蛋白原位合成效率的考察和表征 为了能应用于复杂体系中的快速靶向筛选，研究团队将iSTAC与二维LC-QTOF/MS联用（图3），精准捕捉到藏红花提取物表现出的特异性保留信号，精准鉴定出Crocin I/II为5-HT1A关键靶向成分。这一应用过程也验证了iSTAC在复杂基质中靶向筛选活性物质的高效率与高灵敏度。 图3：iSTAC成功应用于5-HT1A靶向配体化合物的高通量筛选鉴定 接下来，研究团队利用无细胞蛋白合成技术位点突变的灵活性，创新构建了定点突变5-HT1AiSTAC并结合分子动力学模拟，对筛选出的药物与靶标间结合模式进行单个氨基酸位点尺度验证与解析（图4），精确锁定并证实了N386残基是药物识别并靶向激活受体的核心位点，以及T196/S199残基的关键协同作用。 图4：iSTAC精准揭示了药物-靶标相互作用的关键结合位点 此外，筛选出的靶向成分CrocinI/II在细胞及体内模型中均表现出显著的神经保护和抗失眠药效（图5）。Crocin I/II通过5-HT1A调节cAMP/PKA/CREB信号通路，具有抗氧化及神经保护作用。体内模型则表明它们能够调节HPA轴，恢复神经元结构，提高海马体中脑源性神经营养因子的表达，从而发挥抗失眠效果。 图5：基于iSTAC筛选的5-HT1A靶向药物在细胞及体内实验中显示出良好的神经保护和抗失眠药效 综上所述，iSTAC为药-靶互作提供了一种通用且可扩展的位点尺度原位分析工具，可广泛应用于各类表征尚不充分的多次跨膜蛋白靶标，如GPCRs、离子通道和转运体等复杂跨膜蛋白。同时，iSTAC也支持突变体及融合蛋白的高通量引入和筛选模型的快速建立，为变构调节剂筛选、生物传感器开发以及个性化药物发现开辟了新途径。通过将快速原位合成、仿生膜工程以及高分辨率亲和力筛选整合至一个定量且具生理相关性的平台中，iSTAC不仅为深化药物-靶标互作精确位点和分子机制研究提供了有效策略，也为复杂跨膜蛋白精准靶向药物发现提供了有力的新技术平台。 原文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202530995 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↓