颠覆式创新：小分子PD-L1抑制剂能否破解PPI靶点成药难题？

作者：杨超月

众所周知，由氨基酸构成的蛋白质是生命的基本组成部分，氨基酸由基因编码形成肽，肽进一步形成各种结构复杂的蛋白质，最终由蛋白质组成活体组织。蛋白质依靠其独特的化学结构，在催化体内化学反应、运输各类分子、对各种病原体的免疫反应等生物过程中发挥着核心作用。除此之外，细胞自身及细胞间的关键生物过程，如DNA复制、转录、转译和跨膜信号转导都依赖于功能特异性蛋白质。

蛋白质的生物活性是通过蛋白复合物调控的，而蛋白复合物通常是通过蛋白-蛋白相互作用即PPI（protein–protein interactions）来控制的。PPIs在细胞中形成一个复杂的网络，这个网络有一个术语叫做“相互作用体”（interactome）。如前所述，相互作用体在包括信号转导、细胞增殖、生长、分化和凋亡等生理和病理过程中起重要作用，异常的PPIs与许多人类疾病如癌症、感染性疾病和神经退行性疾病有关。因此，PPI作为一类非常重要的目标靶点，其调控被广泛认为是一种很有前途的策略。

小分子PPI抑制剂的开发难点

相比于经典的药物靶点，如常见的激酶、离子通道或受体等有明确的配体结合位点的靶点，寻找能够直接阻止两种蛋白质相互作用的小分子药物非常困难，制药界一直将PPI视为不可成药的靶点。难度主要来源于以下几点：

第一、PPI发生在两个相同或不同蛋白质接触的特定区域的界面上。相互作用界面的面积通常达到1500-3000 Å2，大于受体-配体的接触面积(300-1000 Å2)，且界面高度疏水；

第二、PPI的界面往往是平的，很少有凹槽或口袋，这使得设计的小分子化合物很难结合；

第三、PPI所涉及的氨基酸残基在其各自的蛋白结构中要么是连续的，要么是不连续的，从而导致蛋白之间的高亲和力结合，使得小分子化合物很难抑制这种高亲和力的相互作用；

第四、与传统药物靶酶或受体相比，PPI缺乏内源性小分子配体可供参考；

第五、传统小分子药物(200-500 Da)相比，作用于PPIs的药物需要具有更高的分子量(＞500 Da)，难以满足Lipinski提出的类药“五原则”。

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小分子PPI抑制剂的开发策略

从理论来讲，PPI大的结合界面并不是理想的药物靶点，也很难找到匹配的分子。但是PPI发生在相互作用区域并不是所有氨基酸都参与，而是通常集中在几个氨基酸上，这些起关键作用的氨基酸（常被称为热点“hot-spots”）的出现使得为PPIs设计药物成为可能。所以说，药物化学家只需找到作用于“hot-spots” 的小分子药物即可实现对PPI干预。

虽然传统的药物化学方法在设计和鉴定PPI抑制剂的应用中效果不佳，但是仍然可以寻找合适的策略对传统方法进行改进，毕竟也没有什么其他的好办法。总体来讲，PPI抑制剂的开发策略主要有以下几种：

第一、高通量筛选（High-throughput screening）

高通量筛选(HTS)作为新药发现最常用的方法之一，也被用于PPI抑制剂的筛选。不过由于PPI蛋白间的作用hot-spots千差万别，有一个结构广泛的化合物库是至关重要的，比如仅仅拿些激酶的化合物库筛选是肯定行不通的，要尽可能匹配目标的化学多样性。

第二、基于片段的药物发现（Fragment-based drug discovery）

基于片段的药物发现(FBDD)旨在从片段文库中识别分子片段。与高通量筛选相比，FBDD是设计PPI抑制剂的更好方法，因为PPI接触面通常由不连续的hot-spots组成，可以利用表面等离子体共振(SPR)、核磁共振(NMR)、X射线晶体学和质谱(MS)等技术发现和验证PPI的苗头化合物片段，然后通过片段连接、片段优化和片段自组装方式获取最终的PPI苗头化合物。

第三、基于结构的药化设计（Structure-based design）

由于大多数的PPI缺乏内源性小分子配体，因此合理设计相关的PPI抑制剂具有挑战性。然而，hot-spots为PPI抑制剂的合理设计提供了重要的结构信息和依据。目前，基于结构设计的PPI调制器有两种设计策略。第一种是基于hot-spots结构，通过生物等构或者全新设计，可以得到新的小分子抑制剂。第二种是拟肽设计，主要依靠计算机模拟和噬菌体展示来模拟PPI中关键肽的二级结构。

第四、虚拟筛选（Virtual screening）

虚拟筛选是基于专业的应用软件，从复合库中筛选出命中点。开发PPI抑制剂的一大挑战是从成千上万种可用的PPIs中找出与疾病相关的和可给药的PPIs。虚拟筛选可能有助于通过分析蛋白质表面来定位结合位点。它可以分为基于结构的方法和基于配体的方法。基于配体的方法旨在筛选满足建立的药效团模型的化合物。相反，基于结构的方法依赖于目标蛋白的结构信息。