近日，我校免疫化學(xué)研究所（SIAIS）特聘教授、創(chuàng)始所長(zhǎng)Richard Lerner課題組在國(guó)際一流學(xué)術(shù)期刊《Angewandte Chemie-International Edition》（2015年影響因子11.261）上發(fā)表了題為“Autocrine-Based Selection of Drugs that Target Ion Channels from Combinatorial Venom Peptide Libraries”的封面文章，介紹以離子通道作為靶點(diǎn)的動(dòng)物毒素多肽藥物篩選新策略。SIAIS訪(fǎng)問(wèn)教授、Scripps研究所高級(jí)科學(xué)家張宏愷和SIAIS博士后杜明娟為并列第一作者，Lerner教授和張宏愷博士為并列通訊作者。論文作者中的其他SIAIS人員包括研究生劉笑、孫璟瑩，工程師王瑋和研究助理辛秀。

離子通道是一類(lèi)重要的藥物靶點(diǎn)，其結(jié)構(gòu)或功能異常導(dǎo)致包括疼痛、自身免疫疾病、腫瘤在內(nèi)的各種疾病。在靶向離子通道的藥物開(kāi)發(fā)領(lǐng)域，制藥界越來(lái)越關(guān)注開(kāi)發(fā)特異性和藥效更好的生物類(lèi)藥物。現(xiàn)有的離子通道生物類(lèi)藥物（包括臨床用藥和臨床試驗(yàn)中的藥物）均來(lái)自于生物毒素及其衍生物。例如，齊考諾肽（Ziconotide）是一種芋螺毒素，它是N-型電壓敏感型鈣通道拮抗劑，具有顯著抗神經(jīng)病理性疼痛的作用,其強(qiáng)度是嗎啡的300倍,且長(zhǎng)時(shí)間使用該藥不會(huì)產(chǎn)生耐受性和成癮性。

動(dòng)物的毒素多肽在上億年進(jìn)化中形成，富含靶向離子通道的活性多肽，極具藥物開(kāi)發(fā)價(jià)值。但受限于這些毒素的篩選和分離難度，尚未找到一種充分發(fā)掘這些毒素潛在藥物價(jià)值的方法。Lerner教授課題組提出了一種基于自分泌的創(chuàng)新性高通量篩選方法，能夠快速篩選出針對(duì)膜蛋白的抗體和多肽，并對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化改造，用于藥物開(kāi)發(fā)。

離子通道Kv1.3（Kv1.3）在激活的效應(yīng)記憶性T細(xì)胞（TEM細(xì)胞）中高表達(dá),阻滯Kv1.3可以特異地抑制TEM細(xì)胞的激活和擴(kuò)增，從而遏制自身免疫疾病的發(fā)展。在這篇論文中，Lerner教授課題組應(yīng)用上面所述的高通量篩選方法，成功篩選并改造出可以高效抑制Kv1.3的毒素多肽。

首先，研究者們構(gòu)建了一套基于自分泌檢測(cè)Kv1.3與毒素多肽結(jié)合的報(bào)告系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，毒素多肽可被血小板源生長(zhǎng)因子受體跨膜區(qū)（PDGFR-TM）錨定到細(xì)胞膜上，跨膜區(qū)胞內(nèi)端與TEV蛋白酶融合表達(dá)。Kv1.3通過(guò)TEV蛋白酶底物序列與人工轉(zhuǎn)錄因子GAL4-VP16相連。Kv1.3與毒素多肽結(jié)合時(shí)，TEV蛋白酶剪切其底物釋放GAL4-VP16，激活熒光蛋白報(bào)告基因的表達(dá)。表達(dá)熒光蛋白的細(xì)胞可用細(xì)胞流式技術(shù)進(jìn)行分選。

研究者們先通過(guò)序列比對(duì)，從毒素?cái)?shù)據(jù)庫(kù)中挖掘出可能會(huì)作用于Kv1.3的589種毒性肽。他們利用DNA高通量合成技術(shù)合成這些毒性多肽基因，構(gòu)建了毒素多肽基因文庫(kù)。利用基于自分泌的篩選方法進(jìn)行多輪富集，他們篩選到27種可能會(huì)作用于Kv1.3的毒性多肽，其中的25種是已知的Kv1.3阻斷劑，從而證明了該方法的有效性。剩下的兩種毒性肽中，有一種之前被認(rèn)為是可能的鉀離子通道拮抗劑，而另一種來(lái)源于蝎子的毒性肽CllTx1在后續(xù)的驗(yàn)證測(cè)試中被證實(shí)為一種新穎、高效的Kv1.3拮抗劑。

研究者們意識(shí)到，這個(gè)系統(tǒng)不僅對(duì)于篩選天然毒素庫(kù)非常有用，而且還能用于篩選一種給定毒素的人工變體或“類(lèi)似物”以發(fā)現(xiàn)具有最佳藥物特性的毒素。為了證明這一點(diǎn)，他們對(duì)?？舅囟嚯腟hK進(jìn)行改造，構(gòu)建了近一百萬(wàn)種具有長(zhǎng)效作用特點(diǎn)的ShK類(lèi)似物進(jìn)行篩選。篩選到的ShK類(lèi)似物S1-2表現(xiàn)出高效的Kv1.3阻斷能力，并能在大鼠DTH模型體內(nèi)有效抑制炎癥反應(yīng)。值得注意的是，S1-2對(duì)一系列與Kv1.3高度相似的離子通道沒(méi)有脫靶效應(yīng)。

在未來(lái)的研究中，Lerner課題組打算使用這種方法，篩選更大的毒素?cái)?shù)據(jù)集，以找到更多的候選藥物。Lerner教授說(shuō)：“我們特別感興趣的是找到阻斷疼痛相關(guān)鈉離子通道的毒素?！?