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虽然最近生物制药进入一个相对低谷期，但是新技术、新策略还是层出不穷、令人眼花缭乱。今天就梳理一下新药的主要前沿和背后的底层逻辑。 人体是个高度有序的复杂系统，有序系统变为混乱状态的动力很大（对于人体就是发生疾病），这是热力学规律、也与吃五谷杂粮就难免得病的生活常识一致。复杂系统从混乱恢复到有序难度很大，当这个系统是人的时候还涉及伦理问题。复原人体健康状态理论上可以在系统和零件水平实现，早期的药物发现依靠优质先导物，通过简单的化学修饰优化成药性质，比如水杨酸乙酰化后得到阿司匹林。但优质先导物并不多见、而神农尝百草的先导物发现模式在经济上伦理上都不现实，所以现代药物发现更多的是依靠以生物学靶点为基础的所谓理性药物设计。制药业搭建了一系列简化但失真的模型用于筛选优化药物。这显然不是理想模式、但是一个理想的折中模式。 高端食材只需要朴素烹饪 优质靶点在新药发现中的价值无可比拟，很多新技术出现的深层原因都是因为优质靶点发现太难。优质靶点如同优质食材，怎么做都好吃、并不一定需要复杂烹饪技术。比如PCSK9不仅已经有抗体、RNAi药物上市，小分子、基因编辑药物也在研发中。二甲双胍、阿司匹林这样神药你都不好意思说是优化来的，似乎没有用到任何药物设计技能。PD1、GLP1这样优质靶点也只需相对简单的单抗或多肽技术就可以成为超重磅药物。 遗憾的是这样优质靶点不仅罕见、而且非常难找（这也是罕见的原因之一）。无论有多少资源、多牛团队，寻找优质靶点都是个靠天吃饭的行当。这也是没有任何一家药厂能持续发现首创重磅药物的原因，基本上大家轮流坐庄。大药厂虽然也投入重金寻找新靶点，但小型生物技术公司越来越成为探索新靶点的主力军。 寻找新靶点依然是、也永远会是新药创新的一个主要前沿。 药物设计的煎炒烹炸术 优质靶点十分少见，但有些本来成药性较差的靶点在新技术的加持下是可能产生重磅药物的。多数新技术的本质是把多个功能整合到一个药物分子或组合中，如同足球比赛球员个人能力比较差的时候可以通过与队友的协同配合实现局部优势。其中一大类是多功能分子，如以ADC为代表的偶联药物、以PROTAC为代表的蛋白降解药物、以双抗为代表的分子链接器等。另一个思路是在核酸水平调控蛋白表达和功能，比如RNAi、ASO、mRNA疗法和基因疗法以及各种基因编辑技术。 偶联药物是现在一个主要前沿。以ADC为例，现在用的弹头都能抑制细胞分裂或损伤DNA，攻击的是所有细胞最核心功能和机构。别说正常人体细胞受不了，连寄生在人体的细菌都扛不住、化疗会经常造成患者菌群失调。但是通过抗体的靶向递送和缓释技术扶持，这些本来没有治疗窗口的药物可以实现一些治疗窗口，大大扩大了成药靶点空间。ADC可以看作是三功能分子，抗体负责药物分布和体内滞留时间、链接子决定在哪里释放毒素、毒素本身则负责杀伤。 双特异抗体也可看做是三功能分子，如果Fc有功能的话。可变区可以分别与两个抗原结合，即可以通过avidity效应实现更高选择性，也可以起到分子链接器作用把两类在正常生理环境下不在一起的细胞拉到一起形成全新的通信突触、比如TCE，Fc区域则与免疫细胞结合介导免疫杀伤。双抗ADC则看作是四功能分子，也是一个前沿。 PROTAC可以看作是细胞内的双特异分子，实现的功能也与传统抑制剂不同、可以降解目标分子。这就不仅局限在抑制靶点的某个功能，而是会将蛋白彻底清除、因此也就消除了这个蛋白所有已知和未知的功能，效果也与靶点验证所用的基因敲除、敲低技术更加一致。分子胶也是把两个素不相识的蛋白拉到一起，但比PROTAC更加微妙、分子的成药性也更好。还有几个其它TAC降解技术，总的理念是一样的、但利用的降解系统各不相同。 多功能也可以通过药物组合实现，比如刚刚上市的精分药物Cobenfy是一个中枢蕈毒胆碱受体M1/M4双激动剂xanomeline和外周胆碱受体拮抗剂曲司氯铵的复方组合。毒胆碱受体是个与精分相关的靶点、但在外周被激活会产生严重胃肠道副作用，仅在外周分布的曲司氯铵可以缓解这个副作用而不干扰中枢的治疗效果。这个设计与卡比多巴/左旋多巴组合设计类似，也是利用一个组分不能进入中枢而选择性减少外周毒副作用。另一类组合思路是利用一个辅助药物调节主药的代谢，比如新冠药物Paxlovid利用Cyp3抑制剂保护主药3CL抑制剂不被代谢。这本来就是抄艾滋病药物组合的作业，类似思路在更早的抗菌素组合（青霉素+内酰胺酶抑制剂）也有应用。更复杂的组合是利用一个组分弥补另一个组分的药理学瑕疵，比如Alkermes的抗抑郁组合ALKS5461。这好比残运会盲人短跑运动员配备一个正常视力的领跑员、二者需要非常精准的配合，目前成功的案例不多。 人工智能与人工健康 药物治疗可以认为是人工健康，因为自身恢复速度太慢或根本不可能。最近两年生成式AI在各个领域都产生深远影响，也不可避免地进入了新药设计。但是新药领域的数据质量参差不齐，很多优质数据没有发表，甚至很多tacit knowledge根本没有形成任何书面文件、完全储存在老师傅脑袋里，这对AI模型建立是个非常根本的障碍。新药设计不是一个优质信息太多人脑无法处理的问题，而是劣质信息太多需要经验有效剔除的问题。因此AI颠覆新药设计的难度要高于其它领域，但AI进入新药发现绝对是一个重要前沿。 小结 新药发现的最前沿是发现优质新靶点，但因为找到可成药靶点难度和投入都很大，所以也有大量资源投入到用各种能把乙组靶点变成可成药靶点的新技术开发上。这基本就是新药前沿的底层逻辑。

引言 线粒体是造血干细胞(HSC)稳态的关键调节因子。2024年7月1日，重庆医科大学基础医学院的侯宇教授团队联合陆军军医大学军事预防医学院王军平教授以及重庆医科大学附属儿童医院血液肿瘤科窦颖教授团队在Cell Stem Cell 在线发表题为“Nynrin preserves hematopoietic stem cell function by inhibiting the mitochondrial permeability transition pore opening”的研究论文，该研究发现转录因子Nynrin是通过调节线粒体功能来维持HSC的关键调节因子。在稳态和应激条件下，Nynrin均在HSCs中高表达。敲除Nynrin减少HSC频率、休眠和自我更新，线粒体功能障碍增加，表现为mPTP开放异常、线粒体肿胀和ROS水平升高。这些变化降低了HSC的辐射耐受性，促进了坏死样表型。 HSCs中Nynrin的过表达降低了辐照(IR)诱导的致死率。Nynrin的缺失激活Ppif，导致亲环蛋白D (CypD)的过度表达和进一步的线粒体功能障碍。Ppif单倍不足或CypD药理学抑制等策略可显著减轻这些影响，恢复Nynrin缺陷小鼠的HSC功能。本研究确定了Nynrin是造血干细胞线粒体功能的关键调节因子，强调了在癌症治疗期间保持干细胞活力的潜在治疗靶点。 传统盆腔放射治疗是晚期宫颈癌和直肠癌的重要治疗方式。然而，它无意中包含了造血干细胞(HSCs)丰富的区域，如髋部、骶骨、股骨近端和下腰椎。照射这些富含造血干细胞的区域通常会导致明显的血液学毒性。它具有中断治疗连续性和对患者预后产生负面影响的重大风险。虽然RT诱导的毒性的临床表现，如全血细胞减少症和骨髓(BM)衰竭，已经有很好的文献记载，但CD34+ HSC的比例显著下降，严重影响HSC的稳态。尽管有许多关于这些影响的报道，但RT损伤HSCs的潜在机制需要进一步研究。揭示这些机制对于开发保护HSC活力和功能的干预措施至关重要。 造血干细胞是维持终身造血的关键，在稳态条件下表现出显著的多功能性，并对血液学应激作出反应。造血干细胞通常存在于骨髓的低氧微环境中，主要保持静止状态，很少进入细胞周期以保持干细胞池的完整性。这种静止状态对于防止干细胞储备过早耗尽至关重要。然而，在血液学应激条件下，造血干细胞被迫退出这种休眠状态，启动活跃的细胞分裂来补充和稳定造血系统。 造血干细胞的静息维持和细胞周期进入的调控是由造血干细胞内的各种细胞器复杂地控制的。线粒体在决定造血干细胞的命运方面起着多方面的作用。线粒体膜电位(MMP)的变化是自我更新或分化决策的关键。传统上，研究报道造血干细胞具有低MMP和低线粒体质量。然而，越来越多的证据表明，在存在外源外排泵抑制剂的情况下，造血干细胞比正常骨髓人群表现出更高的线粒体质量和MMP。此外，质量和电位的升高与干细胞功能的增强有关。 文章模式图（Credit: Cell Stem Cell） MMP在衰老的HSC中较低，这与HSC功能下降、整体转录率下降和细胞内活性氧(ROS)水平升高有关。来自老年小鼠的HSCs对于MMP是异质的，来自老年小鼠的MMPhigh HSCs具有年轻样的转录和功能特征，并且年龄相关基因在MMPlow HSCs中几乎完全上调。刺激IGF1可以恢复衰老HSC中减少的MMP和线粒体活性，使衰老HSC表型恢复活力。这些发现表明MMP水平与造血干细胞的功能能力密切相关。 在造血干细胞中保留低ROS水平对于维持静止和防止细胞过早分化至关重要。遗传学研究表明，删除关键的调控基因，如Lkb1、Bid和Mortalin，会导致ROS升高，随后失去HSC的静止，以及向氧化磷酸化(OXPHOS)的代谢转变。这种代谢改变与HSC池减少密切相关，强调了调节ROS以维持HSC完整性和寿命的必要性。 新出现的证据表明，线粒体通透性过渡孔(mPTP)是ROS从线粒体转运到细胞质的通道，从而影响造血干细胞的命运。mPTP打开的频率和持续时间与ROS产生增加、电子泄漏和MMP减少相关，共同促进细胞凋亡。值得注意的是，mPTP的关键成分亲环蛋白D的过度表达可诱导线粒体肿胀并导致自发细胞坏死。相反，抑制mPTP活性已被证明可以减轻TAR DNA结合蛋白43 (TDP-43)诱导的线粒体DNA (mtDNA)释放，这是激活环鸟苷单磷酸(GMP) -腺苷单磷酸(AMP)合成酶(cGAS) -干扰素基因刺激因子(STING)途径的必要步骤，并防止神经元死亡。Mantel等强调了mPTP在HSC维持中的重要意义，表明其抑制可以防止额外生理性氧休克/应激(EPHOSS)，从而提高HSC采集效率和移植效果。此外，在辐照胁迫下，造血干细胞表现出MMP的显著降低和mPTP活性的增加。这些应激反应强调了mPTP在胁迫下细胞命运决定中的作用。然而，这一过程的潜在机制仍有待充分阐明。 本研究强调了Nynrin基因在介导mPTP打开、MMP调控和ROS控制中是一个关键的调控因子。Nynrin的表达对辐照有明显的反应，提示其在应激反应中起作用。通过生成Nynrin-EGFP、条件敲除(CKO)和敲入小鼠模型，该研究已经确定了Nynrin在血液系统中的关键功能。该研究结果表明，Nynrin是HSC功能的关键调节因子，主要抑制mPTP开放，这对于维持HSC抵抗辐射诱导的细胞损伤和恢复能力至关重要。 参考文献 https://doi.org/10.1016/j.stem.2024.06.007 责编|探索君 排版|探索君 文章来源|“iNature” End 往期精选 围观 一文读透细胞死亡(Cell Death) | 24年Cell重磅综述（长文收藏版） 热文 Cell | 是什么决定了细胞的大小？ 热文 Nature | 2024年值得关注的七项技术 热文 Nature | 自身免疫性疾病能被治愈吗？科学家们终于看到了希望 热文 CRISPR技术进化史 | 24年Cell综述

Researchers have discovered that the enzyme cyclophilin A, which is produced in large amounts in hematopoietic stem cells, is key for these cells to retain their regenerative potential and avert the effects of aging via an unexpected mechanism. Nothing lives forever, but compared to other cells in the body, hematopoietic stem cells (HSCs) are remarkably long-lived. HSCs are blood-forming cells -- they give rise to rapidly dividing progenitor cells, which in turn generate hundreds of billions of cells to fulfill the daily demand of oxygen-delivering red blood cells, disease-fighting white blood cells and clot-forming platelets. HSCs typically remain dormant within the bone marrow, yet they possess the ability to activate and replenish blood cells continuously, maintaining a relatively youthful pro the life of an organism. What is the secret of long-lived HSCs that wards off the effects of aging? A team led by researchers at Baylor College of Medicine revealed in Nature Cell Biology that the enzyme cyclophilin A, which is produced in large amounts in HSCs, is key for these cells to retain their regenerative potential and avert the effects of aging. Long live the stem cells! "A driving force of cellular aging is the accumulation of proteins that have reached the end of their useful life," said corresponding author Dr. André Catic, assistant professor and CPRIT Scholar in Cancer Research in the Huffington Center on Aging at Baylor. "With age, proteins tend to misfold, aggregate and accumulate inside the cell, which leads to toxic stress that can disrupt cell function." Cells that frequently engage in cell division, like progenitor cells, can dispose of protein aggregates through dilution. On the other hand, long-lived HSCs, which do not divide often, face the problem of the accumulation of misfolded proteins and subsequent toxic stress. Nevertheless, HSCs remain impervious to aging. How do they do it? "Understanding the molecular mechanisms that contribute to HSC aging not only contributes to the field of normal HSC biology, but also may have significant clinical relevance for cancer treatment," said co-first author of the work, Dr. Lauren Maneix, who was at the Catic lab while working on this project. Molecular chaperones at work Previous studies have shown that mammalian cells express several hundreds of molecular chaperones, proteins that preserve or change the three-dimensional conformation of existing proteins. Cyclophilins, one of the most abundant chaperones, have been implicated in the aging process. However, how they affect cellular proteins has not previously been studied. Working with mice, the researchers first characterized the protein content of HSCs and discovered that cyclophilin A is a prevalent chaperone. Further experiments showed that the expression of cyclophilin A was significantly decreased in aged HSCs, and genetically eliminating cyclophilin A accelerated natural aging in the stem cell compartment. In contrast, reintroducing cyclophilin A into aged HSCs enhanced their function. Together, these findings support cyclophilin A as a key factor in the longevity of HSCs. Connecting cyclophilin A, intrinsically disordered proteins and HSC longevity Next, the team investigated the proteins with which cyclophilin A interacts, preserving their stability. "We found that proteins enriched in intrinsically disordered regions are frequent targets of the chaperone," Catic said. Intrinsically disordered proteins naturally change their 3-D conformation to interact with different proteins, nucleic acids or other molecules. Consequently, proteins rich in intrinsically disordered regions regulate many cellular processes by promoting specific activities between molecules. "Due to their flexible nature, intrinsically disordered proteins are inherently prone to aggregation. Cyclophilin A supports these proteins in fulfilling their functions and simultaneously prevents them from clumping," Catic said. Furthermore, the findings suggest that cyclophilin A interacts with intrinsically disordered proteins from the moment of their synthesis. "As these proteins are being made, cyclophilin A makes sure they keep the appropriate conformations and are maintained at sufficient levels," Catic said. "Genetic depletion of cyclophilin A results in stem cells distinctively lacking intrinsically disordered proteins." "For the first time, our study showed that producing disordered proteins and maintaining the structural diversity of the proteins in a cell plays a role in HSC aging," Maneix said. Co-first author Polina Iakova, Charles G. Lee, Shannon E. Moree, Xuan Lu, Gandhar K. Datar, Cedric T. Hill, Eric Spooner, Jordon C. K. King, David B. Sykes, Borja Saez, Bruno Di Stefano, Xi Chen, Daniela S. Krause, Ergun Sahin, Francis T. F. Tsai, Margaret A. Goodell, Bradford C. Berk and David T. Scadden also contributed to this study.