ChemBioChem封面：大连理工大学张志超课题组报道Bcl-2家族蛋白新型高灵敏分子探针

注：文末有本文科研思路分析

10月18日，化学生物学类国际期刊ChemBioChem 以封面论文形式发表了大连理工大学张志超教授（点击查看介绍）课题组在肿瘤化学生物学领域取得的突破性进展。该成果报导了一个能够在肿瘤细胞全蛋白质组中精准、快速、高灵敏度检测和原位表征肿瘤标志物的小分子探针，并利用该探针发现了肿瘤相关Bcl-2家族蛋白的一个新成员微管蛋白，为肿瘤标志物的发现及精准诊疗提供科学和技术支撑。

肿瘤治疗正在从化疗时代进入精准靶向治疗时代，对于肿瘤演进过程中关键的“肿瘤标志物”蛋白的信息提取、特征确定和可视化功能研究，可以客观地、特异性地反映肿瘤的发生和发展进程；对其精准和高灵敏的定量检测，则对于临床诊断、治疗过程和预后评价具有重要意义。Bcl-2家族蛋白被确认为肿瘤标志物仅有20余年历史，第一个Bcl-2的靶向抗癌药于2016年4月刚刚被FDA批准上市。张志超教授领导的“肿瘤化学生物学”研究团队多年从事Bcl-2靶向抗癌药物的研究工作，取得了令人瞩目的研究成果，在化学和药物化学专业国际顶级的杂志：Angew. Chem. Int. Ed.和J. Med. Chem.等发表过多篇论文，并且获得了第一个自主知识产权的Bcl-2靶向抗癌先导药物分子。

此次成果是该团队利用点击化学原理，设计合成的一个能够在肿瘤细胞内特异性荧光标记并共价结合、Bcl-2家族蛋白的分子探针，实现了对Bcl-2家族肿瘤标志物的原位可视化检测和功能信息提取。该研究为评价此类最新的抗癌药物先导分子在活细胞内的靶标特异性、可视化分布、药效等研究提供了可靠的工具，也为先导药物的提供了体内筛选的分子工具，直接加快此类药物的研发进程。除此之外，利用该探针发现一种未知的Bcl-2-like蛋白，将有助于发现和确认新的肿瘤靶标，从源头推动靶向抗癌药的进展。

该封面由张志超课题组原创设计，以中国文化为载体推广科研成果。封面表现了甲骨碎片中缺失的“Bcl-2”和“tubulin”被拼接完整，荧光分子照亮了甲骨文“生命”二字。

该论文作者为：Ziqian Wang, Zongwei Guo, Ting Song, Xiaodong Zhang, Nianzhe He, Peng Liu, Peiran Wang, Zhichao Zhang

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Proteome-Wide Identification of On- and Off-Targets of Bcl-2 Inhibitors in Native Biological Systems by Using Affinity-Based Probes (AfBPs)

ChemBioChem, 2018, 19, 2312-2320, DOI: 10.1002/cbic.201800380

导师介绍

张志超

http://www.x-mol.com/university/faculty/9207

科研思路分析

Q：这项研究的最初目的是什么？或者说想法是怎么产生的？

A：Bcl-2蛋白作为公认的肿瘤标志性蛋白已经有几十年历史。其靶向抗癌药，也就是Bcl-2抑制剂在不久前被FDA批准上市了一个小分子药物。随着20多个Bcl-2家族成员被陆续发现，几个该家族之外的蛋白质也被发现包含有Bcl-2蛋白的活性位点结构。我们曾经专门撰写相关综述，从蛋白进化角度，统计分析了大量蛋白质的结构和功能特征，认为目前发现的Bcl-2家族成员仅仅是冰山一角，还有大量的“泛Bcl-2蛋白”,正在发挥与肿瘤的发生发展密切相关的作用，却不被人所知。由于活性位点空间构象的灵活多变，一级序列缺乏保守性，介导的蛋白质相互作用相对较弱，而且瞬时和可逆，这类隐藏的Bcl-2蛋白很难被发现和鉴定。

随着点击化学的进展，有研究将另一类靶向抗癌药物分子，激酶抑制剂，通过光交联连接识别标签，实现了原位蛋白质组水平的分子靶标的捕获。虽然其初衷是为了证明该类药物在生物体内与靶标蛋白的直接结合，但是却发现了一些体外研究尚未发现的“脱靶”靶标。受这个研究的启发，我们设想，利用Bcl-2抑制剂制备光交联探针，将可能原位捕获已知的Bcl-2家族之外的具有Bcl-2蛋白活性位点和相应功能的蛋白质，扩展对Bcl-2家族蛋白的认知，确认新的肿瘤靶标，从源头推动靶向抗癌药的发展。

Q：在研究中过程中遇到的最大挑战在哪里？

A：我们期望将抑制剂分子作为“弹头”制备成为探针（ABP），通过基于活性的蛋白质组分析技术（Activity based Protein Profiling，ABPP），在活细胞体内捕获其靶标蛋白。这一工作是化学生物学交叉领域的新策略，新技术，同时面临化学和生物学两个领域的巨大挑战。首先，这一技术既往都是应用于激酶抑制剂。激酶抑制剂与靶蛋白亲和力基本在nM级别，而我们的Bcl-2抑制剂是蛋白-蛋白相互作用抑制剂，作用界面比较大，小分子的亲和力比较低，因此在探针的分子设计方面，提出了不同于激酶抑制剂的要求；探针作用于活细胞，能否在蛋白质组水平上富集靶蛋白并鉴定，取决于特异性和灵敏性。最终，我们设计合成了“分支型”探针，更加适合Bcl-2蛋白作用界面的特点；通过改造抑制剂分子，使其获得荧光性能，制备了“荧光弹头”，提高标记靶蛋白的灵敏性，降低信噪比。最终实现了原位捕获Bcl-2蛋白的同时，发现微管蛋白tubulin是一个泛Bcl-2家族的新成员，具有Bcl-2活性位点的结构特征，并与Bcl-2蛋白发生相互作用。

Q：本项研究成果最有可能的重要应用有哪些？哪些领域的企业或研究机构最有可能从本项成果中获得帮助？

A：首先，本研究获得的基于Bcl-2抑制活性的分子探针,能够原位、高灵敏、高特异性地标记和富集经典Bcl-2家族蛋白，为评价此类最新的抗癌药物先导分子在活细胞内的靶标特异性、可视化分布、结合效率等提供了可靠的工具，也为先导药物的筛选提供了相比体外蛋白质检测更进一步的分子工具，直接加快此类药物的研发进程。除此之外，利用其发现非经典Bcl-2-like蛋白，将有助于发现和确认新的肿瘤靶标。