上周《科學(xué)轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)》雜志發(fā)表一篇奎寧作用機理的文章。這個工作利用質(zhì)譜加細(xì)胞內(nèi)熱遷移（MS-CETSA）技術(shù)分析奎寧和甲氟喹對瘧原蟲蛋白組中蛋白的穩(wěn)定作用。作者首先用葉酸受體拮抗劑乙胺嘧啶和一個叫做E64d的蛋白酶驗證了MS-CETSA在這個系統(tǒng)的可行性，然后發(fā)現(xiàn)一個叫做嘌呤核苷磷酸化酶（PfPNP）的蛋白是與奎寧和甲氟喹作用的生物靶點。作者制造了重組PfPNP，證明奎寧以高強度（nM）與其催化結(jié)合腔結(jié)合、并得到二者復(fù)合物的晶體結(jié)構(gòu)。
解析
瘧疾是熱帶、亞熱帶地區(qū)的主要流行病，現(xiàn)在每年還有50萬人死于這個疾病，中國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)的青蒿素是支柱療法。但隨著傳染這個疾病的蚊子對殺蟲劑的耐藥和瘧原蟲對標(biāo)準(zhǔn)抗瘧藥物的耐藥，瘧疾有反彈的趨勢，所以未來可能需要新型抗瘧藥物或組合。但多數(shù)抗瘧藥物都是通過表型或臨床研究發(fā)現(xiàn)、分子機理未知，這令理性組合缺少根據(jù)?？鼘庮愃幬锸堑囊活惪汞懰幬?，一般認(rèn)為與血紅素解毒有關(guān)。但分子機理非常模糊，最近有研究顯示甲氟喹可能與核糖體結(jié)合，而奎寧本身靶點蛋白此前未知。
CETSA是近年興起的一個無需探針的靶點鑒定技術(shù)。其工作原理是小分子配體與蛋白結(jié)合后通常會令這個蛋白熱穩(wěn)定性增加，所以藥物處理的整體細(xì)胞或打碎細(xì)胞受到梯度加熱會逐漸令蛋白變性。在特定溫度下只有穩(wěn)定的蛋白存在于溶液中、可以用質(zhì)譜鑒定。這個技術(shù)可以掃描大部分可溶性蛋白組（太大蛋白不行），所以對于尋找機理未知藥物的生物靶點非常有用。這個技術(shù)另一個更常見用途是驗證你正在優(yōu)化的化合物在細(xì)胞環(huán)境下確實與目標(biāo)靶點結(jié)合，以避免優(yōu)化脫靶活性。這個技術(shù)的一個缺點是如果干擾天然蛋白復(fù)合物會令部分蛋白穩(wěn)定性下降，事實上經(jīng)常觀測到化合物會令很多蛋白熔點下降。甚至針對同一靶點蛋白的化合物中也會有部分化合物增加穩(wěn)定性、而同系物降低穩(wěn)定性的情況。
雖然17世紀(jì)就有使用奎寧的記載，但直到80年代才有耐藥人群出現(xiàn)，這說明奎寧可能調(diào)控多條生物途徑。雖然奎寧和甲氟喹的CETSA活性類似，但在純化PfPNP的活性差一千倍、而羥氯喹根本沒活性。這也說明PfPNP不一定是奎寧唯一機理，在治療濃度下還有其它機制。耐藥與一個叫做pfmdr1的膜轉(zhuǎn)運蛋白拷貝數(shù)正相關(guān)，所以奎寧靶點可能在細(xì)胞內(nèi)、這是本文作者重點關(guān)注的地方。雖然此前業(yè)界不知PfPNP是奎寧的分子靶點，但根據(jù)生物學(xué)信息PfPNP也成為一個正在開發(fā)的抗瘧靶點。不過其它PfPNP抑制劑雖然在某些動物模型有效，但在某些模型無效。另外宿主細(xì)胞也有多種類似蛋白存在，令這個靶點的重要性受到質(zhì)疑。
已經(jīng)用了五百年的老藥用現(xiàn)代高科技還無法高清其全部機理，可以想象即使在今天的技術(shù)支持下從頭理性設(shè)計出奎寧、青蒿素這樣的有效抗瘧藥也不是一件容易的事情。不僅這些天然產(chǎn)物的藥理非常復(fù)雜、合成也非常困難，如果不是天然存在幾乎沒有可能出現(xiàn)在篩選化合物庫中。人類在沒有現(xiàn)代科學(xué)的時代發(fā)現(xiàn)奎寧的治瘧療效得益于瘧疾流行的熱帶也盛產(chǎn)富含奎寧的金雞納樹（奎寧也叫金雞納霜），另一個百年老藥水楊酸來自柳樹皮，而柳樹多生長在易發(fā)關(guān)節(jié)炎的濕熱地帶。這種天然產(chǎn)物與其治療疾病的天人合一令不懂化學(xué)、生物的古人僅憑神農(nóng)嘗百草的粗暴方式也能比較容易找到一些藥物。上帝關(guān)上一扇門但同時打開一扇窗，令人類得以繁衍生息。
用了幾百年的奎寧現(xiàn)在機理還是一地雞毛說明理性藥物設(shè)計的復(fù)雜和粗糙，當(dāng)然即使少量臨床數(shù)據(jù)就可以大大簡化臨床前的胡猜亂想。遺憾的是因為倫理原因現(xiàn)在神農(nóng)已經(jīng)不能隨便嘗百草，現(xiàn)在得到這個信息只能深度挖掘人體基因?qū)W數(shù)據(jù)。如果沒有人體基因?qū)W數(shù)據(jù)，繼續(xù)發(fā)明CETSA這樣高科技是增強設(shè)計邏輯的唯一出路。
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