贝勒医学院的研究人员开发出一种强大的新型数据分析方法，名为COOKIE-Pro（蛋白质组学共价占有率动力学富集技术），该技术可全面无偏见地展示一类称为共价抑制剂的药物如何与细胞内各种蛋白质相互作用。
这项创新技术在《自然·通讯》期刊详细阐述，有望通过同时精确测量这些药物对数千个潜在靶点的结合强度与反应速度，加速更有效且更安全的治疗药物设计。
“包括阿司匹林和癌症治疗药物伊布替尼在内的共价抑制剂，因其与靶标蛋白质形成强效永久性结合而具有高度有效性，”该研究通讯作者、贝勒医学院下一代治疗中心总监兼药理学迈克尔·E·德贝基医学博士冠名教授王金博士表示，“然而这种优势犹如双刃剑；这些药物也可能与非预期的脱靶蛋白质结合，可能导致不良副作用。”
优化此类药物需要在药物对靶标的吸引力（亲和力）与形成永久键的速度（反应性）之间取得微妙平衡。迄今为止，在整个细胞蛋白质组范围内测量这两个关键参数的方法极为有限，严重阻碍了药物研发进程。
“挑战在于获取清晰完整的图景，”该研究第一作者、王金实验室博士生林汉峰表示，“我们知道必须同时测量亲和力和反应性，但即使仅针对单一蛋白质也耗时费力，更不用说数千个靶点。COOKIE-Pro为我们提供了综合图谱，首次不仅能显示药物是否发生脱靶结合，还能揭示结合效果与速度，这对药物设计者至关重要。”
COOKIE-Pro通过两步流程攻克此难题。研究人员首先将细胞分解于液体溶液中，随后加入共价药物使其与靶标结合。接着引入特殊设计的“追踪”探针，该探针会附着在药物未占据的蛋白质结合位点上。通过质谱仪测量追踪探针的结合量，即可精确推断每种蛋白质被药物“占据”的程度，从而同步计算数千种蛋白质的结合亲和力与失活速率。
研究团队使用斯佩布鲁替尼和伊布替尼两种经过充分研究的药物验证该方法。结果不仅准确复现了先前数据，还揭示了新发现。例如，他们发现高度选择性酶抑制剂斯佩布鲁替尼对脱靶蛋白TEC激酶的效力竟比其预定靶标BTK激酶高出10倍以上。对于选择性较低的药物伊布替尼，COOKIE-Pro成功识别出其已知脱靶目标，生成的分析数据与既往发表值高度吻合，证实了该方法的准确性。
“终极目标是实现理性药物设计，”贝勒医学院生物化学与分子药理学、分子与细胞生物学教授王金表示，他同时也是贝勒医学院丹·L·邓肯综合癌症中心成员。“某种药物可能因快速结合而显得高效，但如果仅因含有高活性反应基团，就可能因广泛结合引发副作用。COOKIE-Pro使我们能够将内在反应性与真实结合亲和力区分开来。现在我们可以帮助化学家优先选择特异性结合正确靶标而产生的高效化合物，而非仅依赖广泛反应性。这是创制下一代高选择性安全共价药物的关键步骤。”
此外，研究团队通过开发简化版双点COOKIE-Pro策略，展示了该平台的大规模药物筛选能力。将这种高通量方法应用于16种共价抑制剂片段库时，他们生成了数千份分析报告，证明该方法能快速高效地指导药物研发的最初阶段。
本研究共同作者杨斌、丁朗、马修·V·霍尔特、郑成允和张冰均隶属于贝勒医学院。共同作者王萌辰隶属于霍华德·休斯医学研究所，杨彦玉隶属于赛默飞世尔科技公司。
该研究部分获得美国国立卫生研究院（资助号R01-CA250503和R01-CA268518）、德克萨斯州癌症预防与研究所（CPRIT资助号RP220480）以及药理学迈克尔·E·德贝基医学博士教授职位基金支持。
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